CN104037927B - 混合电源供电的船舶电力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型混合电源供电的船舶电力系统，包括：配电板、电源、电池支路、充电装置、充电开关，与配电板连接的斩控式可逆变流器、至少一支驱动电路；当电源供电时，充电开关闭合，放电开关断开；当蓄电池供电时，充电开关断开，放电开关闭合。其优点在于可以将蓄电池电源接入船舶的电力系统中，不仅省去了停泊发电机，省去了单独的变频电源逆变支路，而且增加了蓄电池储能，除空间和重量外，还可降低投资成本，节省能源，增加人居的舒适性。

Description

混合电源供电的船舶电力系统
技术领域
本发明涉及一种混合电源供电的船舶电力系统。
背景技术
图1目前主流的电力推进船舶电源系统示意图。
如图1所示，全船的电力系统由电源、配电板10、推进系统、其它船用负载11、日用负载13组成。其中电源由岸电3、主发电机组1和停泊发电机2构成；推进系统由移相变压器4、推进变频器、推进电机7、推进器8组成。二极管整流器5和逆变器6构成推进变频器。
电源向全船配电系统10供电，配电板10根据船舶的工况统一调配全船电力。
航行工况:岸电开关19和停泊发电机开关18断开，主发电机开关17闭合。发电机1给配电系统10供电。整流装置4和5将配电板10交流电整为直流，逆变器6再将直流变为交流电供推进电机来拖动推进器，制动单元9将电机减速时多余动能消耗掉。
停泊工况：主发电机1和推进系统不开，不易接入岸电3时，停泊发电机2给船上停泊负载供电。
航行时发电机1给配电系统10供电，整流装置4和5整流后逆变器6再将直流变为交流电推进电机来拖动推进器或桨。制动单元9将电机减速时多余动能消耗掉。
主发电机1和推进系统不开，不易接入岸电3时，停泊发电机2给船上停泊负载供电。
现代主流综合电力推进船电力系统方案中发电机多余的能量无法储存，停泊时要开停泊发电机2，形成能源浪费，废气污染；另外噪音影响船员和内河两岸居民的休息。
图2目前主流的电力推进船舶引入蓄电池电源的电力系统示意图。如图2所示，在现有基础上增加电池支路和变频电源支路，同时取消停泊发电机2，来改变船舶的电源结构。其中，电池支路70由蓄电池16、充放电管理装置15构成；变频电源支路由逆变器33、滤波器34和放电开关20组成。
航行工况：岸电开关19和放电开关20断开，发电机开关17闭合，由发电机1给配电板10供电。开关21闭合，整流单元4和5将配电板10交流整成直流，直流环节23多余能量通过充放电装置15给蓄电池16充电储能。发电机1不开时：开关19和17断开。蓄电池16通过充放电装置15向直流环节23供电。变频电源支路80将直流电逆变成交流电供给配电板10，供负载11和12使用。推进支路6、7、8也可从直流环节23取电用于短距离航行。
虽然引入蓄电池组后可将航行时多余能量储存后在停泊时使用。但是需额外增加变频电源支路，会增加设备体积和成本，变频电源支路控制系统也需单独配置，蓄电池组充放电装置功能复杂。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种混合电源供电的船舶电力系统，以克服上述现有技术的存在缺陷。
本发明提供一种混合电源供电的船舶电力系统，包括：配电板；向配电板供电的电源，包括岸电和主发电机组；电池支路，包括串联的蓄电池组、充电装置和充电开关，电池支路通过充电开关与配电板连接；与配电板连接的可控式可逆变流器；至少一支逆变器和电机串联的驱动电路，与可控式可逆变流器串联；放电开关的一端与蓄电池组和充电装置之间连接，另一端与可控式可逆变流器25和驱动电路之间连接；当电源供电时，充电开关闭合，放电开关断开；当蓄电池组供电时，充电开关断开，放电开关闭合；主发电机组通过第一开关与配电板连接；当第一开关闭合，放电开关断开时，主发电机组向配电板供电，可控式可逆变流器工作在整流状态，将配电板的三相交流电源整流成直流电，驱动电路获得直流电能推动船舶航行；当充电开关闭合时，通过充电装置给蓄电池组充电。
进一步，本发明提供一种混合电源供电的船舶电力系统，还可以具有这样的特征：岸电通过第二开关与配电板连接；当主发电机组和岸电不供电时，第一开关、第二开关、充电开关断开，放电开关闭合，蓄电池组向驱动电路供电，可控式可逆变流器工作在逆变状态，将蓄电池组的直流电源变为三相交流电源向配电板供电。
进一步，本发明提供一种混合电源供电的船舶电力系统，还可以具有这样的特征：可控式可逆变流器与配电板之间还串联滤波器。
进一步，本发明提供一种混合电源供电的船舶电力系统，还可以具有这样的特征：滤波器通过第三开关与配电板连接。
进一步，本发明提供一种混合电源供电的船舶电力系统，还可以具有这样的特征：驱动电路为推进驱动电路，还包括与电机串联的齿轮箱和推进器。
进一步，本发明提供一种混合电源供电的船舶电力系统，还可以具有这样的特征：推进驱动电路还包括制动单元。
进一步，本发明提供一种混合电源供电的船舶电力系统，还可以具有这样的特征：还包括与配电板连接的其他船用负载。
进一步，本发明提供一种混合电源供电的船舶电力系统，还可以具有这样的特征：还包括与配电板连接的控制及日用变压支路。
进一步，本发明提供一种混合电源供电的船舶电力系统，还可以具有这样的特征：充电开关和放电开关互锁。
发明的有益效果
根据本发明提供一种混合电源供电的船舶电力系统，因为系统由不包括停泊电机组的电源、配电板，蓄电池组和充电支路组成的电池支路，可控式可逆变流器、电力推进装置，其它负载组成。蓄电池组的充电开关和蓄电池组放电开关互锁，任意时刻只有一个闭合。蓄电池组可通过闭合放电开关给直流环节供电。在不开发电机的情况下推进装置可从直流环节取电用于短距离移船。
根据本发明提供一种混合电源供电的船舶电力系统，还可以在不开发电机的情况下对船舶上重要负载提供备用电源，解决了船舶的电源系统中无停泊发电机的情况下，停泊时的负载用电要求。
系统中的电源多余的电能给蓄电池组充电、储能、节能环保。而且解决了主发电机不工作或者故障的情况下，正常提供船舶上的日用电能、船舶重要设备以及短途推进电能。
根据本发明提供一种混合电源供电的船舶电力系统，对采用蓄电池组和发电机蓄电池组和发电机混合电力供电的船舶电源系统的拓扑结构进行改进，使其变得更加简单。变频器采用可实现能量的双向流动的变流器，变频器与配电系统相连，蓄电池组与变频器直流环节相连。这样就可以将蓄电池组电源接入船舶的电力系统中。不仅省去了停泊发电机，省去了单独的变频电源逆变支路，而且增加了蓄电池组储能，除空间和重量外，本系统还可降低投资成本，节省能源，增加人居的舒适性。
附图说明
图1目前主流的电力推进船舶电源系统示意图。
图2目前主流的电力推进船舶引入蓄电池电源的电力系统示意图。
图3为实施例一的混合电源供电的船舶电力系统的结构图。
图4为实施例一的混合电源供电的船舶电力系统的电源供电状态图。
图5为实施例一的混合电源供电的船舶电力系统的蓄电池供电状态图。
图6为变形例的混合电源供电的船舶电力系统的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例一
图3为实施例一的混合电源供电的船舶电力系统的电路图。
如图3所示，混合电源供电的船舶电力系统包括：电源50、第一开关17、配电板10、第二开关19、电池支路70、第三开关21、滤波器29、可控式可逆变流器25、驱动电路60-1、放电开关28、负载11和控制及日用变压支路。
配电板10控制与监视主发电机的工作，并将船电送来的电能或岸电送来的电能，通过主配电板向全船用电设备进行配电。
电源50向配电板10供电，包括岸电3和主发电机组1。主发电机组1通过第一开关17与配电板10连接。岸电3通过第二开关19与配电板10连接。
电池支路70包括串联的蓄电池组16、充电装置26和充电开关27。电池支路70通过充电开关27与配电板10连接。
第三开关21、滤波器29、可控式可逆变流器(AFE变流器)25和推进驱动电路60-1串联连接，通过第三开关21与配电板10连接。
放电开关28的一端与蓄电池组16和充电装置26之间连接，另一端与可控式可逆变流器25和驱动电路60之间连接。
推进驱动电路60-1包括：串联的推进逆变器6-1、推进电机7-1、齿轮箱8-1、推进器8-2。推进驱动电路60-1还包括制动单元支路9。
其他船用负载11与配电板10连接。控制及日用变压支路也与配电板连接，包括变压器12和日用负载13。
充电开关27和放电开关28互锁。当电源50供电时，充电开关27闭合，放电开关28断开；当蓄电池组16供电时，充电开关27断开，放电开关28闭合。
电源由岸电3、主发电机组1、蓄电池组16构成。推进装置由推进逆变器6-1、推进电机7-1、齿轮箱8-1、制动单元9组成。充电开关27、充电装置26、蓄电池组16组成充电回路。当电源不提供电能时，蓄电池组16、可控式可逆变流器25、滤波器29组成反向供电回路，向配电板10供电。可控式可逆变流器25采用控制单元和全控型器件IGBT组成，能够实现能量的双向流动。
图4为实施例一的混合电源供电的船舶电力系统的电源供电状态图。
如图4所示，虚线箭头表示电流方向。在航行时，第一开关17闭合，主发电机组1向配电板10供电，可控式可逆变流器25工作在整流状态，将配电板10的三相交流电源整流成直流电，供给直流环节。推进驱动电路获得直流电能推动船舶航行。此时放电开关28是断开的，是不能由直流环节给蓄电池组16充电的。航行时发电机多余的电能通过闭合的充电开关27和充电装置26给蓄电池组16充电。岸电3供电时，工作原理相同。
图5为实施例一的混合电源供电的船舶电力系统的蓄电池供电状态图。
如图5所示，虚线箭头表示电流方向。主发电机组1和岸电不开时，第一开关17、第二开关19、充电开关27断开，第三开关21、放电开关28闭合。蓄电池组16向直流环节供电，可控式可逆变流器25工作在逆变状态。将蓄电池组16的直流电源变为三相交流电源经滤波器29滤波后供给船上其他船用负载11和控制及日用变压支路。推进驱动电路也可从直流环节取电用于短距离航行。
变形例
图6为变形例的混合电源供电的船舶电力系统的电路图。
如图6所示，上述实施例中的驱动电路可以设置多个支路与可控式可逆变流器25串联。本变形例中，设置了两支驱动电路60-2，当然可以根据实际需要添加更多的数量。
蓄电池组16的电能同样可以应用于其他船用工作电机。在航行时，主发电机组1向配电板10供电工作原理与上述实施例相同，不再叙述。每个驱动电路60-2包括逆变器6-2和电机7-2。驱动电路60-2从直流环节取电用于电源50故障的应急状况，对船上重要负载提供备用电源。此时充电开关28是断开的，是不能由直流环节给蓄电池组16充电的。

Claims (9)

1.一种混合电源供电的船舶电力系统，其特征在于包括：
配电板(10)；
向所述配电板(10)供电的电源(50)，包括岸电(3)和主发电机组(1)；
电池支路(70)，包括串联的蓄电池组(16)、充电装置(26)和充电开关(27)，电池支路(70)通过充电开关(27)与所述配电板(10)连接；
与所述配电板(10)连接的可控式可逆变流器(25)；
至少一支逆变器(6-1、6-2)和电机(7-1、7-2)串联的驱动电路(60)，与所述可控式可逆变流器(25)串联；
放电开关(28)的一端与所述蓄电池组(16)和所述充电装置(26)之间连接，另一端与所述可控式可逆变流器(25)和所述驱动电路(60)之间连接；
当所述电源(50)供电时，所述充电开关(27)闭合，所述放电开关(28)断开；当所述蓄电池组(16)供电时，所述充电开关(27)断开，所述放电开关(28)闭合；
所述主发电机组(1)通过第一开关(17)与所述配电板(10)连接；
当所述第一开关(17)闭合，所述放电开关(28)断开时，所述主发电机组(1)向所述配电板(10)供电，所述可控式可逆变流器(25)工作在整流状态，将配电板(10)的三相交流电源整流成直流电，所述驱动电路(60)获得直流电能推动船舶航行；
当所述充电开关(27)闭合时，通过所述充电装置(26)给所述蓄电池组(16)充电。
2.根据权利要求1所述的混合电源供电的船舶电力系统，其特征在于：
其中，所述岸电(3)通过第二开关(19)与所述配电板(10)连接；
当所述主发电机组(1)和所述岸电(3)不供电时，所述第一开关(17)、所述第二开关(19)、所述充电开关(27)断开，所述放电开关(28)闭合，所述蓄电池组(16)向所述驱动电路供电，所述可控式可逆变流器(25)工作在逆变状态，将所述蓄电池组(16)的直流电源变为三相交流电源向所述配电板(10)供电。
3.根据权利要求1所述的混合电源供电的船舶电力系统，其特征在于：
其中，所述可控式可逆变流器(25)与所述配电板(10)之间还串联滤波器(29)。
4.根据权利要求3所述的混合电源供电的船舶电力系统，其特征在于：
其中，所述滤波器(29)通过第三开关(21)与所述配电板(10)连接。
5.根据权利要求1所述的混合电源供电的船舶电力系统，其特征在于：
其中，所述驱动电路(60)为推进驱动电路(60-1)，还包括与所述电机(7-1)串联的齿轮箱(8-1)和推进器(8-2)。
6.根据权利要求5所述的混合电源供电的船舶电力系统，其特征在于：
其中，所述推进驱动电路(60-1)还包括制动单元(9)。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的混合电源供电的船舶电力系统，其特征在于：
还包括与所述配电板(10)连接的其他船用负载(11)。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的混合电源供电的船舶电力系统，其特征在于：
还包括与所述配电板(10)连接的控制及日用变压支路。
9.根据权利要求1至6中任意一项所述的混合电源供电的船舶电力系统，其特征在于：
其中，所述充电开关(27)和所述放电开关(28)互锁。
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