BR112017014034B1

BR112017014034B1 - Arranjo e método para distribuição de energia em uma embarcação

Info

Publication number: BR112017014034B1
Application number: BR112017014034-9A
Authority: BR
Inventors: Paul Fredrik Gjerpe; Bernd Hartwig; Marc Hiller; Wolfgang Voss
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH & Co. KG; Siemens Energy AS
Priority date: 2015-01-15
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2022-08-23
Also published as: BR112017014034A2; EP3046206B1; CN107112765A; SG11201705213TA; US11581739B2; WO2016113046A1; ES2708177T3; EP3046206A1; US20170373502A1; AU2015377905B2; CY1121333T1; CN107112765B; KR20170104578A; KR101931138B1; AU2015377905A1

Abstract

É descrito um arranjo (1) para distribuição de energia em uma embarcação, compreendendo: um primeiro barramento de CC (7) que opera a uma primeira tensão média; pelo menos um segundo bar-ramento de CC (9) que opera a uma segunda tensão média e não tem conexão direta com o primeiro barramento de CC; um primeiro barramento de CA (13) que opera a uma baixa tensão; um primeiro inversor (15) acoplado entre o primeiro barramento de CC (7) e o primeiro barramento de CA (13) para permitir fluxo de energia do primeiro barramento de CC para o primeiro barramento de CA em um primeiro modo de operação; um segundo barramento de CA (17) que opera a baixa tensão; um segundo inversor (19) acoplado entre o segundo barramento de CC (9) e o segundo barramento de CA (17), para permitir fluxo de energia do segundo barramento de CC para o segundo barramento de CA no primeiro modo de operação; um sistema de conexão de baixa tensão (21) para conectar ou desconectar seletivamente o primeiro barramento de CA e o segundo barramento de CA.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um arranjo e a um método para distribuição de energia em uma embarcação, em particular um navio ou uma plataforma.

[002] Para operar uma embarcação, em particular um navio ou uma plataforma, por exemplo, plataforma de exploração de petróleo, energia elétrica precisa ser distribuída a inúmeros consumidores. Por exemplo, propulsores e bombas precisam ser operados em uma embarcação. Os diferentes consumidores exigem uma tensão diferente ou podem exigir energia em CA ou energia em CC. No estado da técnica, sistemas de distribuição de média tensão com atuadores tradicionais, transformadores e VFDs podem ter sido utilizados, para fornecer energia necessária para os diversos consumidores. Estes sistemas convencionais podem requerer uma frequência contínua ou constante. Assim, um gerador principal ou motor primário pode ser necessário que seja operado a uma certa velocidade ou velocidade de rotação. Além disso, todas as mudanças de carga deverão ser fornecidas pelos motores primários.

[003] Alternativamente, na técnica anterior, foram utilizados sis temas de acionamento múltiplo de baixa tensão, com disjuntores de CC entre as seções. O disjuntor de CC opcional oferece a possibilidade de ter uma conexão em anel fechado e, portanto, um compartilhamento de carga mais eficiente. Em caso de uma falha, o disjuntor de CC pode assegurar a desconexão rápida e a limitação da corrente de curto-circuito.

[004] No entanto, distribuição de energia convencional e sistemas podem ter algumas desvantagens e problemas técnicos. Em particular, uma grande quantidade de equipamento de espaço volumoso e tam- bém uma quantidade considerável de cabos podem ser necessários para os sistemas convencionais. Além disso, os geradores precisam ter uma capacidade considerável.

[001] Assim, pode haver uma necessidade de um arranjo e um método para distribuição de energia em uma embarcação que requeira equipamentos menos pesados ou complexos, e que possa ser operado em uma maneira segura e confiável.

[002] A EP2623416 descreve um sistema com geradores a diesel para produzir energia elétrica, e unidades conversoras para converter CA para CC. CC é fornecida para consumidores. Um dispositivo de controle controla a velocidade de rotação de cada gerador de acordo com a energia requerida.

[003] De acordo com uma modalidade da presente invenção, é fornecido um arranjo para distribuição de energia em uma embarca-ção, que compreende um primeiro barramento de CC que opera em uma primeira tensão média, pelo menos um segundo barramento de CC (em particular, vários segundos barramentos CC) operando a uma segunda tensão média e sem conexão direta com o primeiro barra- mento de CC, um primeiro barramento de CA que opera em uma baixa tensão, um primeiro inversor acoplado entre o primeiro barramento de CC e o primeiro barramento de CA para permitir fluxo de energia do primeiro barramento de CC para o primeiro barramento de CA em um primeiro modo de operação, um segundo barramento de CA que opera na baixa tensão, um segundo inversor acoplado entre o segundo bar- ramento de CC e o segundo barramento de CA para permitir fluxo de energia do segundo barramento de CC para o segundo barramento de CA no primeiro modo de operação; um sistema de conexão de baixa tensão para conectar ou desconectar seletivamente o primeiro barra- mento CA e o segundo barramento CA, ou vice-versa; em que o arranjo é adaptado, em um segundo modo de operação, para conectar o primeiro barramento de CA e o segundo barramento de CA através do sistema de ligação de baixa tensão, e para controlar o primeiro inver- sor e o segundo inversor, para alimentar a partir do segundo barra- mento de CC através do segundo inversor para o segundo barramento de CA, do segundo barramento de CA para o primeiro barramento de CA e do primeiro barramento de CA através do primeiro inversor para o primeiro barramento de CC, ou vice-versa.

[004] De acordo com uma modalidade da presente invenção, existe fluxo de energia a partir de um inversor do sistema de energia através de outro inversor do sistema de energia, e vice-versa.

[005] O arranjo pode ainda ser adaptado para gerar a energia e também alimentar aos diversos consumidores. O primeiro barramento de CC e/ou o segundo barramento de CC podem compreender um número de seções de cabo, isto é, condutores elétricos que compreendem fios que são isolados uns dos outros para manter a tensão média entre os fios. O primeiro barramento de CC e o segundo barramen- to de CC são independentes um do outro e podem, por exemplo, ou em particular, ser fornecidos com energia elétrica de geradores independentes. O primeiro barramento de CC e o segundo barramento de CC podem estar espaçados separados um do outro e não há conexão direta entre o primeiro barramento de CC e o segundo barramento de CC. Com isso, no caso de uma falha (de energia) em um dos primeiro ou segundo barramentos de CC, o respectivo outro barramento de CC pode servir como o único fornecimento de energia (a energia sendo gerada pelos seus respectivos geradores) para energizar aqueles consumidores que estão conectados ao barramento de CC ainda em operação, bem como para operar aqueles consumidores que estão conectados ao barramento de CC no qual ocorreu a falha. Com isso, energia elétrica disponível em um dos barramentos de CC pode substituir energia elétrica requerida no outro barramento de CC, ou em um sis- tema de distribuição de energia associado que inclui também o barra- mento de CA e outros subcircuitos ou sub-barramentos.

[006] Os barramentos de CA (o primeiro barramento de CA e o segundo barramento de CA) podem fornecer um barramento monofásico ou trifásico ou ainda de mais fases, em particular operando em uma frequência entre 50 Hz e 100 Hz. Operar o primeiro barramento de CC a uma primeira tensão média e operar o segundo barramento de CC a uma segunda tensão média pode ser vantajoso, em que pode reduzir o tamanho ou o tamanho da seção transversal do cabo em comparação com o caso quando os barramentos de CC seriam operados em voltagens mais baixas. O inversor (por exemplo, o primeiro in- versor e o segundo inversor, ou também o inversor de consumidor mencionado abaixo ou inversor de bateria) pode ter a capacidade de converter um fluxo de energia de CC para um fluxo de energia de CA que apresenta frequência ajustável e/ou vice-versa.

[007] Os inversores podem, por exemplo, compreender elemen tos de energia semicondutores, em particular transistores de energia, tais como IGBTs. Por exemplo, para converter um fluxo de energia tri- fásico para um fluxo de energia de CC, as três fases de entrada podem ser fornecidas, cada uma, entre dois transistores de energia que estão conectados em série entre dois terminais de CC. Os transistores de energia podem ser fornecidos com sinais apropriados de acionamento de porta que comutam os transistores de energia liga- do/desligado (em particular utilizando técnicas de modulação de largura de pulso), tal que o fluxo de energia trifásico é convertido para fluxo de energia de CC entre os terminais de CC. Além disso, um capacitor pode ser conectado entre os terminais de CC. O inversor pode ser operado em duas direções opostas, isto é, pode ser operado para converter um fluxo de energia de CC para um fluxo de energia de CA ou pode ser operado para converter um fluxo de energia de CA em um fluxo de energia de CC.

[008] O modo de operação do inversor pode ser comutado quan do o arranjo transiciona de um modo de operação para outro modo de operação. Com isso, o primeiro modo de operação especificado pode ser considerado como um modo de operação normal, no qual ambos os sistemas, isto é, o primeiro sistema que compreende o primeiro bar- ramento de CC, o primeiro barramento de CA e o primeiro inversor, e no qual também o segundo sistema, isto é, que compreende o segundo barramento de CC, o segundo barramento de CA e o segundo in- versor, ambos operam de forma normal sem qualquer falha. Além disso, no modo de operação normal, geradores associados ao primeiro sistema ou ao segundo sistema operam de maneira adequada, e fornecem energia elétrica ao primeiro sistema e ao segundo sistema, respectivamente.

[009] Os barramentos de CC podem ser fornecidos para energi- zar um número de consumidores que requerem tensão relativamente mais alta, por exemplo, a primeira tensão média ou a segunda tensão média. Em contraste, os barramentos de CA podem ser operados para fornecer energia a outros consumidores que podem requerer uma tensão mais baixa, por exemplo, a baixa tensão.

[0010] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o arranjo compreende dois ou mais barramentos de CC com inversores que partilham energia através de uma rede de distribuição de sub-CA. Com isso, a tensão de CC (em particular a primeira tensão média e a segunda tensão média) pode ser diferente, introduzindo um transformador no lado do inversor. Embora uma solução de acionamento múltiplo de baixa tensão possa ter introduzido uma maneira flexível de fornecer energia aos consumidores em uma usina de energia, várias desvantagens podem ter sido observadas. Em particular, para maiores classificações de energia, uma solução de média tensão pode ser de- sejada devido ao requisito por um número enorme e um tamanho enorme do cabeamento. As modalidades da presente invenção fornecem a tensão média nos barramentos de CC, reduzindo com isso os requisitos relativos ao tamanho do cabeamento. Modalidades da presente invenção proporcionam uma maneira mais flexível de fluxo de energia entre as diversas seções de energia.

[0011] Além disso, modalidades da presente invenção permitem a possibilidade de conectar baterias com baixa tensão (ou outros dispositivos de armazenamento de energia) como uma fonte de energia flexível para a rede de média tensão. Além disso, outras modalidades da presente invenção podem proporcionar a possibilidade de uma conexão de anel fechado e de partilha de carga através de conexão flexível entre as seções de barramento.

[0012] Modalidades da presente invenção podem proporcionar as seguintes vantagens: uma planta de energia efetiva em custo pode ser construída com menos transformadores, menos espaço necessário, menos requisitos em cabos. Além disso, é proporcionada a possibilidade de usinas de energia de nível de múltipla tensão. Além disso, os geradores podem ser reduzidos e um grande número de cabos de baixa tensão pode ser reduzido ou mesmo evitado.

[0013] Além disso, os geradores podem consumir menos combus tível do que em sistemas convencionais. Além disso, a possibilidade de um início suave de consumidores do sistema de distribuição de energia pode ser proporcionada. Os geradores podem exigir menos manutenção. Além disso, uma integração perfeita de baterias ou ou-tras fontes de energia de baixa tensão pode ser permitida. Além disso, o sistema pode ter um tempo de resposta mais rápido, em particular quando ocorre uma falha de energia.

[0014] No segundo modo de operação, um fluxo de energia a par tir do segundo sistema de CC para o primeiro sistema de CC é habili- tado, para suportar o primeiro sistema de distribuição de energia. Com isso, qualquer conexão direta entre o primeiro barramento de CC e o segundo barramento de CC é evitada. Em particular, em sistemas convencionais, a conexão entre respectivos barramentos de CC pode exigir equipamentos pesados, complexos e dispendiosos, e a operação deste equipamento pode ser complicada. Estas desvantagens são evitadas por modalidades da presente invenção. Em particular, con-versores entre os barramentos de CC e os barramentos de CA podem estar presentes de qualquer maneira para fornecer energia elétrica a partir dos barramentos de CC para o respectivo barramento de CA. Esses inversores podem, de forma sinérgica, ser utilizados para transferir energia elétrica a partir do segundo barramento de CC para o primeiro barramento de CC sem requerer qualquer outro equipamento ou componentes. Com isso, a complexidade do sistema pode ser reduzida e os custos podem ser reduzidos.

[0015] Com isso, o segundo modo de operação pode ser adotado quando ocorre uma falha de energia (por exemplo, falha em um gerador, um curto-circuito em um cabo, ou similar) no primeiro barramento de CC (ou componentes associados). Com isso, pode ser assegurado que também consumidores que estão conectados a um dos barramen- tos do primeiro sistema podem ser operados de forma adequada.

[0016] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o arranjo compreende ainda um primeiro transformador acoplado entre o primeiro inversor e o primeiro barramento de CA, para transformar a primeira tensão média para a baixa tensão, e um segundo transformador acoplado entre o segundo inversor e o segundo barramento de CA, para transformar a segunda tensão média para a baixa tensão.

[0017] Com isso, uma transformação confiável da primeira ten são média para a baixa tensão e transformação da segunda tensão média para a baixa tensão pode ser habilitada. Além disso, o(s) transformador(es) podem ser operados de forma reversa, transfor-mando assim a baixa tensão para a primeira tensão média ou a transformando a baixa tensão para a segunda tensão média. Com isso, uma troca confiável de energia elétrica entre os diferentes bar- ramentos pode ser habilitada.

[0018] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o arranjo compreende ainda, pelo menos, um primeiro e/ou um segundo consumidor de CA, em particular um propulsor, um primeiro e/ou um segundo inversor de consumidor acoplado ao primeiro respectivamente segundo consumidor de CA e conectável ao primeiro respectivamente segundo barramento de CC, para fornecer energia para o primeiro respectivamente segundo consumidor de CA.

[0019] O inversor de consumidor pode ser controlado para trans formar o fluxo de energia de CC para um fluxo de energia de CA que é adequado para acionar o respectivo consumidor de CA. Em particular, uma velocidade de rotação do propulsor pode ser ajustada ajustando a frequência da saída do fluxo de energia de CA pelo respectivo inversor de consumidor. Com isso, pode ser conseguida uma elevada flexibilidade para energizar diferentes consumidores que podem necessitar uma frequência diferente de um fluxo de energia de CA.

[0020] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o arranjo compreende ainda uma primeira e/ou segunda bateria, um primeiro e/ou inversor de bateria acoplado à primeira respectivamente segunda bateria, e que é conectável ao primeiro respectivamente segundo barramento de CA, em que, em um terceiro modo de operação, a primeira respectivamente segunda bateria, está conectada ao primeiro respectivamente segundo inversor de consumidor (diretamente) através de (ou não através de) primeiro, respectivamente segundo in- versor, para alimentar a partir da primeira respectivamente segunda bateria, para o primeiro respectivamente segundo consumidor de CA.

[0021] A bateria pode servir como fonte de energia de reforço em caso de falha. A bateria (ou acumulador, ou outro dispositivo de armazenamento de energia) pode ser carregada durante operação normal para economizar energia para uma situação de falha. A bateria, ou o acumulador que fornece energia de CC, pode estar diretamente conectada ao inversor de consumidor, em particular a uma seção de entrada de CC do inversor de consumidor.

[0022] Com isso, cada inversor pode compreender uma seção de CC e uma seção de CA. A seção de CC pode ser utilizada como en-trada ou saída e a seção de CA pode ser utilizada como saída ou como entrada do inversor respectivo. Para o inversor de consumidor, a seção de CC pode ser utilizada como entrada e a seção de CA pode ser utilizada como uma saída que é então conectada ao consumidor de CA, em particular, um propulsor. No entanto, o primeiro inversor, o segundo inversor e o inversor de bateria podem ser operados em duas direções diferentes, em que, em um caso, a seção de CC é uma seção de entrada e a seção de CA é uma seção de saída ou, em outro caso, em que a seção de CC é uma seção de saída e a seção de CA é uma seção de entrada. Assim, em caso de falha dos geradores do primeiro sistema e também do gerador do segundo sistema, a bateria ainda pode energizar os consumidores de CA, para manter a embarcação operável.

[0023] De acordo com uma modalidade da presente invenção, em um quarto modo de operação, a primeira e/ou a segunda bateria são conectadas através do primeiro respectivamente segundo inversor de bateria, o primeiro respectivamente segundo barramento de CA, o primeiro respectivamente segundo transformador e o primeiro respectivamente segundo inversor, para o primeiro respectivamente segundo barramento de CC, para permitir fluxo de energia entre eles.

[0024] No quarto modo de operação, a bateria pode ser carregada a partir do respectivo barramento de CC através do respectivo inversor ou, em caso de uma falha, a bateria pode energizar através do respectivo inversor o respectivo barramento de CC, para fornecer energia elétrica aos consumidores conectados ao respectivo barramento de CC. Com isso, uma alta flexibilidade e alta segurança podem ser fornecidas.

[0025] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o arranjo compreende ainda um primeiro e/ou segundo barramento secundário de CA que opera a uma tensão muito baixa, um primeiro e/ou segundo transformador secundário conectável entre o primeiro respectivamente segundo barramento de CA e o primeiro respectivamente segundo barramento de CA secundário.

[0026] Os barramentos de CA secundários podem ser utilizados pa ra diversas finalidades diferentes, para energizar outros consumidores. Com isso, a faixa de consumidores suportados pode ser estendida.

[0027] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o arranjo compreende ainda um primeiro e/ou um segundo painel de distribuição UPS e um primeiro e/ou segundo suprimento de energia não interrompível conectáveis entre o primeiro respectivamente segundo barramento de CA e o primeiro respectivamente segundo painel de distribuição UPS.

[0028] O painel de distribuição UPS e o suprimento de energia inin- terrompível podem fornecer segurança adicional em caso de falhas.

[0029] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o arranjo compreende ainda um painel de distribuição de emergência de baixa tensão conectável ao primeiro barramento de CA, um gerador de emergência conectável com o painel de distribuição de emergência, em que um ou mais consumidores, em particular incluindo bombas, são conectáveis ao painel de distribuição de emergência de baixa tensão.

[0030] O gerador de emergência pode energizar o painel de distri buição de emergência de baixa tensão, o que pode permitir energizar componentes essenciais da embarcação, tal como uma bomba de lastro ou uma bomba de incêndio. Com isso, segurança adicional é fornecida. O painel de distribuição de emergência de baixa tensão pode ser conectado ao primeiro barramento de CA sob condições normais, para energizar os consumidores essenciais por meio do suprimento normal de energia.

[0031] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o arranjo compreende ainda um painel de distribuição de emergência de tensão muito baixa conectado ao painel de distribuição de emergência de baixa tensão através de um transformador, em que um ou mais consumidores são conectáveis ao painel de distribuição de emergência de baixa tensão

[0032] O painel de distribuição de emergência de muito baixa ten são pode ser utilizado para energizar outros componentes potencial-mente essenciais da embarcação para manter a embarcação operável.

[0033] Além disso, o arranjo pode compreender um controlador que é adaptado, em particular utilizando controle de queda de fre-quência, para controlar disjuntores (ou interruptores, em particular o sistema de conexão de baixa tensão), inversores e/ou geradores (tal como geradores a diesel ou geradores a gás) em particular para controlar a velocidade do gerador, na dependência de requisitos de energia dos consumidores e na dependência de uma condição de falha.

[0034] Em particular, pode ser fornecido um controlador central que recebe sinais de medição em relação a várias medições elétricas em várias localizações dentro do primeiro sistema e/ou do segundo sistema. O controlador pode, em particular, gerar sinais de modulação em largura de pulso para o inversor, ou pode fornecer sinais de referência, tal como referência de tensão, referência de corrente ou referência de fator de potência para os inversores. Com isso, uma operação segura e confiável pode ser habilitada.

[0035] Além disso, vários consumidores de baixa tensão de CA podem ser conectáveis (através de interruptores ou disjuntores) ao primeiro barramento de CA ou ao segundo barramento de CA.

[0036] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a primeira tensão média é diferente da segunda tensão média, em que, em particular, a primeira tensão média e a segunda tensão média estão entre 1 kV e 10 kV, em que, ainda em particular, a baixa tensão está entre 500 V e 1 kV, em que, ainda mais em particular, a tensão muito baixa está entre 300 V e 200 V. Outras tensões são possíveis.

[0037] Deveria ser entendido que aspectos que são individualmente ou em qualquer combinação, divulgados, descritos, mencionados ou fornecidos para um arranjo para distribuição de energia em uma embarcação também podem ser, individualmente ou em qualquer combinação, utilizados ou fornecidos para um método para distribuição de energia de acordo com uma modalidade da presente invenção, e vice-versa.

[0038] De acordo com uma modalidade da presente invenção, é fornecido um método para distribuição de energia em uma embarca-ção, que compreende operar um primeiro barramento de CC a uma primeira tensão média, operar pelo menos um segundo barramento de CC sem conexão direta com o primeiro barramento de CC em uma segunda tensão média, operar um primeiro barramento de CA em uma baixa tensão; permitir fluxo de energia a partir do primeiro barramento de CC para o primeiro barramento de CA em um primeiro modo de operação utilizando um primeiro inversor acoplado entre o primeiro barramento de CC e o primeiro barramento de CA, operar um segundo barramento de CA na baixa tensão, permitindo fluxo de energia a partir do segundo barramento de CC para o segundo barramento de CA no primeiro modo de operação utilizando um segundo inversor acoplado entre o segundo barramento de CC e o segundo barramento de CA; conectar ou desconectar seletivamente o primeiro barramento de CA e o segundo barramento de CA utilizando um sistema de conexão de baixa tensão; em que, em um segundo modo de operação, o primeiro barramento de CA e o segundo barramento de CA são conectados através do sistema de conexão de baixa tensão e controlam o primeiro inversor e o segundo inversor, para alimentar a partir do segundo bar- ramento de CC através do segundo inversor para o segundo barra- mento de CA, a partir do segundo barramento de CA para o primeiro barramento de CA e a partir do primeiro barramento de CA através do primeiro inversor para o primeiro barramento de CC, ou vice-versa.

[0039] De acordo com uma modalidade da presente invenção, em uma usina de energia marinha, é fornecido um sistema de múltiplo acionamento de média tensão (> 1 kV) que pode ter uma rede de distribuição de baixa tensão (<1 kV). A usina pode ser segregada em duas ou mais seções que podem utilizar o sistema de distribuição de baixa tensão como um fluxo livre de energia entre o sistema de múltiplo acionamento de média tensão. O controle do fluxo de energia pode ser feito utilizando o controle de queda de frequência, para assegurar a integridade do sistema. Além disso, o fluxo de energia pode ser a partir da entrada e saída do múltiplo acionamento de média tensão de uma bateria de baixa tensão através de uma frente frontal ativa de baixa tensão.

[0040] Modalidades da presente invenção podem ter as vantagens de serem compactas, de baixo custo, alta redundância. Além disso, o reforço da bateria pode manter a embarcação em posição após apa- gão, adicionando com isso uma segurança a mais à operação.

[0041] Além disso, fluxo contínuo de energia entre sistemas pode ser fornecido, fornecendo flexibilidade de configuração. Além disso, os geradores podem consumir combustível inferior. Além disso, partida suave do sistema de distribuição pode ser habilitada. Além disso, uma frequência estável na grade pode ser alcançada. Os geradores podem requerer menos manutenção e pode haver uma descarga mais limpa com menos fumaças, devido à condição de carga mais estável (a bateria pode trabalhar como um aplainador de carga).

[0042] Modalidades da presente invenção serão agora descritas com referência aos desenhos anexos. A invenção não está restrita às modalidades descritas ou ilustradas.

[0043] A figura 1 ilustra um diagrama de circuito esquemático de um arranjo para distribuição de energia em uma embarcação, de acordo com uma modalidade da presente invenção, que está adaptado para executar um método para distribuição de energia de acordo com uma modalidade da presente invenção. O diagrama de circuito esquemático do arranjo 1, para distribuição de energia em uma embarcação, ilustra um primeiro sistema 3 e um segundo sistema 5 que compartilham uma série de aspectos. O primeiro sistema 3 compreende um primeiro barramento de CC 7 que opera a uma primeira tensão média, no exemplo ilustrado 6,0 kV CC. De modo similar, o segundo sistema 5 compreende um segundo barramento de CC 9 que opera a uma segunda tensão média, por exemplo, entre 5 KV e 10 kV CC. Como está indicado na figura, o primeiro barramento de CC 7 e o segundo barramento de CC 9 são separados por uma barreira 11, eles são independentes um do outro e/ou estão espaçados separados um do outro. Assim, não existe conexão direta entre o primeiro barramento de CC 7 e o segundo barramento de CC 9.

[0044] O primeiro sistema 3 compreende ainda um primeiro bar- ramento de CA 13 que opera em uma baixa tensão, no exemplo ilustrado 690 V, 60 Hz CA. Um primeiro inversor 15 é acoplado entre o primeiro barramento de CC 7 e o primeiro barramento de CA 13. O segundo sistema 5 compreende um segundo barramento de CA 17 que opera na baixa tensão, isto é, 690 V, 60 Hz CA. Um segundo inversor 19 é acoplado entre o segundo barramento de CC 9 e o segundo bar- ramento de CA 17. Além disso, o arranjo 1 compreende um sistema de conexão de baixa tensão 21 que compreende interruptores 23 e 25 para conectar ou desconectar seletivamente o primeiro barramento de CA 13 e o segundo barramento de CA 17.

[0045] Um número de primeiros geradores 27 é acoplado, através de respectivos inversores de gerador 29, ao primeiro barramento de CC 7, para fornecer energia elétrica para o primeiro barramento de CC 7. Para conectar ou desconectar os geradores 27 são fornecidos interruptores 31 entre o respectivo gerador e o primeiro barramento de CC. O segundo sistema 5 compreende, em uma maneira e conexão similares, segundos geradores 33 que, através dos segundos inversores de gerador 35, estão conectados através de interruptores 37 ao segundo barramento de CC 9. Mais ou menos geradores 27 ou geradores 33 podem ser conectados ao primeiro barramento de CC 7 e segundo barramento de CC 9, respectivamente.

[0046] O primeiro barramento de CC 7 é conectado através de in versores de consumidor 39 a consumidores de CA 41, no exemplo ilustrado propulsores. Mais ou menos consumidores de CA 41 podem estar conectados ao primeiro barramento de CC 7. De maneira similar, o segundo barramento de CC 7 está conectado, através de inversores de consumidor 43, a segundos consumidores de CA 45.

[0047] O primeiro barramento de CC 7 fornece através do primeiro inversor 15 e de um primeiro transformador 47 energia elétrica para o primeiro barramento de CA 13. Com isso, o inversor 15 converte o fluxo de energia de CC para um fluxo de energia de CA, e o transformador 47 transforma a primeira tensão média de 6,0 kV CC para a baixa tensão de 600 V, 60 Hz CA. Vários consumidores 49 estão conectados, através de interruptores 44, ao primeiro barramento de CA 13, e vários consumidores 51 são conectáveis através de interruptores 53 ao segundo barramento de CA 17.

[0048] Um primeiro barramento de CA secundário 55 é conectado através de um primeiro transformador secundário 57 ao primeiro bar- ramento de CA 13. Um segundo barramento de CA secundário 59 é conectado através de um segundo transformador secundário 61 ao segundo barramento de CA 17. Um primeiro painel de distribuição UPS 63 é através de um interruptor 65 conectado a um suprimento de energia não interrompível 67 que é, através de um outro interruptor 69, conectável ao primeiro barramento de CA 13. Um segundo painel de distribuição UPS 71 é, através de um interruptor 73, conectável a um segundo suprimento de energia não interrompível 75, conectável através de um interruptor 77 ao segundo barramento de CA 17.

[0049] Um painel de distribuição de emergência de baixa tensão 79 é, através de um interruptor 81, conectável ao primeiro barramento de CA 13. Um gerador de emergência 83 é conectável, através de um interruptor 85, ao painel de distribuição de baixa tensão 79. Um ou mais consumidores 87, no exemplo ilustrado uma bomba de lastro e uma bomba de incêndio, são conectáveis através de interruptores 88, ao painel de distribuição de emergência de baixa tensão 79. Um painel de distribuição de muito baixa tensão 89 é, através de um transformador 91, conectável ao painel de distribuição de emergência de baixa tensão 79. Outros consumidores 91 são conectáveis, através de interruptores 93, ao painel de distribuição de emergência de muito baixa tensão 89.

[0050] Uma primeira bateria 104 é, através de um conversor de bateria 101, conectada ao primeiro barramento de CA 13. Uma segunda bateria 105 é, através de um segundo inversor de bateria 103, co- nectável ao segundo barramento de CA 17.

[0051] Um controlador 95 recebe sinais de medição 97, por exem plo, sinais de medição dos geradores 27, 33, sinais de medição dos propulsores ou consumidores 41, 45, sinais operacionais dos consu- midores 49, 51, 87, 91 e também sinais de medição relativos à tensão, corrente, potência ativa, potência reativa no primeiro barramento de CC 7, no segundo barramento de CC 9, no primeiro barramento de CA 13 e/ou no segundo barramento de CA 17 ou qualquer condutor conectado a ele. Em particular, o controlador 95 recebe informações relativas a falhas potenciais em um dos sistemas 3 ou 5. Dependendo dos sinais de medição 97 e da situação de falha, o controlador 95 gera sinais de controle 99 que são fornecidos para os conversores 15, 19, 39, 43, 101, 103, 29, 35 e potencialmente outros componentes do arranjo 1. Além disso, sinais de controle são enviados para os vários interruptores, tais como interruptores 31, 37, 23, 25, 81, 88, 93, 65, 69, 73, 53, etc. para atuar comutação.

[0052] O arranjo 1 é operável em vários modos operacionais. Em um primeiro modo operacional, também referido como modo de operação normal, é fornecida energia elétrica através do cabo 48 a partir do primeiro barramento de CC 7 através do primeiro inversor 15 e do primeiro transformador 47 para o primeiro barramento de CA 13. A partir daí, os consumidores 49 são fornecidos com energia elétrica e também os consumidores 87 são fornecidos com energia elétrica quando os interruptores 107, 81 estão fechados.

[0053] Em um segundo modo operacional, em particular quando ocorre uma falha no primeiro sistema 3, os interruptores 23 e 25 do sistema de conexão de baixa tensão 21 são fechados, de modo que energia elétrica é fornecida ao primeiro barramento de CC 7, delineado como um trajeto de energia 109, através do cabo 50 que conecta o segundo barramento de CC 9 com o segundo barramento de CA 17 através do segundo inversor 19 e do segundo transformador 46 para o segundo barramento de CA 17, através do sistema de conexão de baixa tensão 21 para o primeiro barramento de CA 13 e a partir daí, através do cabo 48, do primeiro transformador 47 e do primeiro inversor 15 para o primeiro barramento de CA 7. A partir daí, a energia recebida pode ser distribuída para os consumidores de CA 41 através de seus respectivos inversores de consumidor 39.

[0054] Em um terceiro modo de operação, a segunda bateria 105 (e isto pode se aplicar do mesmo modo ao primeiro sistema 3) fornece, através de um trajeto de fluxo de energia 111, energia elétrica através do segundo barramento de CA 17, seja diretamente para o segundo barramento de CC 9 ou através do cabo 50, do segundo transformador 46 e do segundo inversor 19 para o segundo barramento de CC 9. Com isso, os consumidores 45 podem ser fornecidos de energia elétrica através de seus respectivos inversores de consumidor 43.

[0055] Em um quarto modo de operação, a primeira bateria 104 (ou, em uma maneira análoga, a segunda bateria 105) é conectada através do primeiro inversor de bateria 101, primeiro barramento de CA 13, primeiro transformador 47 e primeiro inversor 15, ao primeiro barramento de CC 7, para permitir fluxo de energia entre eles através de um trajeto de energia 113.

[0056] No segundo modo operacional (ver trajeto de energia 109), pode ocorrer fluxo de energia entre o inversor de média tensão 15 e 19. No terceiro modo operacional (ver trajeto de energia 111), fluxo de energia entre os inversores de média tensão 19 e a bateria de baixa tensão 105 pode ocorrer através dos inversores de bateria 103. No quarto modo operacional (ver trajeto de energia 113), fluxo de energia entre as baterias de baixa tensão 104 e os consumidores 39, 41 pode ocorrer, por exemplo, depois de um apagão.

Claims

1. Arranjo (1) para distribuição de energia em uma embar-cação, compreendendo, um primeiro barramento de CC (7) que opera a uma primeira tensão média; pelo menos um segundo barramento de CC (9) que opera a uma segunda tensão média e que apresenta é isento de conexão direta com o primeiro barramento de CC (7); um primeiro barramento de CA (13) que opera a uma baixa tensão; um primeiro inversor (15) acoplado entre o primeiro barra- mento de CC (7) e o primeiro barramento de CA (13) para permitir fluxo de energia a partir do primeiro barramento de CC (7) para o primeiro barramento de CA (13) em um primeiro modo de operação; um segundo barramento de CA (17) que opera na baixa tensão; um segundo inversor (19) acoplado entre o segundo barra- mento de CC (9) e o segundo barramento de CA (17) para permitir fluxo de energia a partir do segundo barramento de CC para o segundo barramento de CA no primeiro modo de operação; um sistema de conexão de baixa tensão (21) para conectar ou desconectar seletivamente o primeiro barramento de CA e o segundo barramento de CA; caracterizado pelo fato de que o arranjo é adaptado, em um segundo modo de operação para conectar o primeiro barramento de CA (13) e o segundo barramento de CA (17) através do sistema de conexão de baixa tensão (21) e para controlar o primeiro inversor (15) e o segundo inversor (19), para alimentar a partir do segundo barra- mento de CC (9) através do segundo inversor (19) para o segundo barramento de CA (17), do segundo barramento de CA para o primeiro barramento de CA (13) e a partir do primeiro barramento de CA atra-vés do primeiro inversor (15) para o primeiro barramento de CC (7), ou vice-versa.

2. Arranjo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo modo de operação é adotado quando ocorre uma falha de energia no primeiro barramento de CC (7).

3. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por compreender ainda: um primeiro transformador (47) acoplado entre o primeiro inversor (15) e o primeiro barramento de CA (13) para transformar a primeira tensão média para a baixa tensão; um segundo transformador (46) acoplado entre o segundo inversor (19) e o segundo barramento de CA (17) para transformar a segunda tensão média para a baixa tensão.

4. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: pelo menos um primeiro (41) e/ou um segundo consumidor de CA (45), em particular um propulsor; um primeiro (39) e/ou segundo inversor de consumidor (43) acoplado ao primeiro respectivamente segundo consumidor de CA e conectável ao primeiro (7) respectivamente segundo barramento de CC (9) para fornecer energia para o primeiro respectivamente segundo consumidor de CA.

5. Arranjo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma primeira (104) e/ou segunda bateria (105); um primeiro (101) e/ou inversor de bateria (103) acoplado à primeira respectivamente segunda bateria e conectável ao primeiro (13), respectivamente, segundo barramento de CA (17), sendo que, em um terceiro modo de operação, a primeira (194), respectivamente segunda bateria (105) é conectada ao primeiro (41) respectivamente segundo inversor de consumidor (45) diretamente através ou não através do primeiro (15) respectivamente segundo inversor (19), para alimentar a partir da primeira respectivamente segunda bateria para o primeiro respectivamente segundo consumidor de CA.

6. Arranjo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que em um quarto modo de operação, a primeira e/ou segunda bateria (104, 105) é conectada através do primeiro respectivamente segundo inversor de bateria (101, 103), o primeiro respectivamente segundo barramento de CA (13, 17), o primeiro respectivamente segundo transformador (47, 46) e o primeiro respectivamente segundo inversor (15, 19) ao primeiro respectivamente segundo barra- mento de CC (7, 9), para permitir fluxo de energia entre eles.

7. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um primeiro (55) e/ou segundo barramento de CA secundário (59) que opera em uma tensão muito baixa; um primeiro (57) e/ou segundo transformador secundário (61) conectável entre o primeiro respectivamente segundo barramento de CA e o primeiro respectivamente segundo barramento de CA secundário.

8. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um primeiro (63) e/ou segundo painel de distribuição UPS (71) e um primeiro (67) e/ou segundo suprimento de energia não interrompível (75) conectável entre o primeiro (13) respectivamente segundo barramento de CA (17) e o primeiro (63) respectivamente segundo painel de distribuição UPS (71).

9. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um painel de distribuição de emergência de baixa tensão (79) conectável ao primeiro barramento de CA (13); um gerador de emergência (83) conectável com o painel de distribuição de emergência; sendo que um ou mais consumidores (87), em particular incluindo bombas, são conectáveis ao painel de distribuição de emergência de baixa tensão.

10. Arranjo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um painel de distribuição de emergência de muito baixa tensão (89) conectado ao painel de distribuição de emergência de baixa tensão (79) através de um transformador (91); sendo que um ou mais consumidores (91) são conectáveis ao um painel de distribuição de emergência de muito baixa tensão.

11. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 1 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um controlador (95) adaptado, em particular utilizando con-trole de queda de frequência, para controlar disjuntores, inversores e/ou geradores, em particular velocidade do gerador, na dependência dos requisitos de potência dos consumidores e do estado de falha.

12. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 1 a 11, caracterizado pelo fato de que vários consumidores de baixa tensão de CA (41, 45) são conectáveis ao primeiro barramento de CA (13) ou ao segundo barramento de CA (17).

13. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 7 ou 10, caracterizado pelo fato de que a primeira tensão média é diferente da segunda tensão média, onde, em particular, a primeira tensão média e a segunda tensão média são entre 1 kV e 10 kV, em que, além disso, em particular a baixa tensão está entre 500 V e 1 kV, sendo que ainda mais em particular a tensão muito baixa está entre 300 V e 200 V.

14. Método para distribuição de energia em uma embarca-ção, compreendendo as etapas de, operar um primeiro barramento de CC (7) a uma primeira tensão média; operar pelo menos um segundo barramento de CC (9) que é isento de conexão direta com o primeiro barramento de CC a uma segunda tensão média; operar um primeiro barramento de CA (13) em uma baixa tensão; permitir fluxo de energia a partir do primeiro barramento de CC para o primeiro barramento de CA em um primeiro modo de ope-ração utilizando um primeiro inversor (15) acoplado entre o primeiro barramento de CC (7) e o primeiro barramento de CA (13); operar um segundo barramento de CA (17) na baixa ten-são, permitir fluxo de energia a partir do segundo barramento de CC (9) para o segundo barramento de CA (17) no primeiro modo de operação utilizando um segundo inversor (19) acoplado entre o segundo barramento de CC (9) e o segundo barramento de CA (17), conectar ou desconectar seletivamente o primeiro barra- mento de CA e o segundo barramento de CA utilizando um sistema de conexão de baixa tensão; caracterizado pelo fato de que em um segundo modo de operação, o primeiro barramento de CA (13) e o segundo barramento de CA (17) são conectados através do sistema de conexão de baixa tensão (21) e controlam o primeiro inversor (15) e o segundo inversor (19), para alimentar a partir do segundo barramento de CC (9) através do segundo inversor (19) para o segundo barramento de CA (17), a partir do segundo barramento de CA para o primeiro barramento de CA (13) e a partir do primeiro barramento de CA através do primeiro inversor (15) para o primeiro barramento de CC (7), ou vice-versa.