一种水电站安全关键设备供电可靠系统和控制方法及系统 |
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| 申请号 | CN202311436845.0 | 申请日 | 2023-10-31 | 公开(公告)号 | CN117791839A | 公开(公告)日 | 2024-03-29 |
| 申请人 | 中国电力科学研究院有限公司; 国家电网有限公司; | 发明人 | 张雷; 张洋; 陶以彬; 冯林杨; 李官军; 居蓉蓉; 姬联涛; 孙远闯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 申请 提供了一种 水 电 站安全关键设备供电可靠系统和控制方法及系统，包括：系统电源、第一 接触 器1、储能式应急电源和多个控制柜；系统电源 输出侧 分别与第一接触器1的一端以及各控制柜的 输入侧 相连，各控制柜的输出侧与外部的安全关键设备相连，第一接触器1的另一端与储能式应急电源的一端相连，储能式应急电源还与各控制柜的输入侧相连；第一接触器1用于根据系统电源的工作状态，切换储能应急电源与系统电源的连接关系；本发明申请在水电站中增加了储能式应急电源，通过第一接触器1和控制柜，使得储能式应急电源能够在系统电源正常工作时储存 电能 ，异常工作时为系统供电，提供了一种供电可靠性高的应急供电系统。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种水电站安全关键设备供电可靠系统，其特征在于，包括：系统电源、第一接触器(1)、储能式应急电源和多个控制柜； |
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| 说明书全文 | 一种水电站安全关键设备供电可靠系统和控制方法及系统技术领域背景技术[0002] 近年来，发生了多起诸如某水电站透水、某抽蓄水淹厂房以及某电站溃坝等重大安全事故。水电站泄洪闸、进水口闸门及厂房排水系统等安全关键设备对于电站安全和下游居民安全至关重要。水电站安全关键设备常规供电系统由厂用电和柴油发电机组成，由于厂用电的输送线路在厂房外部易受影响，柴油发电机受产品质量、维护水平、布置位置的影响，在恶劣自然灾害如地震、洪水、冰灾等发生时，极易发生设备断电无法操作的情况。各水电站迫切的需要提升安全关键设备供电的可靠性水平，提高关键设备在事故、灾害条件下应急工作的能力。 [0003] 目前，现有技术的水电站电池备用系统，通常是额外增加一路备用供电设备，例如：氢燃料电池、柴油发电机或者储蓄电池，其能量流动形式为单向的，即在系统供电异常时启用备用供电设备。但现有技术的电池备用系统仍存在备用供电设备启动异常的情况、其供电可靠性存在问题。另外，一部分资源长期处于待机状态，资源利用率有进一步提升的空间。 发明内容[0004] 为克服上述现有技术的不足，本发明申请提出一种水电站安全关键设备供电可靠系统，包括：系统电源、第一接触器(1)、储能式应急电源和多个控制柜； [0005] 所述系统电源输出侧分别与所述第一接触器(1)的一端以及各控制柜的输入侧相连，所述各控制柜的输出侧与外部的安全关键设备相连，所述第一接触器(1)的另一端与所述储能式应急电源的一端相连，所述储能式应急电源还与所述各控制柜的输入侧相连； [0006] 其中，所述第一接触器(1)用于根据所述系统电源的工作状态，切换所述储能应急电源与所述系统电源的连接关系； [0007] 所述控制柜用于根据系统电源的工作状态，切换所述外部的安全关键设备的供电电源。 [0008] 优选的，所述储能式应急电源，包括：储能电池和双向变流器；所述储能电池与所述双向变流器的直流侧相连，所述双向变流器的交流侧为所述储能式应急电源的外部连接端，且所述双向变流器的交流侧与所述第一接触器(1)相连； [0010] 优选的，所述储能电池的容量是基于所述外部的安全关键设备的容量数据确定的。 [0011] 优选的，所述控制柜包括：电源切换开关和安全关键设备控制部分，所述电源切换开关的输入侧为所述控制柜的输入侧，所述电源切换开关的输出侧与所述安全关键设备控制部分的一端相连，所述安全关键设备控制部分的另一端与所述外部安全关键设备相连； [0013] 优选的，一种水电站安全关键设备供电可靠系统还包括第二接触器(2)，所述第二接触器(2)的一端与所述储能式应急电源的一端相连，另一端与所述各控制柜的输入侧相连； [0014] 所述第二接触器(2)用于根据系统电源的工作状态，切换所述储能应急电源与所述各控制柜的连接关系。 [0015] 优选的，所述系统电源包括：两路三相交流电源和一路柴油发电机电源，当所述两路三相交流电源中的一路三相交流电源供电异常，则由另一路三相交流电源进行供电，当所述两路三相交流电源供电异常时，则由所述柴油发电机电源进行供电。 [0016] 基于同一发明申请构思，本发明申请还提供一种水电站供电可靠系统的控制方法，包括： [0017] 获取水电站供电可靠系统中系统电源工作状态信号； [0018] 当所述系统电源工作状态信号为正常时，则控制所述水电站供电可靠系统中的第一接触器(1)闭合，通过所述系统电源为所述储能式应急电源和水电站的安全关键设备提供电能，当所述系统电源工作状态信号为异常时，则控制水电站供电可靠系统中的第一接触器(1)断开，采用所述储能式应急电源通过控制柜为水电站的安全关键设备提供电能； [0019] 所述水电站供电可靠系统为上述任一项所述的一种水电站安全关键设备供电可靠系统。 [0020] 优选的，在所述通过水电站供电可靠系统中的双向变流器获取系统电源工作状态信号之后，所述控制所述水电站供电可靠系统中的第一接触器(1)闭合或断开之前，还包括： [0021] 控制所述水电站供电可靠系统中的第二接触器(2)始终为闭合状态，以使所述储能式应急电源在所述系统电源工作状态信号为正常时处于热备用状态，且所述系统电源工作状态信号为异常时处于放电状态。 [0022] 本发明申请还提供一种水电站供电可靠系统的控制系统，其特征在于，包括： [0023] 获取模块：用于获取水电站供电可靠系统中系统电源工作状态信号； [0024] 控制模块：用于当所述系统电源工作状态信号为正常时，则控制所述水电站供电可靠系统中的第一接触器(1)闭合，通过所述系统电源为所述储能式应急电源和水电站的安全关键设备提供电能，当所述系统电源工作状态信号为异常时，则控制水电站供电可靠系统中的第一接触器(1)断开，采用所述储能式应急电源通过控制柜为水电站的安全关键设备提供电能； [0025] 所述水电站供电可靠系统为上述任一项所述的一种水电站安全关键设备供电可靠系统。 [0026] 优选的，所述控制模块还用于： [0027] 控制所述水电站供电可靠系统中的第二接触器(2)始终为闭合状态，以使所述储能式应急电源在所述系统电源工作状态信号为正常时处于热备用状态，且所述系统电源工作状态信号为异常时处于放电状态。 [0028] 与最接近的现有技术相比，本发明申请具有的有益效果如下： [0029] 本发明申请提供了一种水电站安全关键设备供电可靠系统，包括：系统电源、第一接触器1、储能式应急电源和多个控制柜；系统电源输出侧分别与第一接触器1的一端以及各控制柜的输入侧相连，各控制柜的输出侧与外部的安全关键设备相连，第一接触器1的另一端与储能式应急电源的一端相连，储能式应急电源还与各控制柜的输入侧相连；其中，第一接触器1用于根据系统电源的工作状态，切换储能应急电源与系统电源的连接关系；本发明申请在水电站中增加了储能式应急电源，并通过第一接触器1和控制柜，使得储能式应急电源能够在系统电源正常工作时储存电能，在系统电源供电异常时为系统供电，提供了一种供电可靠性高、资源利用率较好的应急供电系统。 [0030] 一种水电站供电可靠系统的控制方法和系统，包括：获取水电站供电可靠系统中系统电源工作状态信号；当所述系统电源工作状态信号为正常时，则控制所述水电站供电可靠系统中的第一接触器1闭合，通过所述系统电源为所述储能式应急电源和水电站的安全关键设备提供电能，当所述系统电源工作状态信号为异常时，则控制水电站供电可靠系统中的第一接触器1断开，采用所述储能式应急电源通过控制柜为水电站的安全关键设备提供电能；本发明申请通过控制储能式应急电源和第一接触器1的断开和闭合，实现了储能式应急电源在系统电源正常工作时储存电能，异常工作时为系统供电，提高了水电站供电的可靠性和安全性。附图说明 [0031] 图1为本发明申请提供的一种提升水电厂安全关键设备供电可靠性系统的拓扑图； [0033] 图3为本发明申请提供的一种水电站供电可靠系统配置过程的流程示意图； [0034] 图4为本发明申请提供的一种水电站供电可靠系统的控制方法的流程示意图； [0035] 图5为本发明申请提供的一种水电站供电可靠系统的控制系统的结构示意图； [0036] 其中，T1‑变压器；T2‑变压器2；G1‑柴油发电机。 具体实施方式[0037] 下面结合附图对本发明申请的具体实施方式做进一步的详细说明。 [0038] 实施例1： [0039] 一种水电站安全关键设备供电可靠系统，具体如图1所示，包括：系统电源、第一接触器1、储能式应急电源和多个控制柜；所述系统电源输出侧分别与所述第一接触器1的一端以及各控制柜的输入侧相连，所述各控制柜的输出侧与外部的多个安全关键设备相连，所述第一接触器1的另一端与所述储能式应急电源的一端相连，所述储能式应急电源还与所述各控制柜的输入侧相连；其中，所述第一接触器1用于根据所述系统电源的工作状态，切换所述储能应急电源与所述系统电源的连接关系；所述控制柜用于根据系统电源的工作状态，切换所述外部的安全关键设备的供电电源。 [0040] 本发明申请提出的储能式应急电源具有容量大、无缝切换、不间断供电的特点，在功能上可以类比为水电厂系统的充电宝，即能够在水电厂系统正常工作时吸收电能进行储备，在水电厂系统电源出现故障时，起到应急供电、保证供电的作用。本发明申请中的储能式应急电源是根据外部安全关键设备的额定功率、启动峰值功率、使用者操作策略、安全关键设备全部耗电量来进行综合配置的，能够贴合系统运行的实际工作需要，保证备用电源的可靠性。 [0041] 本发明申请针对水电站供电系统拓扑结构，依托分布式储能技术，提出的水电站安全关键设备供电可靠系统为安全关键设备提供的电力供应是稳定可靠的，不管系统电源是否意外失电，都可为控制柜提供不间断的电力保证。这种做法提高了供电的可靠性，同时本发明申请提出的水电站供电系统的电路拓扑非常具有实用性，不会造成备用电源在系统电源正常工作时处于闲置状态，造成能源的浪费。 [0042] 本发明申请还提供一种水电站安全关键设备供电可靠系统的具体实施例，其电路拓扑图如图2所示，在水电站安全关键设备供电可靠系统中还配置了第二接触器2，第二接触器2的一端与所述储能式应急电源的一端相连，另一端与所述各控制柜的输入侧相连。上述第二接触器2用于根据系统电源的工作状态，切换储能应急电源与所述各控制柜的连接关系，在本发明申请中，第一接触器1和第二接触器2能够切换储能应急电源与系统电源和各控制柜的连接关系，控制储能应急电源在系统中所起的作用。 [0043] 本发明申请中的储能式应急电源包括：储能电池和双向变流器；所述储能电池与所述双向变流器的直流侧相连，所述双向变流器的交流侧为所述储能式应急电源的外部连接端，且所述双向变流器的交流侧与所述第一接触器1和所述第二接触器2的连接点相连。 [0044] 本发明申请中提出的直流‑交流双向变流器具有监测功能和控制功能，用于根据监测到的系统电源是否正常工作，来对接触器进行控制。当监测到系统电源正常工作时，则控制第一接触器1和第二接触器2闭合；当监测到系统电源出现故障时，则控制第一接触器1断开且第二接触器2闭合。在本公开实施例中，系统电源出现故障的判断标准为：电压跌落超过20ms的情况，当直流‑交流双向变流器监测出现上述情况，则切换储能式应急电源通过控制柜为安全关键设备提供电能，立即将储存在锂电池内部的电能逆变为三相交流向外部输出，实现应急供电。 [0045] 本发明申请中的储能电池能够储存电能且电池容量可以进行自行配置，具体的，在本公开实施例中，储能电池为锂电池，其所具有的优点为：无噪音、没有活动部件，对人员安全友好。 [0046] 在本发明申请中系统电源包括：两路三相交流电源和一路柴油发电机电源，当所述两路三相交流电源中的一路三相交流电源供电异常，则由另一路三相交流电源进行供电，当所述两路三相交流电源供电异常时，则由所述柴油发电机电源进行供电。 [0047] 具体的，在本发明申请中控制柜包括：电源切换开关和安全关键设备控制部分，其中，电源切换开关用于根据输入侧的电压信号切换系统电源或储能式应急电源为外部的安全关键设备提供电能；所述安全关键设备控制部分用于控制安全关键设备的运行状态，例如：控制闸门的电动机正反转。 [0048] 在本公开实施例中，电源切换开关为自动切换开关(ATS)，其为工业上常用的一种自动转换开关，英文为Automatic Transfer Switching Equipment，主要适用于额定电压交流不超过1000V或直流不超过1500V的紧急供电系统，在转换电源期间中断向负载供电。自动切换开关(ATS)可以自主判断系统供电是否正常并实现供电回路切换，自动切换开关(ATS)的连接方法为2输入1输出，其逻辑为“或”的关系；当任意输入有电，则输出有电；输入都没电，则输出没电。在本公开实施例中，当系统电源正常工作时，自动切换开关(ATS)选择系统电源为安全关键设备供电；当系统电源工作异常时，自动切换开关(ATS)选择储能式应急电源为安全关键设备供电。在本公开实施例中，自动切换开关(ATS)还能够进行手动控制，人为选择系统电源或者储能式应急电源为安全关键设备进行供电。 [0049] 发明申请中的安全关键设备泛指水电厂中关系到安全的重要设备，例如泄洪闸的闸门、厂房排水泵、进水口闸门等，这些设备对水电厂安全至关重要。这些设备都采用三相交流电供电，虽配备了系统电源和柴油发电机，但是由于系统供电容易受地质灾害影响、柴油发电机仍有一定概率启动不成功，导致无法保证水电厂供电的绝对可靠。因此，对于这些安全关键设备如何提升其供电的安全可靠性是具有极高的研究价值的。 [0050] 具体的，本发明申请提出的水电站安全关键设备供电可靠系统的配置过程如下，流程图如图3所示，主要包括如下4个步骤： [0051] 步骤1：为安全关键设备配置2路三相交流电源。在水电厂，为用电设备配置2路三相交流电源是常见的设计，2路电源互为备用。 [0052] 步骤2：为安全关键设备配置1路柴油发电机。在水电厂，为关键安全设备配置独立的柴油发电机是常见的设计，柴油发电机可以在步骤1的2路三相交流都失效的情况下提供供电，但是柴油发电机可靠性不高，有一定的概率不能启动。 [0053] 步骤3：估算安全关键设备用电功率及耗电量，配置储能式应急电源。储能式应急电源具有容量大、无缝切换、不间断供电的特点，在功能上可以类比为水电厂系统的充电宝，即能够在水电厂系统正常工作时吸收电能进行储备，在水电厂系统电源出现故障时，起到应急供电、保证供电的作用。 [0054] 步骤4：在控制柜内配置电源切换开关。在每个安全关键设备控制柜内配置电源切换开关，用于切换步骤1、2的常规厂用电和步骤3的应急供电，这样的方法可以避免因某个设备故障或损坏导致安全关键设备不能正常供电的情况发生。 [0055] 对于水电站安全关键设备供电可靠系统，其整体规划思路如下：首先，以水电站安全关键设备常规供电拓扑为基础，由2路三相交流电和柴油发电机为安全关键设备提供冗余的三相交流厂用电供电；其次，根据安全关键设备的用电参数配置基于锂电池储能技术的储能式应急电源，储能式应急电源的输入为三相交流厂用电，输出为交流三相供电；最后，将常规三相交流厂用电和应急电源产生的三相交流供电通过安全关键设备控制柜内的双电源切换装置进行冗余切换后，给控制柜使用。在本发明申请提出的供电系统中，不存在影响供电的关键节点，在任意一个供电设备故障或损坏情况下，都不会影响整体供电效果，可以达到提升水电厂安全关键设备供电可靠性的目的。 [0056] 本发明申请通过为水电厂安全关键设备配置基于锂电池的储能式应急电源，并且基于本发明申请提出的拓扑结构接入电路，实现能量的双向流动，相比于现有技术，本方案的拓扑结构简单易实现，能够节约空间，其实现成本较低，实用性、经济性都较好。同时，能够极大的提升水电厂安全关键设备供电的可靠性，进一步提高水电站安全保障水平，降低漫坝垮坝、水淹厂房等事故风险；另外，基于锂电池的储能式应急电源，无噪音没有活动部件，也没有尾气污染物排放、清洁高效无噪音无污染，具有重大社会效益。 [0057] 实施例2： [0058] 基于同一发明构思，本发明申请还提供了一种水电站供电可靠系统的控制方法。 [0059] 该方法的流程示意图如图4所示，包括： [0060] 步骤S1：获取水电站供电可靠系统中系统电源工作状态信号； [0061] 步骤S2：当所述系统电源工作状态信号为正常时，则控制所述水电站供电可靠系统中的第一接触器1闭合，通过所述系统电源为所述储能式应急电源和水电站的安全关键设备提供电能，当所述系统电源工作状态信号为异常时，则控制水电站供电可靠系统中的第一接触器1断开，采用所述储能式应急电源通过控制柜为水电站的安全关键设备提供电能； [0062] 所述水电站供电可靠系统为上述的任一种水电站安全关键设备供电可靠系统。 [0063] 在步骤S1中通过水电站供电可靠系统中的双向变流器获取系统电源工作状态信号。 [0064] 具体的，在步骤S2中，当系统电源工作状态信号为正常时，则控制第一接触器1和第二接触器2都为闭合状态，此时储能式应急电源为充电状态，通过系统电源进行储能。但此时储能式应急电源仍为控制柜供电，保持热备用状态。所起到的作为为：当系统电源异常时切换到热备用状态的储能式应急电源时，不会对系统运行产生扰动。进一步提升了备用供电系统的可靠性。 [0065] 当系统电源工作状态信号为异常时，例如：系统电源中的2路三相交流电源失去且柴油发电机未正常启动的情况下，控制第一接触器1断开和第二接触器2闭合，此时储能式应急电源为供电状态，关断第二接触器2能够隔离系统电源供电回路防止逆向供电，同时也防止系统供电突然来电出现短路故障。 [0066] 本发明申请通过为水电厂安全关键设备配置基于锂电池技术的储能式应急电源、控制器1和控制器2实现了储能式应急电源在系统电源正常工作时充电、异常工作时放电的能量双向流动状态，相比于现有技术，本发明申请所提出的控制方法能够极大的提升水电厂安全关键设备供电的可靠性和安全性。 [0067] 实施例3： [0068] 本发明申请还提供了一种水电站供电可靠系统的控制系统。 [0069] 该系统的结构如图5所示，包括： [0070] 获取模块：用于获取水电站供电可靠系统中系统电源工作状态信号； [0071] 控制模块：用于当所述系统电源工作状态信号为正常时，则控制所述水电站供电可靠系统中的第一接触器1闭合，通过所述系统电源为所述储能式应急电源和水电站的安全关键设备提供电能，当所述系统电源工作状态信号为异常时，则控制水电站供电可靠系统中的第一接触器1断开，采用所述储能式应急电源通过控制柜为水电站的安全关键设备提供电能； [0072] 所述水电站供电可靠系统为上述任一项所述的一种水电站安全关键设备供电可靠系统。 [0073] 优选的，所述控制模块还用于： [0074] 控制所述水电站供电可靠系统中的第二接触器2始终为闭合状态，以使所述储能式应急电源在所述系统电源工作状态信号为正常时处于热备用状态，且所述系统电源工作状态信号为异常时处于放电状态。 [0075] 本发明申请提出的一种水电站供电可靠系统的控制系统，通过获取模块和控制模块，实现了储能式应急电源能量的双向流动，能够实现应急电源在系统电源正常工作时充电，在系统电源异常时放电的过程，提供了一种可靠性高、安全性强且清洁高效的水电站供电可靠系统的控制系统。 [0076] 本领域内的技术人员应明白，本发明申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。 [0077] 本发明申请是参照根据本发明申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。 [0078] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。 [0079] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。 |
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