CN108923526A - 一种潮流能发电机组的备用电源装置及其潮流能发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潮流能发电机组的备用电源装置及其潮流能发电机组。备用电源装置包括接口单元、转换单元和充电单元，接口单元包括电源输入接口和若干电源输出接口，电源输出接口包括分别用于连接主控系统、变流器系统和变桨系统的电源输出接口，电源输入接口用于与主电源连接；转换单元包括第一转换装置和与所述第一转换装置连接的第二转换装置，电源输入接口与所述第一转换装置连接，第二转换装置分别与不同的电源输出接口连接；充电单元根据主电源供电或断电状态与所述第一转换装置或第二转换装置导通连接。本发明将主控系统、变流器系统、变桨系统等的备用电源集成到一个设备中，系统集成度更高，方便主控系统进行管理和控制。

Description

一种潮流能发电机组的备用电源装置及其潮流能发电机组

技术领域

本发明涉及潮流能发电机组领域，特别是涉及一种潮流能发电机组的备用电源装置及其潮流能发电机组。

背景技术

潮流能是潮水在水平运动时所含有的动能。近年来，随着传统矿物燃料资源的日渐枯竭，如何最大限度的开发和利用海洋可再生能源已成为世界各国重点研究的课题。

对于潮流能发电的研究，目前还处于初级阶段和实验室验证阶段，仅有几家公司的样机投入发电，但未进入到批量生产阶段，对于发电机组运行时的安全和稳定、故障时的应急处理、突然断电时的停机保护等研究的不够深入。

目前潮流能发电项目中使用的备用电源由设备供应商按自己的需求分别提供。主控系统、变流器系统、变桨系统均单独提供备用电源并单独进行充电和控制，如图1所示，备用电源的安装位置分散，集成度不高，难以进行统一的管理和控制。而且变桨系统的备用电源通常安装在发电机组的轮毂内部。由于环境的特殊性，发生故障时发电机组必须停留在水下，直到海水平潮时才能够对其进行维护。一旦备用电源故障或者电容漏液无法及时处理，将对发电机组的安全运行产生极大的隐患。

因此，如何设计一个在电源故障时能保证机组安全的备用电源系统成为国内从业者研究的课题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在电源故障时实现潮流能发电机组供电的可靠控制的能够统一管理和控制的潮流能发电机组的备用电源装置及其潮流能发电机组。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供一种潮流能发电机组的备用电源装置，所述备用电源装置包括接口单元、转换单元和充电单元；

所述接口单元包括电源输入接口和若干用于与不同的用电设备连接的电源输出接口，所述电源输出接口包括分别用于连接潮流能发电机组的主控系统、变流器系统和变桨系统的电源输出接口；所述电源输入接口用于与电源连接进行电压输入；

所述转换单元包括第一转换装置和与所述第一转换装置连接的第二转换装置，所述电源输入接口与所述第一转换装置连接用于电源电压输入，所述第二转换装置分别与不同的电源输出接口连接，所述第二转换装置用于把输入的电源电压转换为不同等级的电压为设备供电；

所述充电单元根据主电源供电或断电状态与所述第一转换装置或第二转换装置导通连接，用于为充电单元进行充电或通过第二转换装置对设备进行供电。

进一步地，所述充电单元根据主电源供电或断电状态与所述第一转换装置或第二转换装置导通连接，可以通过控制电路以电压差的形式切换充电单元与第一转换装置或者与第二转换装置导通连接。

进一步地，在主电源供电状态下，所述第一转换装置与所述充电单元和第二转换单元导通连接，用于为充电单元充电和为设备供电；

在主电源断电状态下，所述充电单元与所述第二转换装置导通连接，用于为设备供电。

进一步地，还包括状态单元和与其连接的通讯单元；所述状态单元包括设置在充电单元、转换单元中的传感器，用于采集充电单元和转换单元的运行状态；所述状态单元通过通讯单元用于与潮流能发电机组的主控系统进行通讯。

进一步地，所述状态单元还包括控制模块，所述控制模块用于对采集到的运行状态信息进行判断和分析，并根据判断结果向潮流能发电机组的主控系统发出报警信号。

进一步地，所述通讯单元包括RS232、RS485、RS422、以太网、蓝牙的多种通讯接口。

进一步地，所述电源输入接口至少包括AC230V、AC400V、AC690V三个电压等级的输入接口；

所述电源输出接口包括直流电压输出接口和交流电压输出接口，直流电压输出至少包括DC12V、DC24V、DC36V、DC110V、DC220V，交流电压输出至少包括AC230V、AC400V、AC690V。

进一步地，所述第一转换装置包括整流装置；所述整流装置与所述充电单元连接，用于将交流电转换为直流电后为充电单元充电；

所述第二转换装置包括逆变装置、开关电源和隔离变压器；

所述逆变装置与所述充电单元(主电源故障时)或整流装置(主电源供电时)导通连接，用于将电能通过逆变装置进行电源电压变换；所述逆变装置用于将直流电转换为交流电用于电压输出；所述隔离变压器、开关电源分别与逆变装置连接，所述隔离变压器用于将逆变装置输出的电压转换为多路不同等级的电压并连接到电源输出接口，用于给用电设备供电；

所述开关电源用于将逆变装置输出的交流电转换成直流电，还用于根据需要进行不同的电压输出；

所述转换单元还包括控制器；所述控制器与充电单元、整流装置和逆变装置连接，用于控制整个备用电源系统的启动和停止，还用于根据需要控制输出电压。

进一步地，所述转换单元还包括稳压装置；

和/或，所述转换单元还包括用于实现速断保护、过流保护、过压保护、欠压保护、超温保护、接地故障保护和/或三相不平衡保护的保护功能的结构；

和/或，所述备用电源装置还包括用于保护转换单元和充电单元的外壳，防护等级至少为IP32；

和/或，所述接口单元还包括与电源输入接口内部连接的供电接口，所述供电接口用于连接电源输入接口和第一转换装置；

和/或，所述控制器还用于控制隔离变压器和开关电源的电压输出；所述控制器还与潮流能发电机组的主控系统连接，用于远程参数设置和程序升级。

进一步地，所述充电单元包括超级电容组或电池组，用于储存电能或供电。

另一方面，提供一种潮流能发电机组，包括主电源、主控系统、变流器系统和变桨系统，还包括所述的潮流能发电机组的备用电源装置，所述主电源与所述电源输入接口连接，若干电源输出接口分别与所述主控系统、变流器系统和变桨系统连接。

进一步地，所述主控系统还与所述备用电源装置采用通讯方式进行连接；

和/或，所述备用电源装置通过电缆与外部用电设备连接；

和/或，所述备用电源装置安装在潮流能发电机组的控制室内。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

(1)本发明的备用电源装置可以在主电源失电或故障时保证发电机组不会因为突然断电而失去控制，可以实现发电机组的正常安全停机；本发明通过接口单元和转换单元的设置，将主控系统、变流器系统、变桨系统等的备用电源集成到一个设备中，系统集成度更高，方便主控系统进行管理和控制；并通过接口单元提供了多路不同电压输出的接口，各用电设备无需额外配置备用电源，节约设备内的空间和成本。

(2)本发明的备用电源装置，集成度高，可以设置在控制室内，可以大大降低备用电源的维护成本，提高维护效率；而且本发明利用转换单元内的控制器可以进行输出电压控制及远程参数设置和程序升级，自定义输出的电压值。

(3)本发明的备用电源系统安装在控制室内，发生故障时可以及时对备用电源进行处理，降低了故障停机的时间，提升了发电机组运行效率。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是现有技术的备用电源系统的供电示意图；

图2是本发明的备用电源系统的供电示意图；

图3是本发明的备用电源系统的功能模块图；

图4是本发明的备用电源装置的功能模块示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明提供一种潮流能发电机组的备用电源装置的实施例，如图2至图4所示，备用电源装置包括接口单元、转换单元和充电单元，接口单元在设备内部与转换单元进行连接；接口单元包括电源输入接口和若干用于与不同的用电设备连接的电源输出接口，电源输出接口包括分别用于连接潮流能发电机组的主控系统、变流器系统和变桨系统的电源输出接口，电源输入接口用于与主电源连接；转换单元包括第一转换装置和与第一转换装置连接的第二转换装置，电源输入接口与第一转换装置连接用于电源电压输入，第二转换装置分别与不同的电源输出接口连接，所述第二转换装置用于把输入的电源电压转换为不同等级的电压为设备供电；所述充电单元根据主电源供电或断电状态与所述第一转换装置或第二转换装置导通连接，用于为充电单元进行充电或通过第二转换装置对设备进行供电。

本发明在使用时，在正常运行时，主电源向用电设备供电，并给充电单元充电，通过整流装置(第一转换装置)使交流电变成直流电完成充电单元的充电，主电源故障时，充电单元的直流电通过第二转换装置将电源电压转换为多路不同电压等级的电压与电源输出接口连接，供给用电设备使用。主电源恢复时，继续由主电源向用电设备供电，并给充电单元充电。

本发明的备用电源装置可以在主电源失电或故障时保证发电机组不会因为突然断电而失去控制，可以实现发电机组的正常安全停机；本发明通过接口单元和转换单元的设置，将主控系统、变流器系统、变桨系统等的备用电源集成到一个模块中，系统集成度更高，方便主控系统进行管理和控制；并通过接口单元提供了多路不同电压输出的接口，各用电设备无需额外配置开关电源，节约设备内的空间和成本。

接口单元为用电设备提供不同电压等级的电源接口，并且为备用电源系统的正常工作提供电源。接口单元配有普通的端子接口，同时根据实际需要可加装不同规格的重载连接器接口。

备用电源装置可以安装在控制室内，与控制柜并排放置。如果所用的备用电源系统容量较小，也可以安装在控制柜内部。

进一步地，充电单元根据主电源供电或断电状态与第一转换装置或第二转换装置导通连接，可以通过控制电路以电压差的形式切换充电单元与第一转换装置或者与第二转换装置导通连接。

进一步地，在主电源供电状态下，第一转换装置与充电单元和第二转换单元导通连接，用于为充电单元充电和为设备供电；

在主电源断电状态下，充电单元与第二转换装置导通连接，用于为设备供电。

作为一种改进，还包括状态单元和与其连接的通讯单元；状态单元通过安装在充电单元、转换单元中的传感器，采集备用电源的运行状态，然后通过通讯单元将备用电源系统的电流、电压、电量、温度等参数实时与主控进行通讯。

进一步地，状态单元还包括控制模块，控制模块用于对采集到的运行状态信息进行判断和分析，在判断在发生故障时，向潮流能发电机组的主控系统发出报警信号。

进一步地，通讯单元包括RS232、RS485、RS422、以太网、蓝牙等多种通讯接口。

进一步地，电源输入接口至少包括AC230V、AC400V、AC690V三个电压等级的输入接口；

电源输出接口包括直流电压输出接口和交流电压输出接口，直流电压输出至少包括DC12V、DC24V、DC36V、DC110V、DC220V，交流电压输出至少包括AC230V、AC400V、AC690V。

进一步地，第一转换装置包括整流装置；整流装置与充电单元连接，用于将交流电转换为直流电后为充电单元充电；

第二转换装置包括逆变装置、开关电源和隔离变压器；

充电单元与逆变装置进行连接，用于将充电单元输出的电能通过逆变装置进行电源电压变换；逆变装置用于将直流电转换为交流电用于电压输出；隔离变压器、开关电源分别与逆变装置连接，隔离变压器用于将逆变装置输出的电压转换为多路不同等级的电压并连接到电源输出接口，用于给用电设备供电；

开关电源用于将逆变装置输出的交流电转换成直流电，并根据需要进行不同的电压输出；

转换单元还包括控制器；控制器与充电单元、整流装置和逆变装置连接，用于控制整个备用电源系统的启动和停止，同时根据需要控制输出电压。控制器还用于控制隔离变压器和开关电源的电压输出。

主电源在正常运行状态时，整流装置与充电单元连接，将交流电转换成直流电完成充电单元的充电，并且整流装置与逆变装置连接，将直流电变成交流电，并通过隔离变压器和开关电源转换成不同等级的电压连接到电源输出接口，给用电设备供电。在主电源故障时，充电单元与逆变装置导通，通过逆变装置将直流电变成交流电，再通过隔离变压器和开关电源转换成不同等级的电压连接到电源输出接口，给用电设备供电。

为了维持电路稳定和用电设备的用电安全，转换单元还包括稳压装置；

和/或，转换单元还包括但不限于过流保护、过压保护、欠压保护、超温保护、接地故障保护、三相不平衡保护等保护功能；

为了安装和拆卸方便，备用电源装置还包括用于保护转换单元和充电单元的外壳，防护等级至少为IP32；，外壳材料采用不锈钢板或冷轧板

为了连接方便，接口单元还包括与电源输入接口内部连接的供电接口，供电接口用于连接电源输入接口和第一转换装置；

为了更加智能化，控制器还用于控制隔离变压器和开关电源的电压输出；控制器与潮流能发电机组的主控系统连接，用于远程参数设置和程序升级。

进一步地，充电单元包括超级电容或充电电池组，用于储存电能或供电。充电单元中超级电容组或电池组可以方便地单独进行拆卸和更换。充电单元容量满足应能保证主电源断电后其下端所有电气设备在任何工况任何运行状态下正常运行5分钟以上。

上述实施例中，用电设备包括主控系统、变流器系统、变桨系统等。

另一方面，提供一种潮流能发电机组，包括主电源、主控系统、变流器系统和变桨系统，还包括上述的潮流能发电机组的备用电源装置，主电源与电源输入接口连接，若干电源输出接口分别与主控系统、变流器系统和变桨系统连接。

进一步地，主控系统还与备用电源装置通讯连接；

和/或，备用电源装置通过电缆与外部用电设备连接；

和/或，备用电源装置安装在潮流能发电机组的控制室内。

本发明在使用时，在正常运行时，主电源向用电设备供电，并给充电单元充电，通过整流装置使交流电变成直流电完成充电单元的充电，主电源故障时，充电单元的直流电通过逆变装置逆变成交流电，并转换为多路不同电压等级的电压与电源输出接口连接，供给用电设备使用。主电源恢复时，主电源再次向用电设备供电，并给充电单元充电。本发明主要针对的潮流能发电机组在备用电源故障时无法及时更换的问题，而且更针对于单台机组的备用电源集成度和维护的问题。

本发明的优势还在于：

本发明的备用电源装置可以在主电源失电或故障时保证发电机组不会因为突然断电而失去控制，可以实现发电机组的正常安全停机。将主控系统、变流器系统、变桨系统的备用电源集成到一个模块中，系统集成度更高，方便主控系统进行管理和控制。提供了多路不同电压输出的接口，各用电设备无需额外配置备用电源，节约设备内的空间和成本。

同时还可以达到以下目的:

1)降低维护成本。目前的变桨系统备用电源放置在轮毂内部。如果备用电源损坏，需要将设备盖板打开进行更换或维护。每次更换或维护都会破坏发电机组的密封，增加发电机组整体的密封成本。本发明的备用电源系统可以安装在控制室，备用电源维护时不会对设备的密封造成损坏。

2)提高维护效率。目前的直流电源通过安装在不同位置的电气设备进行多次电压转换才能得到，可能存在的故障点较多，故障很难排查。本发明的备用电源装置可以对输出的电源集成控制和管理，电源故障时能够及时向主控系统进行报警，提高了维护效率。

3)提高设备发电效率。目前的变桨系统备用电源安装在轮毂内部，发生故障时发电机组必须停留在水下，直到海水平潮期才能够对其进行维护。维护时间长，降低了机组的发电效率。本发明将备用电源系统安装在控制室内，发生故障时可以及时对备用电源进行处理，降低了故障停机的时间，提升了发电机组运行效率。

综上所述，本发明解决了潮流能发电机组中各部件备用电源模块安装分散的问题。并解决了安装在潮流能发电机组内的电池故障时无法及时维护的问题。使在市电交流电源失电或故障时保证用电设备处于可控状态。本发明的系统集成度更高，便于主控系统进行管理和控制。本发明对备用电源系统的维护和故障处理更加及时，降低了故障停机的时间，提升了发电机组运行的可靠性。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种潮流能发电机组的备用电源装置，其特征在于，所述备用电源装置包括接口单元、转换单元和充电单元；

所述接口单元包括电源输入接口和若干用于与不同的用电设备连接的电源输出接口，所述电源输出接口包括分别用于连接潮流能发电机组的主控系统、变流器系统和变桨系统的电源输出接口，所述电源输入接口用于与主电源连接；

所述转换单元包括第一转换装置和与所述第一转换装置连接的第二转换装置，所述电源输入接口与所述第一转换装置连接用于电源电压输入，所述第二转换装置分别与不同的电源输出接口连接，所述第二转换装置用于把输入的电源电压转换为不同等级的电压为设备供电；

所述充电单元根据主电源供电或断电状态与所述第一转换装置或第二转换装置导通连接，用于为充电单元进行充电或通过第二转换装置对设备进行供电。

2.根据权利要求1所述的潮流能发电机组的备用电源装置，其特征在于，还包括状态单元和与其连接的通讯单元；所述状态单元包括设置在充电单元、转换单元中的传感器，用于采集充电单元和转换单元的运行状态；所述状态单元通过通讯单元用于与潮流能发电机组的主控系统进行通讯。

3.根据权利要求2所述的潮流能发电机组的备用电源装置，其特征在于，所述状态单元还包括控制模块，所述控制模块用于对采集到的运行状态信息进行判断和分析，并根据判断结果是否向潮流能发电机组的主控系统发出报警信号。

4.根据权利要求2所述的潮流能发电机组的备用电源装置，其特征在于，所述通讯单元包括RS232、RS485、RS422、以太网、蓝牙的多种通讯接口。

5.根据权利要求1至4任一所述的潮流能发电机组的备用电源装置，其特征在于，所述电源输入接口至少包括AC230V、AC400V、AC690V三个电压等级的输入接口；

所述电源输出接口包括直流电压输出接口和交流电压输出接口，直流电压输出至少包括DC12V、DC24V、DC36V、DC110V、DC220V，交流电压输出至少包括AC230V、AC400V、AC690V。

6.根据权利要求1至5任一所述的潮流能发电机组的备用电源装置，其特征在于，在主电源供电状态下，所述第一转换装置与所述充电单元和第二转换单元导通连接，用于为充电单元充电和为设备供电；

在主电源断电状态下，所述充电单元与所述第二转换装置导通连接，用于为设备供电。

7.根据权利要求1至6任一所述的潮流能发电机组的备用电源装置，其特征在于，所述第一转换装置包括整流装置；所述整流装置与所述充电单元连接，用于将交流电转换为直流电后为充电单元充电；

所述第二转换装置包括逆变装置、开关电源和隔离变压器；

所述逆变装置与所述充电单元或整流装置连接，所述逆变装置用于将直流电转换为交流电用于电压输出；所述隔离变压器、开关电源分别与逆变装置连接，所述隔离变压器用于将逆变装置输出的电压转换为多路不同等级的电压并连接到电源输出接口，用于给用电设备供电；

所述开关电源用于将逆变装置输出的交流电转换成直流电，还用于根据需要进行不同的电压输出；

所述转换单元还包括控制器；所述控制器与充电单元、整流装置和逆变装置连接，用于控制整个备用电源系统的启动和停止，还用于根据需要控制输出电压。

8.根据权利要求1至7任一所述的潮流能发电机组的备用电源装置，其特征在于，所述转换单元还包括稳压装置；

和/或，所述转换单元还包括用于实现速断保护、过流保护、过压保护、欠压保护、超温保护、接地故障保护和/或三相不平衡保护的保护功能的结构；

和/或，所述备用电源装置还包括用于保护转换单元和充电单元的外壳，防护等级至少为IP32；

和/或，所述接口单元还包括与电源输入接口内部连接的供电接口，所述供电接口用于连接电源输入接口和第一转换装置；

和/或，所述控制器还用于控制隔离变压器和开关电源的电压输出；所述控制器还与潮流能发电机组的主控系统连接，用于远程参数设置和程序升级。

9.一种潮流能发电机组，包括主电源、主控系统、变流器系统和变桨系统，其特征在于，还包括权利要求1至8任一所述的潮流能发电机组的备用电源装置，所述主电源与所述电源输入接口连接，若干电源输出接口分别与所述主控系统、变流器系统和变桨系统连接。

10.根据权利要求9所述的潮流能发电机组，其特征在于：所述主控系统还与所述备用电源装置采用通讯方式进行连接；

和/或，所述备用电源装置通过电缆与外部用电设备连接；

和/或，所述备用电源装置安装在潮流能发电机组的控制室内。