港口码头瞬变负荷发电机组储能备用电站的制作方法

xiaoxiao2020-08-01  1

专利名称:港口码头瞬变负荷发电机组储能备用电站的制作方法
技术领域
本实用新型涉及陆用的备用电站。
背景技术
市电限电、停电或发生电网故障时,港口设备无法正常工作,严重影响了港口的货物和矿物的装卸中转能力,造成货船延滞超期或移泊,经济损失惨重。港口用电负荷很不稳定,复杂多变:提升货物时的突加冲击负荷,稳定运行的平稳负荷,下放货物时的突卸负荷,且功率倒送现象严重;同时平稳负荷也在不断变化,冲击负荷更是瞬态多变。对于港口这类瞬变类负荷,运行于大容量电网一般较为稳定;但在备用工况下,采用小容量备用电站供电时,国内外一般做法是通过增大电站容量来满足港口这类特殊用电负荷的要求。这样带来三个严重问题:1)因电站总装机容量大,机组长期在低于额定负荷的工况下运行,油耗高,经济性差;2)机组功率频繁突加突卸,机组轴系扭矩冲击剧烈,影响了轴系疲劳寿命;3)机组运行工况恶劣,排放差,污染严重。
发明内容本实用新型是为解决现有技术存在的上述技术问题而提供的一种可应对港口码头瞬变负荷的备用电站,在备用工况下,采用本实用新型的备用电站供电,可经济高效的满足港口码头等用电负荷需求,经济环保的满足港口码头卸船机工作时大冲击负荷的用电要求,实现经济、高效、可靠的供电。本实用新型所采用的技术方案是:一种码头瞬变负荷发电机组储能备用电站,包括机组系统以及集控中心·;机组系统包括并联的至少两台储能发电机组,各储能发电机组的结构相同,包括机组、机旁安保系统和机旁监控及负载分配系统;其中:机组包括柴油机、储能装置和发电机;储能装置的一端与柴油机的输出端连接,另一端与发电机的输入端连接;机旁安保系统包括用于检测柴油机的热工参数的多个第一热工检测传感器以及机旁安保控制器,该多个第一热工检测传感器的输出端与机旁安保控制器的输入端连接,该机旁安保控制器的输出端与柴油机控制装置的输入端连接;机旁监控及负载分配系统包括用于检测发电机的运行参数的多个运行参数检测传感器和机组控制器,该多个运行参数检测传感器的输出端与机组控制器的输入端连接,该机组控制器的输出端与柴油机控制装置的输入端连接;至少两台储能发电机组的机组控制器通过总线通信连接;集控中心包括工控机和第一 PLC控制器,工控机的输入端分别与各个机组的柴油机控制装置的输出端、发电机的电能计量装置的输出端以及第一 PLC控制器通信连接,第一 PLC控制器的输出端分别与各个机组的柴油机控制装置的输入端和发电机输出控制开关的控制输入端连接。本实用新型具有以下优点:1.本实用新型采用匹配惯量储能装置的储能发电机组电站应对港口码头这类瞬变冲击负荷,既可以满足机组动态响应的要求,同时也降低了电站主机的功率。在满足港口设备对电品质的要求的同时,可改善机组运行工况,降低了燃油消耗,延长了机组的使用寿命,实现了电站的经济运行;2.该备用电站可根据外负载调整并联运行的机组台数,保证机组运行在75%-100%的额定负荷工况下,运行经济性良好,提高了排放水平;3.采用RS485协议为底层监测通讯网络,通过网络将大量的参数进行传输,对电站中各个机组及相关设备的各类热工及电参数进行集中处理、显示和报警,同时以光纤以太网型式将整个电站的所有参数传输到码头的集控系统中用于监控,从而简化了系统的布线.[0011]4.电站的集控中心到各个设备的遥控采用硬线直接连接的方式进行控制,避免了网络传输中出现的丢包、干扰等因素引起的控制的不及时性和不可靠性,保证了电站控制的实时性和可靠性;5.机旁安保系统和集控安保系统相互独立,同时又共同作用于机组。两套安保系统拥有各自有独立的传感器、独立的处理系统以及独立的电源,确保在其中一套系统出现故障的情况下不会影响到另外的一套安保系统,确保了机组运行的可靠性和安全性。

图1是根据本实用新型备用电站的一实施例的示意图。图2是根据本实用新型备用电站一实施例的控制原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作出进一步说明。根据本实用新型一实施例的码头瞬变负荷发电机组储能备用电站,包括机组系统100以及一集控中心200。
机组系统100包括并联的至少两台储能发电机组101,各储能发电机组101的结构相同,包括设置在箱体I内的机组、机旁安保系统、机旁监控及负载分配系统、公共底座、油箱、散热器和静音装置。其中,箱体I可以采用集装箱。机组包括柴油机21、储能装置22和发电机23。柴油机21、储能装置22和发电机23顺序同轴线连接安装在公共底座上,储能装置22的一端与柴油机21的输出端连接,另一端与发电机23的输入端连接,公共底座通过设置在该公共底座底部的隔振器固定在箱体I内的底板上。在一个实施例中,储能装置包22括惯量飞轮和弹性联轴器。惯量飞轮的中心孔过盈设置一中心轴,该中心轴的一端通过所述的弹性联轴器与柴油机的输出端连接,该中心轴的另一端与发电机的输入端连接。更优选地,中心轴的一端是通过单支撑部件与弹性联轴器连接,该中心轴的另一端与发电机的输入轴法兰连接为一整体。由于将惯量飞轮与中心轴通过过盈套接为一整体,解决了现有技术中惯量飞轮两端通过螺栓与两端飞轮轴连接时对中困难,飞轮轴线与机组轴线同轴度差,偏心质量大而造成的机组运行过程中振动噪声大,磨损严重,效率低发热量高等问题。同时储能装置通过单支撑部件连接于轴系中,改善了惯量飞轮双支撑串联到机组轴系中产生的轴系过约束严重产生的轴承轴系磨损严重,发热量高,故障频出的现状。在图1的实施例中,采用了 7套2000kW储能发电机组并联运行,每台柴油机最大功率2000kW,发电机额定电压6.3kV,在最大冲击负荷约7000kW,较为平稳基础负荷约6000kff工况下,冲击负荷下电压最大瞬态调整值-5.4% +6.7%,频率最大瞬态调整值49Hz 50.7Hz。静音装置包括进风消声器31、出风消声器32以及排气消声器33。进风消声器31设置在发电机23的前方,位于发电机23与油箱4之间。出风消声器32设置在柴油机21的前方。排气消声器33设置在柴油机21的顶部,与柴油机21的排气管连接。由于箱体I中设置进风消声器、排风消声器、以及排气消声器,使静音效果好,同时控制了箱体温度和保证了机组燃烧所需的空气,确保机组在箱体内正常运行。散热器为带风扇的水箱散热器5,水箱散热器5位于柴油机21与出风消声器32之间,风扇由柴油机的输出轴通过皮带驱动。机旁安保系统包括用于检测柴油机的热工参数的多个第一热工检测传感器61以及机旁安保控制器62,该多个第一热工检测传感器61的输出端与机旁安保控制器62的输入端连接,该机旁安保控制器62的输出端与柴油机控制装置81的输入端连接。上述的多个第一热工检测传感器61包括油温传感器、油压传感器等等,机旁安保控制器62将该些传感器的检测结果与预先设定阈值进行比较,如果超出阈值,则发送控制信号给柴油机控制装置81,执行停机等进一步的操作。机旁监控及负载分配系统包括用于检测发电机的运行参数的多个运行参数检测传感器71和机组控制器72,该多个运行参数检测传感器71的输出端与机组控制器72的输入端连接,该机组控制器72的输出端与柴油机控制装置81的输入端连接。至少两台储能发电机组的机组控制器72通过CAN总线通信连接。机组控制器72根据多个运行参数检测传感器71的检测结果实现有功及无功分配。在本实用新型的一个优选实施例中,机组控制器72采用了深海公司的7510控制器,各7510控制器基于MSC接口与CAN总线通信。集控中心200包括工控 机201、第一 PLC控制器202、集控安保系统和电站辅助设备监控系统。工控机201的输入端通过RS485总线分别与各个机组的柴油机控制装置81的输出端、发电机的电能计量装置82的输出端以及第一 PLC控制器202通信连接。第一 PLC控制器202的输出端分别与各个机组的柴油机控制装置81的输入端和发电机输出控制开关83的控制输入端、以及至少两台储能发电机组的发电机总出线输出控制开关84的控制输入端连接,可控制每一柴油机的起动、停止和紧急停止、每一发电机的发电机输出控制开关83的合闸以及分闸、所有发电机的总出线输出控制开关84的合闸及分闸。每一发电机的发电机输出控制开关83通常安装在该发电机的开关柜中,总出线输出控制开关84通常安装在总出线柜中。在一个具体的实施例中,上述的柴油机控制装置包括柴油机ECU,发电机的电能计量装置为综合电量表。通过网络将大量的参数传输给工控机,可对电站中各个机组及相关设备的各类热工及电参数进行集中处理、显示和报警,同时工控机201可通过光纤以太网将整个电站的所有参数传输到码头的集控系统300中用于监控。集控安保系统包括用于检测至少两台储能发电机组的柴油机的热工参数的多个第二热工检测传感器203以及第二 PLC控制器204,多个第二热工检测传感器203的输出端与第二 PLC控制器204的输入端连接,第二 PLC控制器204的输出端分别与各个机组的柴油机控制装置的输入端连接,且该第二 PLC控制器204通过以太网与工控机201通信连接。该集控安保系统作为前述的机旁安保系统的冗余系统,二者功能相近,在其中一套系统出现故障的情况下不会影响到另外的一套安保系统,确保了机组运行的可靠性和安全性。[0025]电站辅助设备监控系统包括用于检测电站辅助设备的运行工况的多个辅助设备检测传感器205以及第三PLC控制器206,该多个辅助设备检测传感器205的输出端与第三PLC控制器206的输入端连接,第三PLC控制器206的输出端与电站辅助设备的控制输入端连接,且该第三PLC控制器206与工控机201通信连接。上述的电站辅助设备包括配电柜等,第三PLC控制器206将多个辅助设备检测传感器85的检测结果与预先设定阈值进行比较,如果超出阈值,则发送控制信号给电站辅助设备的控制机构,执行进一步的操作,以确保电站辅助设备运行安全。本实用新型的备用电站可保证冲击负荷下电压和频率等电品质参数满足要求,同时减小了冲击负荷对柴油发电机组轴系频繁的扭矩冲击,减小了轴系的疲劳破坏,延长了轴系使用寿命,大大提·高了电站运行的经济性。
权利要求1.一种码头瞬变负荷发电机组储能备用电站,其特征在于,包括机组系统以及集控中心; 所述的机组系统包括并联的至少两台储能发电机组,各所述储能发电机组的结构相同,包括机组、机旁安保系统和机旁监控及负载分配系统;其中:所述的机组包括柴油机、储能装置和发电机;所述储能装置的一端与所述柴油机的输出端连接,另一端与所述发电机的输入端连接;所述的机旁安保系统包括用于检测柴油机的热工参数的多个第一热工检测传感器以及机旁安保控制器,该多个第一热工检测传感器的输出端与机旁安保控制器的输入端连接,该机旁安保控制器的输出端与柴油机控制装置的输入端连接;所述的机旁监控及负载分配系统包括用于检测发电机的运行参数的多个运行参数检测传感器和机组控制器,该多个运行参数检测传感器的输出端与机组控制器的输入端连接,该机组控制器的输出端与柴油机控制装置的输入端连接;所述至少两台储能发电机组的机组控制器通过总线通信连接; 所述的集控中心包括工控机和第一 PLC控制器,所述工控机的输入端分别与各个机组的柴油机控制装置的输出端、发电机的电能计量装置的输出端以及所述的第一 PLC控制器通信连接,第一 PLC控制器的输出端分别与各个机组的柴油机控制装置的输入端和发电机输出控制开关的控制输入端连接。
2.如权利要求1所述的码头瞬变负荷发电机组储能备用电站,其特征在于, 所述的储能装置包括惯量飞轮和弹性联轴器;所述惯量飞轮的中心孔过盈设置一中心轴,所述中心轴的一端通过所述的弹性联轴器与柴油机的输出端连接,该中心轴的另一端与发电机的输入端连接。
3.如权利要求2所述的码头瞬变负荷发电机组储能备用电站,其特征在于,所述中心轴的一端通过单支 撑部件与所述弹性联轴器连接,该中心轴的另一端与发电机的输入轴法兰连接为一整体。
4.如权利要求1所述的码头瞬变负荷发电机组储能备用电站,其特征在于,所述的集控中心还包括一集控安保系统,所述的集控安保系统包括用于检测所述至少两台储能发电机组的柴油机的热工参数的多个第二热工检测传感器以及第二 PLC控制器,所述多个第二热工检测传感器的输出端与所述第二 PLC控制器的输入端连接,所述第二 PLC控制器的输出端分别与各个机组的柴油机控制装置的输入端连接,且该第二 PLC控制器与所述的工控机通信连接。
5.如权利要求1所述的码头瞬变负荷发电机组储能备用电站,其特征在于,所述的集控中心包括电站辅助设备监控系统,所述的电站辅助设备监控系统包括用于检测电站辅助设备的运行工况的多个辅助设备检测传感器以及第三PLC控制器,所述多个辅助设备检测传感器的输出端与所述第三PLC控制器的输入端连接,第三PLC控制器的输出端与所述电站辅助设备的控制输入端连接,且该第三PLC控制器与所述的工控机通信连接。
6.如权利要求1所述的码头瞬变负荷发电机组储能备用电站,其特征在于,所述第一PLC控制器的输出端与至少两台储能发电机组的发电机总出线输出控制开关的控制输入端连接。
7.如权利要求1所述的码头瞬变负荷发电机组储能备用电站,其特征在于,所述工控机的输入端通过RS485总线分别与各个机组的柴油机控制装置的输出端、发电机的电能计量装置的输出端通信连接;该工控机通过以太网与所述的第一 PLC控制器通信连接; 所述至少两台储能发电机组的机组控制器通过CAN总线通信连接。
8.如权利要求1所述的码头瞬变负荷发电机组储能备用电站,其特征在于,所述的柴油机控制装置包括柴油机ECU,所述发电机的电能计量装置为综合电量表。
9.如权利要求1所述的码头瞬变负荷发电机组储能备用电站,其特征在于,所述的机组、机旁安保系统和机旁监控及负载分配系统设置在一箱体内; 每一所述的储能发电机组还包括设置在所述箱体内的公共底座,所述的公共底座通过设置在该公共底座底部的隔振器固定在所述箱体内的底板上; 所述的柴油机、储能装置和发电机顺序同轴线连接安装在该公共底座上。
10.如权利要求9所述的码头瞬变负荷发电机组储能备用电站,其特征在于,每一所述的储能发电机组还包括设置在所述箱体内的静音装置,所述静音装置包括进风消声器、出风消声器以及排气消声器;所述的进风消声器设置在所述发电机的前方;所述的出风消声器设置在所述柴油机的前方;所述的排气消声器设置在所述柴油机的顶部,与所述柴油机的排气管 连接。
专利摘要本实用新型公开了一种港口码头瞬变负荷发电机组储能备用电站,包括机组系统以及集控中心。机组系统包括并联的至少两台储能发电机组,各储能发电机组包括机组、机旁安保系统和机旁监控及负载分配系统;其中机组包括柴油机、储能装置和发电机。集控中心包括工控机和第一PLC控制器,工控机的输入端分别与各个机组的柴油机控制装置的输出端、发电机的电能计量装置的输出端以及第一PLC控制器通信连接,第一PLC控制器的输出端分别与各个机组的柴油机控制装置的输入端和发电机输出控制开关的控制输入端连接。在备用工况下,采用本实用新型的备用电站供电,可满足港口码头卸船机工作时大冲击负荷的用电要求,实现经济、高效、可靠的供电。
文档编号H02J9/00GK203151201SQ201320024869
公开日2013年8月21日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者益斌, 楚万秀, 孙炉钢, 刘佳彬, 顾爱中, 卫冬生, 曾宪友, 徐卫忠, 李利平, 邱爱华, 刘张超 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所

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