CN113824206A - 一种基于岸基供电的水下试验平台供电控制系统 - Google Patents

一种基于岸基供电的水下试验平台供电控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于岸基供电的水下试验平台供电控制系统，涉及水下技术领域，该系统针对水下试验平台的特点提供了一种岸基‑水面‑水下的电能供给结构，通过电力监测和控制分级供电，更高效率分配电量，保证用电设备工作顺序合理性满足水下试验平台的用电需求。另外，当岸基供电设备失电或其他故障导致的应急工况发生时，水下试验平台和水面控制室内部都具备一定的供电能力，能够保障紧急情况下水下平台安全上浮及水面控制室通讯控制所需电力，能够很好地满足水下试验平台的安全性需求。该系统通用性较高，简化试验平台内部配置，主要配置不变的情况下，可适用于不同试验装置的供电需求，供应电力多电制可供选择，可扩展性较强。

Description

一种基于岸基供电的水下试验平台供电控制系统
技术领域
本发明涉及水下技术领域，尤其是一种基于岸基供电的水下试验平台供电控制系统。
背景技术
近年来我国加大对海洋开发相关技术的投资，海洋监测相关设备的研发得到飞速发展，于是出现了各种水下试验平台。水下试验平台空间有限、用电设备繁多且对安全性要求较高，如何稳定有效的满足其水下的用电需求是必须要考虑的问题。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于岸基供电的水下试验平台供电控制系统，本发明的技术方案如下：
一种基于岸基供电的水下试验平台供电控制系统，该系统包括位于水面下的水下试验平台、位于水面上的水面保障船以及位于水面岸边的岸基供电设备；
水面保障船上设置有水面控制室，水面控制室内部至少包括水面UPS和水面控制模块，岸基供电设备通过电缆连接至水面控制室给水面UPS充电，水面UPS连接水面控制模块提供不间断电源；
水面控制模块通过供电通讯电缆连接至水下试验平台进行供电和通讯，水下试验平台包括舱内用电设备、舱内UPS和水下应急电池：
当岸基供电设备供电正常时，水面控制室通过供电通讯电缆给舱内UPS和水下应急电池充电，水面控制模块按照预定策略确定水下试验平台内部各个舱内用电设备的优先级，并通过供电通讯电缆给用电总功率在当前最大供电功率范围内、且优先级最高的若干个舱内用电设备发送允许供电指令进行供电；
当岸基供电设备供电故障时，舱内UPS和水下应急电池对预定舱内用电设备进行应急供电。
其进一步的技术方案为，水面控制模块根据各个舱内用电设备的重要性系数以及历史使用次数确定各个舱内用电设备的优先级，重要性系数越大、历史使用次数越多，对应的优先级越高。
其进一步的技术方案为，水面控制模块按照
Figure BDA0003267557850000021
的公式确定任意第i个舱内用电设备的优先级，Ki是第i个舱内用电设备的重要性系数，Fi是第i个舱内用电设备的历史使用次数。
其进一步的技术方案为，在给舱内用电设备供电过程中，若舱内用电设备发生故障，则切断对舱内用电设备的供电。
其进一步的技术方案为，水下试验平台内部不同的区域设置有若干个相互连接的水下组合电柜，水面控制模块通过供电通讯电缆连接至水下试验平台的一个水下组合电柜进行分流，每个水下组合电柜分别给所在区域的舱内用电设备供电。
其进一步的技术方案为，水面控制室内部包括水面组合电柜、水面配电设备和水面用电设备，岸基供电设备通过电缆连接至水面组合电柜进行分流，再经过水面配电设备进行隔离变压后，给水面用电设备供电并给水面UPS充电。
其进一步的技术方案为，水面保障船上还设置有起吊支架和电缆绞车，起吊支架固定在水下试验平台的壳体上使其悬吊在水面下，电缆绞车对供电通讯电缆进行收放，水面配电设备隔离变压后给电缆绞车供电。
其进一步的技术方案为，岸基供电设备与水面控制室之间的电缆上设置若干个浮球漂浮于水面上。
本发明的有益技术效果是：
本申请公开了一种基于岸基供电的水下试验平台供电控制系统，该系统针对水下试验平台的特点提供了一种岸基-水面-水下的电能供给结构，通过电力监测和控制分级供电，更高效率分配电量，保证用电设备工作顺序合理性满足水下试验平台的用电需求。另外，当岸基供电设备失电或其他故障导致的应急工况发生时，水下试验平台和水面控制室内部都具备一定的供电能力，能够保障紧急情况下水下平台安全上浮及水面控制室通讯控制所需电力，能够很好地满足水下试验平台的安全性需求。该系统通用性较高，简化试验平台内部配置，主要配置不变的情况下，可适用于不同试验装置的供电需求，供应电力多电制可供选择，可扩展性较强。
附图说明
图1是本申请的水下试验平台供电控制系统的系统结构图。
图2是本申请中的水面控制室的电路连接示意图。
图3是本申请中的水下试验平台的电路连接示意图。
图4是本申请中水面控制模块对水下试验平台内的舱内用电设备进行电力分配的逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种基于岸基供电的水下试验平台供电控制系统，请参考图1所示的结构示意图，该系统包括位于水面下的水下试验平台1、位于水面上的水面保障船2以及位于水面岸边的岸基供电设备3。
水面保障船2上设置有水面控制室4。岸基供电设备3通常是变电站，其通过电缆5连接至水面控制室4。如图1所示，在实际应用时，岸基供电设备3与水面控制室4之间的电缆5上设置若干个浮球6漂浮于水面上。
如图2所示，水面控制室4内部至少包括水面UPS和水面控制模块，岸基供电设备3通过电缆5给水面UPS充电。水面UPS连接水面控制模块提供不间断电源。具体的，水面控制室4内部包括水面组合电柜、水面配电设备和水面用电设备，岸基供电设备3通过电缆4连接至水面组合电柜进行分流，再经过水面配电设备进行隔离变压后，给水面用电设备供电并给水面UPS充电。水面保障船2上还设置有电缆绞车7，与水面控制室4内部的其他水面用电设备相同，水面配电设备隔离变压后给电缆绞车7供电。
水面保障船2上还设置有起吊支架8，起吊支架8固定在水下试验平台1的壳体上使水下试验平台1悬吊在水面下进行稳定的试验。水面控制模块通过供电通讯电缆9连接至水下试验平台1进行供电和通讯。电缆绞车7对供电通讯电缆9进行收放。
如图3所示，水下试验平台1包括舱内用电设备、舱内UPS和水下应急电池。实际应用时，水下试验平台内部还包括水下组合电柜和水下配电设备，水面控制模块通过供电通讯电缆9连接至水下试验平台进行分流，再经过水下配电设备进行隔离变压后，给舱内用电设备供电，并给舱内UPS和水下应急电池充电。舱内UPS和水下应急电池连接预定舱内用电设备，这些预定舱内用电设备是水下试验平台内较为重要的、在应急状态下必须正常工作的舱内用电设备，比如用于实现水下试验平台上浮的舱内用电设备。
在本申请中，如图3所示，水下试验平台1内部不同的区域设置有若干个相互连接的水下组合电柜，水面控制模块通过供电通讯电缆9连接至水下试验平台的一个水下组合电柜进行分流，每个水下组合电柜分别给所在区域的舱内用电设备就近供电。舱内UPS和水下应急电池也根据设置位置由所在区域的水下组合电柜供电，舱内UPS和水下应急电池一般布设在预定舱内用电设备所在区域内。因此实际上每个水下组合电柜可能给舱内用电设备、舱内UPS和水下应急电池中的任意一种或多种设备供电，图3示出了一种可能的示意图。
比较典型的，如图1所示，水下试验平台1内部包括大壳体10和两侧的两个小壳体11，每个壳体内分别设置一个水下组合电柜，水面控制模块通过供电通讯电缆9连接至大壳体10内部的水下组合电柜。大壳体10内部的水下组合电柜通过壳体之间的穿舱通道连接两侧的小壳体11内部的水下组合电柜，三个壳体内部根据需要设置舱内用电设备、舱内UPS和水下应急电池中的一种或任意多种，并由相应壳体内的水下组合电柜供电。
不同的水下组合电柜联通交互工作，当一台水下组合电柜出现供电故障时，其余水下组合电柜对出现供电故障的水下组合电柜所在区域的舱内用电设备供电，比较典型的，会在大壳体10内设置两台水下组合电柜。在给舱内用电设备供电过程中，若舱内用电设备发生故障，则切断对舱内用电设备的供电，保证舱内用电设备的安全。
本申请中的水下组合电柜内设PLC控制系统，由西门子S7-1200型(带以太网接口)PLC控制器加TP700触摸屏组成，用以实现运行状态及工作参数的监控。相关信息可通过TCP/IP协议进入水下试验平台1的控制及监控系统，进行控制、监控、显示和记录。
基于本申请公开的系统结构，水下试验平台1的供电控制过程如下：
1、当岸基供电设备3供电正常时，岸基供电设备3给水面UPS充电、并给水面保障船上的包括水面控制模块在内的其他设备供电。水面控制模块将岸基供电设备3提供的电力分流并通过供电通讯电缆输送至水下试验平台1。水面控制室通过供电通讯电缆输送至水下试验平台1的电力给舱内UPS和水下应急电池充电，并给舱内用电设备供电。
但是本申请中并不一定是直接给所有舱内用电设备供电，而是对电量进行分级分配，具体的：水面控制模块按照预定策略确定水下试验平台内部各个舱内用电设备的优先级，并通过供电通讯电缆给用电总功率在当前最大供电功率范围内、且优先级最高的若干个舱内用电设备发送允许供电指令进行供电，对其他未发送允许供电指令的舱内用电设备不再发送指令，直到操作人员人为操控。
在确定舱内用电设备的优先级时，根据各个舱内用电设备的重要性系数以及历史使用次数确定各个舱内用电设备的优先级，重要性系数越大、历史使用次数越多，对应的优先级越高。在一个实施例中，水面控制模块按照
Figure BDA0003267557850000051
的公式确定任意第i个舱内用电设备的优先级Ai，Ki是第i个舱内用电设备的重要性系数，Fi是第i个舱内用电设备的历史使用次数。
具体的，每个舱内用电设备的重要性系数是预先设置并保存在水面控制模块内的，舱内用电设备的重要性越高、重要性系数越大，一般上述提到的预定舱内用电设备的重要性系数较大，比如潜浮控制箱的核心系数是10，风机的核心系数是1。每个舱内用电设备维护自身的历史使用次数，并发送给其直接连接的上级设备，逐层传递后上报给水面控制模块，由此水面控制模块可以确定各个舱内用电设备的优先级。同时水面控制模块还保存有各个舱内用电设备的用电功率，则请参考图4，对于优先级从高到低的第t个舱内用电设备，水面控制模块检测优先级不低于第t个舱内用电设备的所有舱内用电设备的用电功率的总和作为此时的用电总功率，若此时的用电总功率未超过当前最大供电功率，则令t＝t+1并再次执行检测优先级不低于第t个舱内用电设备的所有舱内用电设备的用电功率的总和的步骤。若此时的用电总功率大于当前最大供电功率，则向优先级从高到低的t-1个舱内用电设备发送允许供电指令，t为参数且起始值为1。
2、当岸基供电设备3供电故障时，岸基UPS对水面控制模块供电，保证控制和通讯不中断。水下试验平台1内，舱内UPS和水下应急电池对预定舱内用电设备进行冗余的应急供电，保证在一段时间内水下试验平台都能够完成应急操作，比如完成上浮。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于岸基供电的水下试验平台供电控制系统，其特征在于，所述系统包括位于水面下的水下试验平台、位于水面上的水面保障船以及位于水面岸边的岸基供电设备；
所述水面保障船上设置有水面控制室，所述水面控制室内部至少包括水面UPS和水面控制模块，所述岸基供电设备通过电缆连接至所述水面控制室给所述水面UPS充电，所述水面UPS连接所述水面控制模块提供不间断电源；
所述水面控制模块通过供电通讯电缆连接至所述水下试验平台进行供电和通讯，所述水下试验平台包括舱内用电设备、舱内UPS和水下应急电池：
当所述岸基供电设备供电正常时，所述水面控制室通过所述供电通讯电缆给所述舱内UPS和水下应急电池充电，所述水面控制模块按照预定策略确定所述水下试验平台内部各个舱内用电设备的优先级，并通过所述供电通讯电缆给用电总功率在当前最大供电功率范围内、且优先级最高的若干个舱内用电设备发送允许供电指令进行供电；
当所述岸基供电设备供电故障时，所述舱内UPS和水下应急电池对预定舱内用电设备进行应急供电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述水面控制模块根据各个舱内用电设备的重要性系数以及历史使用次数确定各个舱内用电设备的优先级，重要性系数越大、历史使用次数越多，对应的优先级越高。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述水面控制模块按照
Figure FDA0003267557840000011
的公式确定任意第i个舱内用电设备的优先级，Ki是第i个舱内用电设备的重要性系数，Fi是第i个舱内用电设备的历史使用次数。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在给舱内用电设备供电过程中，若舱内用电设备发生故障，则切断对所述舱内用电设备的供电。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水下试验平台内部不同的区域设置有若干个相互连接的水下组合电柜，所述水面控制模块通过供电通讯电缆连接至所述水下试验平台的一个水下组合电柜进行分流，每个水下组合电柜分别给所在区域的舱内用电设备供电。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水面控制室内部包括水面组合电柜、水面配电设备和水面用电设备，所述岸基供电设备通过电缆连接至所述水面组合电柜进行分流，再经过所述水面配电设备进行隔离变压后，给所述水面用电设备供电并给所述水面UPS充电。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述水面保障船上还设置有起吊支架和电缆绞车，所述起吊支架固定在所述水下试验平台的壳体上使其悬吊在水面下，所述电缆绞车对所述供电通讯电缆进行收放，所述水面配电设备隔离变压后给所述电缆绞车供电。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述岸基供电设备与所述水面控制室之间的电缆上设置若干个浮球漂浮于水面上。
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