用于维持基于蒸汽的电厂中的电力连续性的系统和方法与流程

1.本公开的实施方案大体上涉及一种化石燃料燃烧、基于蒸汽的电力电厂，并且更具体地涉及用于维持基于蒸汽的电厂中的电力连续性的系统和方法。


背景技术：

2.许多基于蒸汽的电厂经由由化石燃料(例如，煤)的燃烧产生的蒸汽驱动的蒸汽涡轮机产生电力。此类基于蒸汽的电厂通常连接到电网，例如，通常包括多个电厂的电力广域配电网络。通常，燃烧煤的基于蒸汽的电厂使用来自其连接的电网的电力驱动各种元件，例如燃料进给器、燃料粉碎机、加热器、水泵、空气风扇等，这些元件促进电力产生操作。
3.然而，许多电力电网通常遭受其供应一致电力的能力的波动。例如，电网可能会经历由于自然事件和/或事故和/或人为事件和/或事故而导致的需求超过供应的时间段。在此类情况下，由电网供应的电力的频率可以降低多达0.5hz或更多。如将理解的，此类波动可能会损坏基于蒸汽的电厂内的各种元件和/或限制/阻碍正常的电力产生操作。
4.因此，需要一种用于维持基于蒸汽的电厂中的电力连续性的改进的系统和方法。


技术实现要素：

5.在一个实施方案中，提供了一种用于维持基于蒸汽的电厂中的电力连续性的系统。该系统包括化石燃料燃烧发电单元和电力储存设备。化石燃料燃烧发电单元可操作以产生电力并向电力电网提供电力。电力储存设备电耦合到化石燃料燃烧发电单元，并且可操作以：在化石燃料燃烧发电单元的过剩电力产生的时间段期间接收和储存来自化石燃料燃烧发电单元的电力；以及在电力电网的电力短缺的时间段期间向化石燃料燃烧发电单元的部件提供电力。
6.在另一个实施方案中，提供了一种用于维持基于蒸汽的电厂中的电力连续性的方法。该方法包括在该电力储存设备处接收来自电耦合到电力电网和该电力储存设备的化石燃料燃烧发电单元的过剩电力。该方法还包括将该过剩电力储存在该电力储存设备中。该方法还包括在电力电网的电力短缺的时间段期间由电力储存设备向化石燃料燃烧发电单元的部件提供所储存的过剩电力。
7.在另一个实施方案中，提供了一种存储指令的非暂态计算机可读介质。所存储的指令适应处理器以：引导电力储存设备接收来自电耦合到电力电网和电力储存设备的化石燃料燃烧发电单元的过剩电力；引导电力储存设备将过剩电力储存在电力储存设备中；以及引导电力储存设备在电力电网的电力短缺的时间段期间向化石燃料燃烧发电单元的部件提供所储存的过剩电力。
附图说明
8.通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述，将更好地理解本发明，其中：
9.图1为根据本公开的实施方案的用于维持基于蒸汽的电厂中的电力连续性的系统
的示意图；
10.图2为根据本公开的实施方案的描绘图1的系统的电力储存设备的充电和放电的图；
11.图3为根据本公开的实施方案的描绘图1的系统的电力储存设备的充电和放电的另一图；并且
12.图4为根据本公开的实施方案的描绘图1的系统的控制器使用的网络的图。
具体实施方式
13.下面将详细参考本发明的用于维持基于蒸汽的电厂中的电力连续性的系统的示例性实施方案，其示例在附图中示出。只要有可能，在未重复描述的情况下，在整个附图中使用的相同引用字符是指相同或相似的部分。
14.如本文所用，术语“基本上”、“通常”和“约”表示相对于适于实现部件或组件的功能目的的理想期望条件，在合理可实现的制造和组装容限内的条件。还如本文所用，术语“热接触”是指所引用的对象彼此接近，使得热/热能可在它们之间传递。如本文所用，“电耦合的”、“电连接的”和“电连通”是指所引用的元件直接地或间接地连接，使得电流或其他连通介质可彼此流动。连接可包括直接导电连接(即，不具有居间电容元件、感应元件或有源元件)、感应连接、电容连接和/或任何其他合适的电连接。可存在居间部件。如本文所用，术语“实时”是指用户充分及时感知或者使处理器能够与外部处理同步的处理响应能力的水平。如本文所用，术语“基于蒸汽的电厂”是指容纳一个或多个化石燃料燃烧发电单元的建筑物或设施。还如本文所用，“化石燃料燃烧发电单元”是指装备集合，该装备集合包括涡轮发电机，用于产生电力。
15.另外，虽然本文所公开的实施方案主要相对于基于蒸汽的电厂进行描述，但应当理解，本公开的实施方案可适用于依赖于或受益于不间断和/或连续的电力的其他类型的电厂和/或系统。
16.现在参考图1，示出了根据本公开的实施方案的用于维持基于蒸汽的电厂12中的电力连续性的系统10。系统10包括一个或多个化石燃烧(例如，燃煤)发电单元14、16和18以及电力储存设备/装置20。在实施方案中，系统10还可以包括具有至少一个处理器24和存储器装置26的控制器22。如将在下文更详细地解释的，电力储存单元20可操作以：从一个或多个化石燃料燃烧发电单元14、16和18接收和储存电力；以及在电厂12电连接到的电力电网44的电力短缺的时间段期间向发电单元14、16和18的一个或多个部件28、30、32、34、36、38、39、40和/或42提供电力。
17.如图1所示，化石燃料燃烧发电单元14、16和18中的每一者可以包括锅炉28、蒸汽涡轮机30、粉碎机32、分类器34(其可以并入到粉碎机32中)、风扇36、水泵38、加热器40、等离子体点火器42(设置在锅炉或炉的燃烧室或燃料导管内，并且通常需要大约100kw-200kw)和/或用于产生蒸汽和/或电力的其他装置。此外，化石燃料燃烧发电单元14、16和18中的每一者可以另外包括空气污染控制系统或环境控制系统(ecs)39，用于气体清洁(例如，用于去除nox、sox、hg、颗粒物质等)。虽然图1描绘了具有三(3)个化石燃料燃烧发电单元14、16和18的电厂12，但是应当理解，其他实施方案可以包括单个化石燃料燃烧发电单元、两(2)个化石燃料燃烧发电单元和/或多于三(3)个化石燃料燃烧发电单元。
18.可以设置在电厂12中的电力储存设备20电连接到化石燃料燃烧发电单元14、16和18中的每一者。然而，应当理解，在其他实施方案中，电力储存设备20可以设置在电厂12外部。在实施方案中，电力储存设备20可以进一步连接到附加部件，例如转化器、逆变器、变压器、泵46、输送机48等，这些附加部件与化石燃料燃烧发电单元14、16和18分开和/或被其共享。在实施方案中，电力储存设备20可以包括并联连接或串联连接的一个或多个电池50。电池50可以是基于化学酸的和/或基于稀土金属的，例如锂离子。
19.如将理解的，电力储存设备20可以直接连接，即不通过电网44间接传递电力，到蒸汽涡轮30(或其相应的发生器)，使得电池50可以经由电厂12产生的电力直接充电。如将进一步理解的，在实施方案中，电力储存设备20可以连接到电网44和/或由电网充电。在实施方案中，电池50可经由电力转换器、变压器和/或其他变换装置电连接到发电单元14、16和18。
20.在实施方案中，系统10还可以包括一个或多个传感器52，该传感器可操作以向控制器22提供关于电力储存设备20的感觉信息。在实施方案中，感觉信息可以包括关于以下的数据：电池50的电压电平；电池50的放电速率；电池50的充电速率；电池50的温度；电池50在充电和/或放电期间的时间段；和/或关于电池50和/或电力储存设备20的其他部件的其他信息。
21.转到图2，示出了描绘进出电力储存设备20的电力通量的可能广义场景的图表，即电力储存设备20的充电和放电。可以看出，在t＝0时，电荷量(由线54表示)为零(0)。虚线左侧的t＝0至t≈9之间的时间段表示电厂12和/或化石燃料燃烧发电单元14、16和/或18产生比电网44所要求的更多电力的情形，即，低电力需求和过剩电力产生的时间段，其中过剩电力用于对电力储存设备20进行充电。虚线左侧的阴影区域指示电力储存设备20的能量储存。t＝9至t≈24之间的时间段表示电网44无法向化石燃料燃烧发电单元14、16和/或18提供足够的电力流的情形，即，电网44经历短缺的高电力需求的时间段，并且因此，电力储存设备20将先前储存的电力放电/提供给化石燃料燃烧发电单元14、16和/或18。虚线右侧的阴影区域指示电力储存设备20的能量释放。换句话说，电力储存设备20补充或替换先前由电网44供应到化石燃料燃烧发电单元14、16和/或18的电力，这继而允许化石燃料燃烧发电单元14、16和/或18继续操作，以便产生用于电网44的电力，从而维持电厂12和/或化石燃料燃烧发电单元14、16和/或18的电力连续性。
22.图3中说明的是描绘在电厂12的改变最大持续额定出力(“mcr”)的过程中进出电力储存设备20的电力通量的可能广义场景的另一图表。如将理解的，电力储存设备20可以作为电厂12和/或化石燃料燃烧发电单元14、16和18充电(指示为相对于线55的线54的曲线上方的区域)和/或放电(指示为相对于线55的曲线54下方的区域)：在50％的mcr下操作(通常由箭头56示出)；斜升(通常由箭头58示出)；在100％的mcr下操作(通常由箭头60示出)；斜降(通常由箭头62示出)；以及在35％或更低的mcr(通常由箭头64示出)(或甚至25％或更低的mcr)下操作。
23.返回到图1，在实施方案中，人工智能应用程序可以存储在存储器装置26中并加载到处理器24中，目的是监测进出电力储存设备20的电力通量。在一些实施方案中，人工智能应用程序可以包括从一个或多个传感器52接收其输入的神经网络。在实施方案中，人工智能应用程序可以提供电力储存设备20的管理，例如将可用所储存的电力分配到各种发电单
元14、16、18和/或其中的部件。在一些实施方案中，人工智能应用程序可以管理电力储存设备20以使电力储存设备20的充电可用性最大化(即，储存电力/能量)。人工智能应用程序还可以监测电厂12内的dc/ac和/或ac/dc转换模块的状态和/或性能以及/或者监测和/或调节电厂12和/或发电单元14、16和18的一个或多个部件的温度。在一些实施方案中，人工智能应用程序可以包括机器学习能力(例如，可以包括机器学习模块)。
24.如将理解的，电池50的容量和/或密度通常受到限制。因此，电池50操作的调度和/或实时控制可以提供电力储存设备20的改进的可靠性。因此，在实施方案中，人工智能应用程序可以提供电力储存设备20的寿命监测，即，人工智能应用程序可以确定(或预测何时)电力储存设备20不能有效地充电和/或放电。在实施方案中，人工智能应用程序可以调节从电力储存设备20到发电单元14、16和18和/或其中的部件的所储存的电力的分配以补偿负载控制，以便使发电单元14、16和18中的每一者上的负载平滑。在实施方案中，人工智能应用程序可以为电池50提供或安排预测性和/或预防性维护。在实施方案中，人工智能应用程序可以为电力储存单元20的维护和/或部件替换提供建议。
25.例如，在实施方案中，人工智能应用程序可以采用基于数学模型的动态优化方法，诸如：
26.最大化利润(t)＝来自服务电网的收入(容量收入、旋转储备、
…
)-27.(sps发电成本 电池充电成本 电池放电成本)
28.受到：
29.a)充电或放电速率(电池密度)；
30.b)容量可用性；
31.c)蒸汽发电容量；
32.d)蒸汽电力辅助装备功耗速率；
33.e)蒸汽发电单元的最低负载；
34.f)来自dc/ac和ac/dc转换系统的限值；
35.g)来自蒸汽发电单元启动时间的限值；
36.h)过程动态模型(以适当的方式离散化)；以及/或者
37.i)其他合适的约束。
38.在实施方案中，人工智能应用程序可以结合高级基于模型的估计、检测和/或控制方法/子系统，该估计、检测和/或控制方法/子系统可以提供比传统的电力备用系统(例如，气体发生器)增强的灵活性。例如，在实施方案中，人工智能应用程序可操作以从常规分布式控制系统(“dcs”)和/或集成控制系统检索操作数据和/或命令。在此类实施方案中，人工智能应用程序可以利用预定义分析模块处理实时(和/或历史)数据以生成新的操作指南和/或操作配置。在实施方案中，人工智能应用程序可以总结电厂12的操作经验，例如，成功和/或失败，并且发布未结构化数据，例如，经由神经网络从电力储存设备20获得的新知识，用于被其他人工智能系统用作源数据，例如，集成局部和/或区域电网中“堆叠益处”的大数据。
39.现在转到图4，在实施方案中，人工智能应用程序可操作以与设置在其中设置有电力储存设备20的相同电厂12的外部的至少一个其他处理器100、102、104电连通。例如，人工智能应用程序可以通过网络106与数据库和/或数据中心106、另一电厂108和/或另一种类
型的设施112电通信，该数据库和/或数据中心、另一电厂和/或另一种类型的设施可以处置、处理和/或以其他方式受益于由传感器52收集的数据和/或人工智能应用程序的预测。在一个实施方案中，人工智能应用程序软件被配置成支持具有电池能量储存系统的集成蒸汽发电系统10的操作。
40.最后，还应当理解，系统10可包括必要的电子器件、软件、存储器、存储装置、数据库、固件、逻辑/状态机、微处理器、通信链路、显示器或其他视觉或音频用户界面、打印装置、以及用以执行本文所述功能和/或实现本文所述结果的任何其他输入/输出界面。例如，系统10可包括至少一个处理器(例如，处理器24)和系统存储器/数据存储结构(例如，存储器26)，该至少一个处理器和系统存储器/数据存储结构可包括随机存取存储器(ram)和只读存储器(rom)。系统10的至少一个处理器可包括一个或多个常规微处理器以及一个或多个补充协处理器，诸如数学协处理器等。本文讨论的数据存储器结构可包括磁性、光学和/或半导体存储器的适当组合，并且可包括例如ram、rom、闪存驱动器、光学盘诸如致密盘和/或硬盘或驱动器。
41.另外，可将使控制器(即，至少一个处理器)适应于执行本文所公开的方法的软件应用程序从计算机可读介质读取到至少一个处理器的主存储器中。如本文所用，术语“计算机可读介质”是指向系统10的至少一个处理器(或本文所述装置的任何其他处理器)提供或参与提供指令以供执行的任何介质。此类介质可采取多种形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质包括例如光学、磁性或光磁性的盘，诸如存储器。易失性介质包括动态随机存取存储器(“dram”)，其通常构成主存储器。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、cd-rom、dvd、任何其他光学介质、ram、prom、eprom或eeprom(电可擦可编程的只读存储器)、flash-eeprom、任何其他存储器芯片或匣、或计算机可读取的任何其他介质。
42.尽管在实施方案中，软件应用程序中指令序列的执行使得至少一个处理器执行本文所述的方法/过程，但可使用硬连线电路来代替或结合用于实现本公开方法/过程的软件指令。因此，本公开的实施方案不限于硬件和/或软件的任何特定组合。
43.还应当理解，以上描述旨在为示例性的而非限制性的。例如，上述实施方案(和/或其方面)可彼此结合使用。另外，在不脱离本公开范围的情况下，可作出许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导内容。
44.例如，在一个实施方案中，提供了一种用于维持基于蒸汽的电厂中的电力连续性的系统。该系统包括化石燃料燃烧发电单元和电力储存设备。化石燃料燃烧发电单元可操作以产生电力并向电力电网提供电力。电力储存设备电耦合到化石燃料燃烧发电单元，并且可操作以：在化石燃料燃烧发电单元的过剩电力产生的时间段期间接收和储存来自化石燃料燃烧发电单元的电力；以及在电力电网的电力短缺的时间段期间向化石燃料燃烧发电单元的部件提供电力。在某些实施方案中，电力储存设备和化石燃料燃烧发电单元设置在基于蒸汽的电厂内。在某些实施方案中，电力储存设备电耦合到另外的化石燃料燃烧发电单元。在某些实施方案中，化石燃料燃烧发电单元的部件是以下中的至少一者：煤粉碎机；燃料分类器；风扇；水泵；加热器；和等离子体点火器。在某些实施方案中，电力短缺的时间段包括以下中的至少一者：化石燃料燃烧发电单元的斜升；所述化石燃料燃烧发电单元的峰值需求时间段；以及电网的电力故障。
45.在某些实施方案中，该系统还包括存储器装置，该存储器装置存储人工智能应用程序；和至少一个处理器，该至少一个处理器可操作以执行人工智能应用程序。在此类实施方案中，人工智能应用程序可操作以：监测电力储存设备的电力通量速率；以及预测化石燃料燃烧发电单元的过剩电力产生的未来时间段和/或电力电网的电力短缺的未来时间段。在某些实施方案中，人工智能应用程序包括神经网络。在某些实施方案中，人工智能应用程序可进一步操作以与设置在其中设置有电力储存设备的相同电厂的外部的至少一个其他处理器电连通。在某些实施方案中，电力储存设备直接向化石燃料燃烧发电单元的部件提供电力。
46.又另一个实施方案提供了一种用于维持基于蒸汽的电厂中的电力连续性的方法。该方法包括在该电力储存设备处接收来自电耦合到电力电网和该电力储存设备的化石燃料燃烧发电单元的过剩电力。该方法还包括将该过剩电力储存在该电力储存设备中。该方法还包括在电力电网的电力短缺的时间段期间向化石燃料燃烧发电单元的部件提供由电力储存设备储存的所储存的过剩电力。
47.在某些实施方案中，电力储存设备和化石燃料燃烧发电单元设置在基于蒸汽的电厂内。在某些实施方案中，电力储存设备电耦合到另外的化石燃料燃烧发电单元。在某些实施方案中，化石燃料燃烧发电单元的部件是以下中的至少一者：煤粉碎机；燃料分类器；风扇；水泵；加热器；和等离子体点火器。在某些实施方案中，电力短缺的时间段包括以下中的至少一者：化石燃料燃烧发电单元的斜升；所述化石燃料燃烧发电单元的峰值需求时间段；以及电网的电力故障。
48.在某些实施方案中，该方法还包括：经由在至少一个处理器上执行的人工智能应用程序监测电力储存设备的电力通量速率；以及经由人工智能应用程序预测化石燃料燃烧发电单元的过剩电力产生的未来时间段和/或电力电网的电力短缺的未来时间段。在某些实施方案中，人工智能应用程序包括神经网络。在某些实施方案中，该方法还包括经由人工智能应用程序与设置在其中设置有电力储存设备的相同电厂的外部的至少一个其他处理器电连通。在某些实施方案中，电力储存设备直接向化石燃料燃烧发电单元的部件提供电力。
49.另一个实施方案提供了一种存储指令的非暂态计算机可读介质。所存储的指令适应处理器以：引导电力储存设备接收来自电耦合到电力电网和电力储存设备的化石燃料燃烧发电单元的过剩电力；将过剩电力储存在电力储存设备中；以及在电力电网的电力短缺的时间段期间向化石燃料燃烧发电单元的部件提供由电力储存设备储存的所储存的过剩电力。
50.在某些实施方案中，电力储存设备设置在与化石燃料燃烧发电单元相同的基于蒸汽的电厂内。在某些实施方案中，电力储存设备电耦合到另外的化石燃料燃烧发电单元。在某些实施方案中，化石燃料燃烧发电单元的部件是以下中的至少一者：煤粉碎机；燃料分类器；风扇；水泵；加热器；和等离子体点火器。在某些实施方案中，电力短缺的时间段包括以下中的至少一者：化石燃料燃烧发电单元的斜升；所述化石燃料燃烧发电单元的峰值需求时间段；以及化石燃料燃烧发电单元电耦合的电网的电力故障。
51.在某些实施方案中，所存储的指令进一步适应处理器以执行人工智能应用程序。在此类实施方案中，人工智能应用程序可操作以：监测电力储存设备的电力通量速率；以及
预测化石燃料燃烧发电单元的过剩电力产生的未来时间段和/或电力电网的电力短缺的未来时间段。在某些实施方案中，人工智能应用程序包括神经网络。在某些实施方案中，人工智能应用程序可进一步操作以与设置在其中设置有电力储存设备的相同电厂的外部的至少一个其他处理器电连通。在某些实施方案中，电力储存设备直接向化石燃料燃烧发电单元的部件提供电力。
52.因此，通过在化石燃料燃烧发电单元的位置处和/或附近提供电力储存装置，本公开的一些实施方案可以减轻和/或消除由化石燃料燃烧发电单元连接的电网提供的电力波动所引起的电力连续性问题。
53.还应了解，通过提供电力储存解决方案，与气体供电的备用发生器相反，本公开的一些实施方案提供用于电厂和/或化石燃料燃烧发电单元的更环保的备用电源。
54.此外，系统10的一些实施方案可以为现有电厂和/或化石燃料燃烧发电单元的改造提供电力储存装置。
55.此外，通过提供本地连接到电厂辅助系统的能量储存系统(电力储存设备)，可以从能量储存系统(例如，电池)中排出电力，该电力具有最佳密度和最佳持续时间以支持局部电力驱动装备的操作，例如泵、风扇/鼓风机、粉碎机、电加热元件和/或电冷却元件等。
56.虽然本文所述材料的尺寸和类型旨在限定本发明的参数，但它们不是限制性的并且是示例性实施方案。在回顾以上描述时，许多其他实施方案对本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，本发明的范围应参考所附权利要求书以及授权的此类权利要求书的等同形式的全部范围来确定。在所附权利要求书中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的纯英文等同形式。此外，在以下权利要求书中，术语诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“底部”、“顶部”等仅用作标记，并且不旨在对它们的对象施加数值或位置要求。此外，以下权利要求书的限制不是以平均值加函数格式书写的，并且不旨在解释为此类限制，除非且直到此类限制在其他结构的空隙函数的说明之后明确使用短语“用于
…
的方式”。
57.该书面描述使用示例来公开本发明的若干实施方案，包括最佳模式，并且还使得本领域普通技术人员能够实践本发明的实施方案，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则此类其他示例预期在权利要求书的范围内。
58.如本文所用，以单数形式列举并且以词语“一个”或“一种”开头的元件或步骤应该被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明这种排除。此外，对本发明的“一个实施方案”的提及不旨在被解释为排除也包含所列举特征的其他实施方案的存在。此外，除非明确相反说明，否则“包括”、“包含”或“具有”具有特定属性的一个元件或多个元件的实施方案可包括不具有该属性的其他此类元件。
59.由于在不脱离本文所涉及的本发明实质和范围的情况下可在上述发明中进行某些改变，因此旨在将附图中所示的上文描述的所有主题应仅解释为示出本发明构思的示例，并且不应理解为限制本发明。