CN116317162A - 一种水下能源平台供电系统及其控制方法 - Google Patents

一种水下能源平台供电系统及其控制方法 Download PDF

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陈廷杨
别瑜
肖烨然
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Abstract

本发明公开了一种水下能源平台供电系统，由卫星通讯模块、海流能发电模块、波浪能发电模块、岸基远程能源监控及运维管理中心、平台能量智能管控设备、储能系统、用电设备及直流母线组成；还公开了其控制方法；本发明以海流能发电模块和波浪能发电模块为发电单元，通过卫星通讯模块将发电单元信息传递到岸基远程能源监控及运维管理中心进行智能管控，再由平台能量智能管控设备调控和转换能量，汇集到直流母线得到用电设备所需要的电压和功率，同时通过储能系统来平抑发电单元和用电设备之间的能量差异，从而为水下无人作战平台提供稳定的能源动力。

Description

一种水下能源平台供电系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及水下能源平台电力技术领域，具体为一种新型水下能源平台供电系统及其控制方法。
背景技术
当前，自主水下航行器、水下预置平台等无人水下装备在海洋资源开发、海洋军事活动中承担着日益重要的角色。随着所承担的任务不断增多，无人水下装备能源需求整体处于不断攀升状态，但受尺寸、重量的限制，无人水下装备携带的能源是有限的。在常规电化学动力电池能量密度无法取得突破性进展的条件下，能源已成为制约无人水下装备技术发展的瓶颈问题。
部分现有技术中采用海上光伏发电系统或者海上风力发电系统，可以改善上述问题。然而，海上风浪较大会对风力发电装置产生影响，导致风力发电装置容易产生损坏的情况，需要对其进行检修更换，但是现有的风力发电装置难以拆卸，使用不方便，导致对其进行后期维修工作较麻烦。而对于海上光伏发电系统，可靠且实用的提升光伏电站寿命的方法是采用具有较高抗浪涌的连接支架及合理的系统设置。当前市场上可采购到的连接支架大多笨重且安装不方便，这增加了初始投资和运维成本。此外，海上光伏发电系统和海上风力发电系统均处于海上，目标太大，不利于平台的隐蔽性。
然而，海洋之中蕴藏着丰富的波浪能、海流能等可再生能源，这些能源可就地取能，就近使用，不需要岸上远距离输电。此外，海流能和波浪能发电模块装置目标相对较小，易于隐蔽。所以针对无人装备在未来海战中面临的电能获取、充电等难题，设计新型水下能源供给平台，实现水下无人装备就地充电，可有效解决水下无人装备的能源供电难题，但是现有的研究文献均未涉及。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种水下能源平台供电系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水下能源平台供电系统，包括平台能量智能管控设备以及分别与平台能量智能管控设备连接的海流能发电模块、波浪能发电模块、岸基远程能源监控及运维管理中心和储能系统，还包括分别与海流能发电模块和岸基远程能源监控及运维管理中心连接的卫星通讯模块，所述的平台能量智能管控设备引出多个连接用电设备的直流母线，所述的海流能发电模块和波浪能发电模块分别通过单向DC/DC变换器接入平台能量智能管控设备，所述的储能系统通过双向DC/DC变换器接入平台能量智能管控设备，所述的直流母线直接接入平台能量智能管控设备的输出端，所述的用电设备及其他直流负载单元通过单向DC/DC变换器接入直流母线。
本发明的目的之二是提供一种水下能源平台供电系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1，系统判断是否有用电设备接入水下能源平台；
步骤2，若没有用电设备接入水下能源平台，则储能系统接入平台能量智能管控设备进入自治模式，只需满足平台系统自身能量需求；
步骤3，若有用电设备接入水下能源平台，则需进一步判断直流母线的电压是否大于额定值；
步骤4，若直流母线电压大于额定值，再进一步判断储能系统是否达到设定值上限；
步骤5，若储能系统达到设定值上限，则由海流能发电模块和波浪能发电模块构成的发电单元单独接入平台能量智能管控设备供电满足系统需求，储能系统继续保持自治；
步骤6，若储能系统低于设定值上限，则由海流能发电模块和波浪能发电模块构成的发电单元与储能系统一起接入平台能量智能管控设备供电满足系统需求；
步骤7，若直流母线电压小于额定值，再进一步判断储能系统是否达到设定值下限；
步骤8，若储能系统低于设定值下限，则由海流能发电模块和波浪能发电模块构成的发电单元与储能系统一起供电满足系统需求；
步骤9，若储能系统达到设定值下限且低于设定值上限，则由海流能发电模块和波浪能发电模块构成的发电单元在满足系统能量需求的前提下，有盈余则给储能系统提供能量，没有盈余则不提供。
进一步，直流母线电压大于额定值时，海流能发电模块和波浪能发电模块构成的发电单元接入平台能量智能管控设备后再由直流母线向储能系统供电。
进一步，直流母线电压小于额定值时，海流能发电模块和波浪能发电模块构成的发电单元以及储能系统接入平台能量智能管控设备后再由直流母线向用电设备及其他直流负载单元供电。
本发明的有益效果是：
1，本发明将海流能发电模块、波浪能发电模块、储能系统等分布式电源技术应用在在水下能源平台供电系统中，分布式电源与直流母线的连接形式更加简便，易于实现分布式电源间的协调控制，且母线电压是衡量水下能源平台供电系统内有功功率平衡的唯一指标，没有水下能源平台交流供电网络中无功功率平衡和稳定的问题，提高了供电可靠性；
2，本发明是以一组海上可再生新能源发电和储能系统为集群，结合水下能源平台运行特性和直流供电系统的部分重要负荷电能质量管理所形成的可移动式供能网络；
3，本发明将多种新能源、储能装置、能量变换装置、通讯管理系统以及负载等组成一个整体，构建一个能够实现自我控制、保护和管理的强耦合、非线性、高协同的自治系统。
4，本发明将新能源发电技术用于水下能源平台之上，充分利用了海上新能源丰富的优势，降低化石能源在水下能源平台电力系统中的供电比重，引入清洁能源补充和逐步替代化石燃料。
5，本发明系统为海流能、波浪能等清洁能源的整合和利用提供了灵活和高效的接入方式，其有效解决了间歇性能源的波动及不可控问题，将直流供电技术应用于水下能源平台电力系统。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的系统运行策略示意图。
各附图标记为：1—卫星通讯模块，2—海流能发电模块，3—波浪能发电模块，4—岸基远程能源监控及运维管理中心，5—平台能量智能管控设备，6—储能系统，7—用电设备，8—直流母线。
实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解。
实施例
参照图1所示，本发明公开的一种水下能源平台供电系统，包括卫星通讯模块1、海流能发电模块2、波浪能发电模块3、岸基远程能源监控及运维管理中心4、平台能量智能管控设备5、储能系统6、用电设备7和直流母线8。本发明根据水下能源平台的特点，采用卫星通讯模块1和岸基远程能源监控及运维管理中心4的方式对平台进行供电控制，并加入储能系统6提高了无人供电可靠性。卫星通讯模块1和岸基远程能源监控及运维管理中心4可以远程控制能源平台供电系统，实现无人化。
海流能发电模块2和波浪能发电模块3构成的发电单元仅产生能量，不消耗能量，功率传输具有单向性。所述的海流能发电模块2和波浪能发电模块3分别通过单向DC/DC变换器接入平台能量智能管控设备5，所述的储能系统6通过双向DC/DC变换器接入平台能量智能管控设备5，所述的直流母线8直接接入平台能量智能管控设备5的输出端，所述的用电设备7及其他直流负载单元通过单向DC/DC变换器接入直流母线8。
本实施例中的储能系统6在水下能源平台供电系统中非常重要，既可以产生能量，也可以储存能量，功率传输具有双向性，当系统发出功率大于负载消耗功率时，其内部的蓄电池储能储存能量；当系统发出功率小于消耗功率时，电池释放能量，实现谷电峰用，提高了水下能源平台供电系统的稳定性和可靠性。
实施例
如图2所示，本发明的水下能源平台供电系统运行策略可由以下步骤进行：
步骤1，系统判断是否有用电设备7接入水下能源平台。
步骤2，若没有用电设备7及其他直流负载单元接入水下能源平台，则储能系统6接入平台能量智能管控设备5进入自治模式，只需满足平台系统自身能量需求。
步骤3，若有用电设备（7接入水下能源平台，则需进一步判断直流母线8电压是否大于额定值。
步骤4，若直流母线8电压大于额定值，再进一步判断储能系统6是否达到设定值上限。
步骤5，若储能系统6达到设定值上限，则由海流能发电模块2和波浪能发电模块3构成的发电单元单独接入平台能量智能管控设备5供电满足系统需求，储能系统6继续保持自治。
步骤6，若储能系统6低于设定值上限，则由海流能发电模块2和波浪能发电模块3构成的发电单元与储能系统6一起接入平台能量智能管控设备5供电满足系统需求。
步骤7，若直流母线8电压小于额定值，再进一步判断储能系统6是否达到设定值下限。
步骤8，若储能系统6低于设定值下限，则由海流能发电模块2和波浪能发电模块3构成的发电单元与储能系统6一起供电满足系统需求。
步骤9，若储能系统6达到设定值下限且低于设定值上限，则由海流能发电模块2和波浪能发电模块3构成的发电单元在满足系统能量需求的前提下，有盈余则给储能系统6提供能量，没有盈余则不提供。
其中，直流母线8电压大于额定值时，海流能发电模块2和波浪能发电模块3构成的发电单元接入平台能量智能管控设备5后再由直流母线8向储能系统6供电。直流母线8电压小于额定值时，海流能发电模块2和波浪能发电模块3构成的发电单元以及储能系统6接入平台能量智能管控设备5后再由直流母线8向用电设备7及其他直流负载单元供电。
本发明采用直流供电技术为海流能、波浪能等清洁能源的整合和利用提供了灵活和高效的平台，本发明可有效解决水下无人装备的能源供电难题，形成适用于水下装备能源获取、存储、传输、管理能力。
本发明可以广泛应用于水下无人装备供电系统，将直流供电技术应用于水下供电电力系统，具有环境友好、供电可靠、能源利用充分等特点。
本领域的技术人员容易解读，以上所述仅为本发明的较佳使用案例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围内之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明保护范围内。

Claims (4)

1.一种水下能源平台供电系统，其特征在于：包括平台能量智能管控设备（5）以及分别与平台能量智能管控设备（5）连接的海流能发电模块（2）、波浪能发电模块（3）、岸基远程能源监控及运维管理中心（4）和储能系统（6），还包括分别与海流能发电模块（2）和岸基远程能源监控及运维管理中心（4）连接的卫星通讯模块（1），所述的平台能量智能管控设备（5）引出多个连接用电设备（7）的直流母线（8），所述的海流能发电模块（2）和波浪能发电模块（3）分别通过单向DC/DC变换器接入平台能量智能管控设备（5），所述的储能系统（6）通过双向DC/DC变换器接入平台能量智能管控设备（5），所述的用电设备（7）通过单向DC/DC变换器接入直流母线（8）。
2.一种如权利要求1所述水下能源平台供电系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，系统判断是否有用电设备（7）接入；
步骤2，若没有用电设备（7）接入，则储能系统（6）接入平台能量智能管控设备（5）进入仅满足系统自身能量需求的自治模式；
步骤3，若有用电设备（7）接入，进一步判断直流母线（8）的电压是否大于额定值；
步骤4，若直流母线（8）电压大于额定值，再进一步判断储能系统（6）是否达到设定值上限；
步骤5，若储能系统（6）达到设定值上限，则由海流能发电模块（2）和波浪能发电模块（3）单独接入平台能量智能管控设备（5）满足系统需求，储能系统（6）继续保持自治；
步骤6，若储能系统（6）低于设定值上限，则由海流能发电模块（2）和波浪能发电模块（3）与储能系统（6）一起接入平台能量智能管控设备（5）满足系统需求；
步骤7，若直流母线（8）电压小于额定值，再进一步判断储能系统（6）是否达到设定值下限；
步骤8，若储能系统（6）低于设定值下限，则由海流能发电模块（2）和波浪能发电模块（3）与储能系统（6）一起供电满足系统需求；
步骤9，若储能系统（6）达到设定值下限且低于设定值上限，则由海流能发电模块（2）和波浪能发电模块（3）在满足系统能量需求的前提下，盈余给储能系统（6）提供能量。
3.根据权利要求2所述的一种水下能源平台供电系统的控制方法，其特征在于，直流母线（8）电压大于额定值时，海流能发电模块（2）和波浪能发电模块（3）接入平台能量智能管控设备（5）后再由直流母线（8）向储能系统（6）供电。
4.根据权利要求2所述的一种水下能源平台供电系统的控制方法，其特征在于，直流母线（8）电压小于额定值时，海流能发电模块（2）和波浪能发电模块（3）以及储能系统（6）接入平台能量智能管控设备（5）后再由直流母线（8）向用电设备（7）供电。
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