CN106026335A - 海上浮台风光油复合能源供电系统和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种海上浮台风光油复合能源供电系统和控制方法，所述系统包括设置在上甲板的太阳能发电装置和风能发电装置，设置在设备舱中的柴油发电装置、储电装置和能源控制装置。储电装置设有电量检测单元。柴油发电装置设有油量检测单元。能源控制装置包括：第一整流控制单元，分别与太阳能发电装置和储电装置连接；第二整流控制单元，分别与风能发电装置和储电装置连接；第三整流控制单元，分别与柴油发电装置和储电装置连接；浮台供配电控制单元，分别与各整流控制单元和储电装置连接，与远程控制终端通信连接，用于根据剩余电量信息、剩余油量信息、工作模式信息和控制指令中至少一项控制工作模式。本发明采用复合能源且适用于海上监控浮台。

Description

海上浮台风光油复合能源供电系统和控制方法
技术领域
本申请涉及水面装置供能技术领域，具体涉及一种海上浮台风光油复合能源供电系统和控制方法。
背景技术
海上监控浮台作为海洋环境监测的关键技术平台，需要搭载各类传感器、仪器和设备，以满足监测海洋信息的任务需求。但是海洋环境恶劣，传统的能源供给方式需要铺设专门的电缆、且需要适应海底的各类恶劣环境因素，具有成本高、风险系数高等确定，无法适用于远泊海洋监测平台的使用。
传统的单一能源发电装置，由于自身或环境因素的限制，无法满足海洋环境发电的要求。光能发电需保证一定的日照光强，受自然环境的影响较大，夜间、阴雨天发电效率极低。风能发电易收到环境因素的影响，在无风状态下，发电量等于零。柴油机发电需要配备专用的储油装置，占用空间大，且需要定期供给柴油；此外在密封条件下，柴油发电需要配置专门的供气、排气管道，以满足柴油燃烧的需求；蓄电池可以在一定时期内为设备或者仪器供电，但供电时间受限。
而现有的复合能源系统通常只给出使用复合能源的概念，或具有体量较大等特点，无法直接适用于海上监控浮台。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种采用复合能源且适用于海上监控浮台的海上浮台风光油复合能源供电系统和控制方法。
第一方面，本发明提供一种海上浮台风光油复合能源供电系统，所述供电系统包括设置在所述浮台的上甲板处的太阳能发电装置和风能发电装置，以及设置在所述浮台的设备舱中的柴油发电装置、储电装置和能源控制装置。
所述储电装置设有电量检测单元，用于检测剩余电量信息。
所述柴油发电装置设有油量检测单元，用于检测剩余油量信息。
所述能源控制装置包括：
第一整流控制单元，分别与所述太阳能发电装置和所述储电装置连接，用于控制所述太阳能发电装置对所述储电装置的输出；
第二整流控制单元，分别与所述风能发电装置和所述储电装置连接，用于控制所述风能发电装置对所述储电装置的输出；
第三整流控制单元，分别与所述柴油发电装置和所述储电装置连接，用于控制所述柴油发电装置对所述储电装置的输出；
浮台供配电控制单元，分别与所述第一整流控制单元、所述第二整流控制单元、所述第三整流控制单元和所述储电装置的输出端连接，并与远程的控制终端通信连接，用于根据所述剩余电量信息、所述剩余油量信息、预设的工作模式信息和所述控制终端发送的控制指令中的至少一项控制所述供电系统的工作模式。
第二方面，本发明提供一种海上浮台风光油复合能源供电控制方法，所述方法包括：
S10：当所述剩余油量信息大于预设的油量阈值时，根据预设的工作模式信息或所述控制终端发送的控制指令控制所述供电系统的工作模式在全任务模式、值班模式、降功能模式和休眠模式之间切换；
S30：当所述剩余油量信息小于预设的油量阈值、且所述剩余电量信息大于预设的第一电量阈值时，根据预设的工作模式信息或所述控制终端发送的控制指令控制所述供电系统的工作模式在值班模式、降功能模式和休眠模式之间切换；
S50：当所述剩余油量信息小于预设的油量阈值、且所述剩余电量信息小于预设的第一电量阈值时，将工作模式固定为休眠模式。
本发明诸多实施例提供的海上浮台风光油复合能源供电系统和控制方法通过在浮台的上甲板处设置太阳能发电装置和风能发电装置，并在所述浮台位于海面下的设备舱中设置柴油发电装置、储电装置和能源控制装置，并根据剩余电量信息、剩余油量信息、预设的工作模式信息和控制终端发送的控制指令中的至少一项控制所述供电系统的工作模式，提供了一种适用于海上监控浮台的复合能源供电系统；
本发明一些实施例提供的海上浮台风光油复合能源供电系统和控制方法通过设置空开、防雷、整流器和电动操作机构，以分别实现过流保护、防雷保护、过压保护和充放电安全保护；
本发明一些实施例提供的海上浮台风光油复合能源供电系统和控制方法通过将易于被遮挡的太阳能板串联，并为每个太阳能板设置一并联的二极管，旁路被遮挡的太阳能板，实现供电安全保护；
本发明一些实施例提供的海上浮台风光油复合能源供电系统和控制方法提供的风能发电装置采用高强度工程塑料精密铸造成型的涡轮机叶片，和具有体积小、启动阻力矩小、重量轻、发电效率高等优点的高强永磁发电机，适用于-30℃～60℃气温、高湿度、风沙及盐雾等多种环境，足以适应海上环境，并且适用于海上监控浮台；
本发明一些实施例提供的海上浮台风光油复合能源供电系统和控制方法中浮台供配电控制单元还与所述浮台的信息采集单元连接，以参考浮台所采集的环境信息。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例中海上浮台的结构示意图。
图2为本发明一实施例提供的海上浮台风光油复合能源供电系统的结构示意图。
图3为本发明一优选实施例提供的海上浮台风光油复合能源供电系统的结构示意图。
图4为本发明一实施例提供的海上浮台风光油复合能源供电控制方法的流程图。
图5为本发明一优选实施例提供的海上浮台风光油复合能源供电控制方法的流程图。
附图标记说明：
10 上甲板
20 设备舱
30 太阳能发电装置
40 风能发电装置
50 柴油发电装置
60 能源控制装置
70 储电装置
80 远程的控制终端
90 浮台的信息采集单元
61 第一整流控制单元
62 第二整流控制单元
63 第三整流控制单元
64 浮台供配电控制单元
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1为本发明一实施例中海上浮台的结构示意图。
图2为本发明一实施例提供的海上浮台风光油复合能源供电系统的结构示意图。
如图1和图2所示，在本实施例中，本发明提供的海上浮台风光油复合能源供电系统包括设置在所述浮台的上甲板10处的太阳能发电装置30和风能发电装置40，以及设置在所述浮台的设备舱20中的柴油发电装置50、储电装置70和能源控制装置60。
储电装置70设有电量检测单元，用于检测剩余电量信息。
柴油发电装置50设有油量检测单元，用于检测剩余油量信息。
能源控制装置60包括：
第一整流控制单元61，分别与太阳能发电装置30和储电装置70连接，用于控制太阳能发电装置30对储电装置70的输出；
第二整流控制单元62，分别与风能发电装置40和储电装置70连接，用于控制风能发电装置40对储电装置70的输出；
第三整流控制单元63，分别与柴油发电装置50和储电装置70连接，用于控制柴油发电装置50对储电装置70的输出；
浮台供配电控制单元64，分别与第一整流控制单元61、第二整流控制单元62、第三整流控制单元63和储电装置70的输出端连接，并与远程的控制终端80通信连接，用于根据所述剩余电量信息、所述剩余油量信息、预设的工作模式信息和控制终端80发送的控制指令中的至少一项控制所述供电系统的工作模式。
上述实施例通过在浮台的上甲板处设置太阳能发电装置和风能发电装置，并在所述浮台位于海面下的设备舱中设置柴油发电装置、储电装置和能源控制装置，并根据剩余电量信息、剩余油量信息、预设的工作模式信息和控制终端发送的控制指令中的至少一项控制所述供电系统的工作模式，提供了一种适用于海上监控浮台的复合能源供电系统。
在一优选实施例中，储电装置70包括锂电池组，以及分别通过电动操作机构与所述锂电池组连接的直流输出单元和交流输出单元。具体地，在本实施例中，所述直流输出单元包括12V、24V、48V等不同电压的直流电源输出；所述交流输出单元为逆变器。
在一优选实施例中，第一整流控制单元61包括依次串联的第一空气开关、第一防雷模块、第一电表、太阳能整流器和第一电动操作机构，所述第一空气开关与太阳能发电装置30连接，所述第一电动操作机构与锂电池组70连接；
第二整流控制单元62包括依次串联的第二空气开关、第二防雷模块、第二电表、风能整流器和第二电动操作机构，所述第二空气开关与风能发电装置40连接，所述第二电动操作机构与锂电池组70连接；
第三整流控制单元63包括依次串联的第三空气开关、第三防雷模块、第三电表、交流直流整流器和第三电动操作机构，所述第三空气开关与柴油发电装置50连接，所述第三电动操作机构与锂电池组70连接。
具体地，通过各空气开关实现过流保护，通过各防雷模块实现防雷保护，通过各电动操作单元实现锂电池组的充电安全保护，通过太阳能整流器、风能整流器和交流直流整流器分别实现过压保护。
在本实施例中，太阳能发电装置通过太阳能整流器以最大功率输出，充电电流为0.1C，锂电池组的电池电压逐渐升高，当电池电压达到57.6V时，太阳能整流器采用恒压57.6V继续充电，此时充电电流会逐渐减小，当充电电流小于0.01C时，即判断电池充满电；
风能发电装置通过风能整流器以最大功率输出，充电电流为0.1C，锂电池组的电池电压逐渐升高，当电池电压达到57.6V时，风能整流器采用恒压57.6V继续充电，此时充电电流会逐渐减小，当充电电流小于0.01C时，即判断电池充满电；
当检测到剩余电量信息小于预设的第二电量阈值时，启动柴油发电装置，产生220VAC交流电，输出功率12KVA，经过交流直流整流器后输出电压范围为46-57.6V，充电控制方式为先恒流充电，再恒压充电。
上述实施例通过设置空开、防雷、整流器和电动操作机构，以分别实现过流保护、防雷保护、过压保护和充放电安全保护。
在一优选实施例中，太阳能发电装置30包括若干组串联的太阳能板，每个所述太阳能板设有一个并联的二极管，所述二极管用于在对应的太阳能板被遮挡时旁路对应的太阳能板。具体地，当某一太阳能板被遮挡时，可通过所并联的二极管旁路，其它太阳能板产生的电流可通过此二极管。此外，采用单组支路供电到第一整流控制单元，然后再并联到母线的方式供电，单组支路的失效不影响系统的供电安全。
上述实施例通过将易于被遮挡的太阳能板串联，并为每个太阳能板设置一并联的二极管，旁路被遮挡的太阳能板，实现供电安全保护。
在一优选实施例中，风能发电装置40包括涡轮机叶片和高强永磁发电机。具体地，涡轮机叶片由高强度工程塑料(例如聚丙烯)精密铸造成型，高强永磁发电机具有体积小、启动阻力矩小、重量轻、发电效率高等优点，适用于-30℃～60℃气温、高湿度、风沙及盐雾等多种环境。
上述实施例采用了适应海上环境，并且适用于海上监控浮台的涡轮机叶片和高强永磁发电机。
图3为本发明一优选实施例提供的海上浮台风光油复合能源供电系统的结构示意图。
如图3所示，在一优选实施例中，浮台供配电控制单元64还与浮台的信息采集单元90连接，用于根据所述剩余电量信息、所述剩余油量信息、预设的工作模式信息、所述信息采集单元发送的环境信息和所述控制终端发送的控制指令中的至少一项控制所述供电系统的工作模式。
上述实施例中浮台供配电控制单元还与所述浮台的信息采集单元连接，以参考浮台所采集的环境信息。
图4为本发明一实施例提供的海上浮台风光油复合能源供电控制方法的流程图。
如图4所示，在本实施例中，本发明提供的海上浮台风光油复合能源供电控制方法包括：
S10：当所述剩余油量信息大于预设的油量阈值时，根据预设的工作模式信息或所述控制终端发送的控制指令控制所述供电系统的工作模式在全任务模式、值班模式、降功能模式和休眠模式之间切换；
S30：当所述剩余油量信息小于预设的油量阈值、且所述剩余电量信息大于预设的第一电量阈值时，根据预设的工作模式信息或所述控制终端发送的控制指令控制所述供电系统的工作模式在值班模式、降功能模式和休眠模式之间切换；
S50：当所述剩余油量信息小于预设的油量阈值、且所述剩余电量信息小于预设的第一电量阈值时，将工作模式固定为休眠模式。
具体地，在本实施例中，油箱容量为400L，油量阈值为20L，第一电量阈值为50％。在更多实施例中，根据实际需求可采用不同的取值。
图5为本发明一优选实施例提供的海上浮台风光油复合能源供电控制方法的流程图。
如图5所示，在一优选实施例中，在S10和S30中，根据预设的工作模式信息、所述信息采集单元发送的环境信息和所述控制终端发送的控制指令中的至少一项控制切换所述供电系统的工作模式。
在一优选实施例中，在步骤S10和步骤S30中，当所述剩余电量信息大于预设的第二电量阈值时，所述柴油发电装置不启动。具体地，在本实施例中，第二电量阈值为20％。在更多实施例中，可根据实际需求采用不同取值。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种海上浮台风光油复合能源供电系统，其特征在于，所述系统包括设置在所述浮台的上甲板处的太阳能发电装置和风能发电装置，以及设置在所述浮台的设备舱中的柴油发电装置、储电装置和能源控制装置；
所述储电装置设有电量检测单元，用于检测剩余电量信息；
所述柴油发电装置设有油量检测单元，用于检测剩余油量信息；
所述能源控制装置包括：
第一整流控制单元，分别与所述太阳能发电装置和所述储电装置连接，用于控制所述太阳能发电装置对所述储电装置的输出；
第二整流控制单元，分别与所述风能发电装置和所述储电装置连接，用于控制所述风能发电装置对所述储电装置的输出；
第三整流控制单元，分别与所述柴油发电装置和所述储电装置连接，用于控制所述柴油发电装置对所述储电装置的输出；
浮台供配电控制单元，分别与所述第一整流控制单元、所述第二整流控制单元、所述第三整流控制单元和所述储电装置的输出端连接，并与远程的控制终端通信连接，用于根据所述剩余电量信息、所述剩余油量信息、预设的工作模式信息和所述控制终端发送的控制指令中的至少一项控制所述供电系统的工作模式。
2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述储电装置包括锂电池组，以及分别通过电动操作机构与所述锂电池组连接的直流输出单元和交流输出单元。
3.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，所述第一整流控制单元包括依次串联的第一空气开关、第一防雷模块、第一电表、太阳能整流器和第一电动操作机构，所述第一空气开关与所述太阳能发电装置连接，所述第一电动操作机构与所述锂电池组连接；
所述第二整流控制单元包括依次串联的第二空气开关、第二防雷模块、第二电表、风能整流器和第二电动操作机构，所述第二空气开关与所述风能发电装置连接，所述第二电动操作机构与所述锂电池组连接；
所述第三整流控制单元包括依次串联的第三空气开关、第三防雷模块、第三电表、交流直流整流器和第三电动操作机构，所述第三空气开关与所述柴油发电装置连接，所述第三电动操作机构与所述锂电池组连接。
4.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述太阳能发电装置包括若干组串联的太阳能板，每个所述太阳能板设有一个并联的二极管，所述二极管用于在对应的太阳能板被遮挡时旁路对应的太阳能板。
5.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述风能发电装置包括涡轮机叶片和高强永磁发电机。
6.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述浮台供配电控制单元还与所述浮台的信息采集单元连接，用于根据所述剩余电量信息、所述剩余油量信息、预设的工作模式信息、所述信息采集单元发送的环境信息和所述控制终端发送的控制指令中的至少一项控制所述供电系统的工作模式。
7.一种用于权利要求1-6任一项所述的海上浮台风光油复合能源供电系统的供电控制方法，其特征在于，所述方法包括：
S10：当所述剩余油量信息大于预设的油量阈值时，根据预设的工作模式信息或所述控制终端发送的控制指令控制所述供电系统的工作模式在全任务模式、值班模式、降功能模式和休眠模式之间切换；
S30：当所述剩余油量信息小于预设的油量阈值、且所述剩余电量信息大于预设的第一电量阈值时，根据预设的工作模式信息或所述控制终端发送的控制指令控制所述供电系统的工作模式在值班模式、降功能模式和休眠模式之间切换；
S50：当所述剩余油量信息小于预设的油量阈值、且所述剩余电量信息小于预设的第一电量阈值时，将工作模式固定为休眠模式。
8.根据权利要求7所述的供电控制方法，其特征在于，在S10和S30中，根据预设的工作模式信息、所述信息采集单元发送的环境信息和所述控制终端发送的控制指令中的至少一项控制切换所述供电系统的工作模式。
9.根据权利要求7或8所述的供电控制方法，其特征在于，在步骤S10和步骤S30中，当所述剩余电量信息大于预设的第二电量阈值时，所述柴油发电装置不启动。
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