CN109494802A - 海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统及浮台供电系统 - Google Patents

海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统及浮台供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统，包括一组以上的太阳电池组串、离网光伏充电控制器和储能单元，各所述太阳电池组串与所述离网光伏充电控制器相连，所述离网光伏充电控制器的输出端分别与所述储能单元和应急北斗和锚灯相连。本发明还公开了一种锚泊浮台供电系统，包括用于提供正常供电电源的柜体和如上所述的海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统；所述柜体通过第二电源模块与所述应急北斗和锚灯相连。本发明的海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统与供电系统均具有结构简单、可持续供电等优点。

Description

海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统及浮台供电系统
技术领域
本发明主要涉及能源技术领域，特指一种海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统及浮台供电系统。
背景技术
海洋锚泊浮台是解决中远海区域信息网络覆盖的重要海洋信息工程装备。传统的锚泊浮台能源系统是一种独立微电网系统，利用多种能源互相补充组成发电系统，为电子信息浮台负载设备提供能源供给。锚泊浮台能源系统具有以下几个特点：(1)光伏发电单元能量并入交流母线，优先供给负载，剩余电能通过双向逆变器对蓄电池组充电。蓄电池组充满后，如果电能仍有剩余，系统对光伏逆变器限制功率输出，仅满足负载用电需求；(2)光伏发电单元能量无法满足负载时，蓄电池组放电，通过双向逆变器并入交流母线为负载供电；(3)光伏发电单元和蓄电池组都无法满足负载需求时，柴油机发电，通过双向逆变器并入交流母线为负载供电，同时为蓄电池组充电。UPS，即不间断电源，含有储能装置和逆变装置，主要用于给电力电子设备提供不间断的电力供应。当交流母线输入正常时，UPS将母线电压稳定后供给负载，同时向内部电池充电；当交流母线断电时，UPS立即将内部电量通过逆变转换成220V交流电供给负载，使负载维持正常工作。常规的UPS确保应急设备一周的运行时间，需要配套的电池容量较大。锚灯、应急北斗、北斗主机等应急设备的额定功率约60W，一周耗电量为10.08kwh，考虑到UPS效率通常为80％，同时铅酸免维电池的放电深度为0.7，那么UPS配置的电池容量为18kwh，12V/100AH的电池需要配置15块，笨重且占船舱体积。UPS系统为能量耗尽型，在一周内不进行出海维护，浮台将处于失联状态。
能源系统贯穿整个锚泊浮台台体，遍布在甲板、各舱室和整流罩中。其中，位于甲板的光伏组件面临着台风的考验。实际案例表明，14级台风引起的10m高海浪，对圆形甲板一半扇区的组件造成损坏。受损后的能源系统无法维持浮台各设备的正常工作，在这些设备中，应急北斗提供浮台的定位信息，锚灯为浮台立于海洋中的警示信号，两者需要持续的供电以确保浮台的定位和安全，方便出海维护。因此，需要一个稳定可靠的离网型不间断电源为应急北斗和锚灯供电。目前，UPS方案多为常规电力交流220V输入，使用时间多为几分钟、最多几小时，连续工作一周时间以上其可靠性无法保证。不间断能源系统是锚泊浮台应急北斗和锚灯稳定可靠长期运行的保障。现有不间断能源系统的缺点：
1)除UPS自带储能蓄电池，交流母线断电后无其他能量来源，续航时间短；
2)工作时长与蓄电池容量体积重量成正比，系统笨重。
目前较多的能源系统中，由于没有不间断能源，全台断电后无法保证应急北斗、锚灯等应急设备的长期可靠工作，系统完整性低，可靠性相对较低。
现有的锚泊浮台风光油复合能源供电系统中，通过合适的控制策略，优先风光等自然能源，辅以柴油机供电，采用多能互补的能源管理方式保证离网锚泊浮台正常供电。但是，其不具备不间断电源供给应急负载。同时，传统的UPS内部储能电池容量有限，不具备长时间供给应急设备的能力。UPS外扩储能电池能延长一定的工作时间，但仍不具备可持续供电的能力，同时外扩的储能电池增加了系统的成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、可持续供电的海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统及浮台供电系统。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统，包括一组以上的太阳电池组串、离网光伏充电控制器和储能单元，各所述太阳电池组串与所述离网光伏充电控制器相连，所述离网光伏充电控制器的输出端分别与所述储能单元和应急北斗和锚灯相连。
所述太阳电池组串的数量为两个，分别位于锚泊浮台的甲板上对角位置。
所述储能单元为蓄电池组。
所述离网光伏充电控制器直接与所述应急北斗相连。
所述离网光伏充电控制器通过第一电源模块与所述锚灯相连。
一种锚泊浮台供电系统，包括用于提供正常供电电源的柜体和如上所述的海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统；所述柜体通过第二电源模块与所述应急北斗和锚灯相连。
所述柜体与第二电源模块之间设有继电器线圈，所述继电器的一个常开触点与继电器线圈相连。
各所述太阳电池组串与所述离网光伏充电控制器之间均设有继电器的常闭触点。
所述离网光伏充电控制器与所述应急北斗之间设有继电器的常闭触点。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统，在进行工作时，通过太阳电池组串光电转换将太阳光能转换为电能，提供持续的能源；离网光伏充电控制器使电池组串的输出功率最大化，一部分能源直接供给应急北斗和锚灯，多余的能源则给储能单元进行恒压恒流的充电，在太阳电池组串供电不足时，则由储能单元向应急北斗和锚灯进行供电，从而大大提高了应急北斗与锚灯供电的稳定性和可靠性，而且整体结构简单、易于实现。
本发明的海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统，太阳电池组串的数量为两个，分别位于锚泊浮台的甲板上对角位置，互为备份且提高了光伏供电的可靠性，不会因某一区域的组件受损而无法正常工作。
本发明还公开一种锚泊浮台能源供电系统，同样具有如上不间断微型能源系统所述的优点，而且控制合理。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本实施例的海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统，包括一组以上的太阳电池组串、离网光伏充电控制器和储能单元(如蓄电池组)，各太阳电池组串与离网光伏充电控制器相连，离网光伏充电控制器的输出端分别与储能单元和应急北斗和锚灯相连。本发明的海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统，在进行工作时，通过太阳电池组串光电转换将太阳光能转换为电能，提供持续的能源；离网光伏充电控制器使电池组串的输出功率最大化，一部分能源直接供给应急北斗和锚灯，多余的能源则给储能单元进行恒压恒流的充电，在太阳电池组串供电不足时，则由储能单元向应急北斗和锚灯进行供电，从而大大提高了应急北斗与锚灯供电的稳定性和可靠性，而且整体结构简单、易于实现。
本实施例中，太阳电池组串的数量为两个，分别位于锚泊浮台的甲板上对角位置，互为备份且提高了光伏供电的可靠性，不会因某一区域的组件受损而无法正常工作。
本实施例中，离网光伏充电控制器直接与应急北斗相连；离网光伏充电控制器通过第一电源模块(DC24V/12V)与锚灯相连，从而为锚灯提供12V电源。
本发明还公开一种锚泊浮台能源供电系统，包括用于提供正常供电电源的柜体(风光油复合能源供电)和如上所述的海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统；柜体通过第二电源模块(AC220V/DC24)与应急北斗和锚灯相连。
本实施例中，柜体与第二电源模块之间设有继电器线圈和继电器的常开触点，线圈与常开触点并联；另外，线圈的两个常闭触点则位于太阳能电池组串与离线光伏充电控制器之间，线圈的一个常闭触点则位于离线光伏充电控制器的输出端。
如图1所示，锚泊浮台风光油复合能源供电系统正常工作时，7#电源柜220V交流母线供电正常。4触点220V继电器中KA线圈通电，常开触点KM1闭合，常闭触点KM2、KM3、KM4打开，应急北斗及其主机和锚灯由交流母线供电。太阳电池组串和离网光伏控制器均不工作，不间断微型能源系统不工作。当母线掉电，4触点220V继电器中KA线圈不通电，常开触点KM1断开，AC220-24电源模块不工作；常闭触点KM2、KM3、KM4闭合，两组太阳电池组串通过触点KM2和KM4接入离网光伏充电控制器，离网光伏充电控制器24V输出通过触点KM3给24V应急北斗及其主机供电，并通过DC24-12电源模块供给12V锚灯。
不间断微型能源系统中，两组太阳电池组串发电优先供给应急北斗和锚灯负载，剩余电能通过离网光伏充电控制器对蓄电池组充电。蓄电池组充满后，如果电能仍有剩余，系统对离网光伏充电控制器限制功率输出，仅满足负载用电需求；太阳电池组串发电能量无法满足负载时，蓄电池组放电，为应急北斗和锚灯供电。
应急北斗及主机和錨灯功耗约为60W，不间断微型能源系统中蓄电池为24V200Ah，放电深度DOD为90％可确保应急负载无光照条件下连续三天正常工作，光伏组串容量为1kWp，接近负载功耗的20倍，有充足的设计裕度，当一组太阳电池组串受损，另一组串仍有接近负载功耗10倍的装机容量。充足的裕度设计及太阳电池组串可靠的并接备份，确保了系统长期稳定可靠运行。
不间断微型能源系统有充足可靠的光伏能量来源，根据安装点气象数据及装机容量计算，不间断微型能源系统正常工作条件下，日均发电量约为4kwh，完全满足应急设备的长期需求，确保应急设备长期稳定运行，浮台永不失联。另外，系统只需配置12V/100AH蓄电池4块，离网光伏充电控制器一台，方便安装，占用船舱体积小。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统，其特征在于，包括一组以上的太阳电池组串、离网光伏充电控制器和储能单元，各所述太阳电池组串与所述离网光伏充电控制器相连，所述离网光伏充电控制器的输出端分别与所述储能单元和应急北斗和锚灯相连。
2.根据权利要求1所述的海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统，其特征在于，所述太阳电池组串的数量为两个，分别位于锚泊浮台的甲板上对角位置。
3.根据权利要求1或2所述的海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统，其特征在于，所述储能单元为蓄电池组。
4.根据权利要求1或2所述的海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统，其特征在于，所述离网光伏充电控制器直接与所述应急北斗相连。
5.根据权利要求1或2所述的海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统，其特征在于，所述离网光伏充电控制器通过第一电源模块与所述锚灯相连。
6.一种锚泊浮台供电系统，其特征在于，包括用于提供正常供电电源的柜体和如权利要求1至5中任意一项所述的海洋锚泊浮台用离网不间断微型能源系统；所述柜体通过第二电源模块与所述应急北斗和锚灯相连。
7.根据权利要求6所述的锚泊浮台供电系统，其特征在于，所述柜体与第二电源模块之间设有继电器线圈，所述继电器的一个常开触点与继电器线圈相连。
8.根据权利要求7所述的锚泊浮台供电系统，其特征在于，各所述太阳电池组串与所述离网光伏充电控制器之间均设有继电器的常闭触点。
9.根据权利要求8所述的锚泊浮台供电系统，其特征在于，所述离网光伏充电控制器与所述应急北斗之间设有继电器的常闭触点。
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