CN105977984A - 变频主电源船舶电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频主电源船舶电站，包括原动机ME、发电机G、整流器、直流母排DC、交流母排AC、逆变器、变频器，所述原动机ME、发电机G、整流器为多组，所述原动机ME与发电机G相连接，带动发电机G转动，所述发电机G输出电能至整流器，所述整流器与直流母排DC相连，将直流电输送至直流母排DC，所述逆变器连接于直流母排DC和交流母排AC之间，将直流母排DC的直流电逆变成额定频率的交流电，向船舶电站的交流母排AC供电,所述变频器与直流母排DC相连，直流电经变频后由变频器来控制变频用电设备。本发明解决了船舶在不同工况下用电负载变化较大时，原动机转速恒定不能随负载变化而调节造成能源浪费的问题。

Description

变频主电源船舶电站

技术领域

本发明涉及一种船舶电站，尤其涉及一种变频主电源船舶电站，属于船舶电站技术领域。

背景技术

船舶建造规范要求“每一艘船均须配备一主电源”，“该主电源应至少由两台相互独立的发电机组所组成。所述的发电机组的容量必须使任一发电机组发生故障或停止运行时，其余发电机组的容量仍足以供电给在海上航行时所需的所有设备”。由于低压发电机的容量一般不超过2.5MW，所以各类入级船舶主电源功率超过5MW时，只有配置多台相互独立的发电机组。即使主电源功率在5MW以下时，如果主电源由轴带发电机提供，也必须再配置备用主电源发电机组。因此，各类入级船舶的主电站都有多台发电机组成，而且在用电负载较大时，需要将多台发电机并列运行。

在多台发电机并列运行时，对有功负载分摊的理想状况是各台原动机的调速器自动根据有功负载的变化来调节转速，维持发电机频率始终趋向于额定频率，确保每台发电机的有功负载与总有功负载成比例分摊；对无功负载分摊的理想状况是各台发电机的电压调节器(AVR)根据负载的变化自动调节励磁电流，维持发电机电压始终趋向于额定电压，确保每台发电机的无功负载与总无功负载成比例分摊。对于功率经常处于非常大的范围变化的负载，船舶电网有可能发生持续波动，较难以在规定的时间内将各主电源的频率、电压都稳定在允许范围之内，一旦发电机组的瞬态特性偏离船舶规范的要求，电站系统将失去稳定性，不仅会使电网瓦解，将有可能导致设备损毁。

在理论上轴功率与转速三次方成正比，例如将转速下降到额定转速的80％，则轴功率将下降到额定功率的51％，功率下降后能源消耗将相应减少。船舶在不同工况下用电负载变化较大，如果驱动发电机的原动机转速能随负载的大小而改变，这将对节能减排有重要意义。发电机的频率与转速一次方成正比，当转速下降50％时，虽然轴功率将下降到额定功率的12.5％，但是发电机的频率则下降到额定频率的50％，使用电设备无法正常工作。为了避免上述情况的发生，确保船舶电站稳定运行和节能减排，对船舶电站进行改进设计十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变频主电源船舶电站，各台发电机的原动机(ME)转速在额定转速的50％-105％之间运转，发电机(G)的输出频率为额定频率50％-105％之间的交流电经整流后送到主配电板上进行直流并网，再通过逆变器将直流电变换成额定频率的交流电，向主电站的交流母排供电；如果有需要变速运转的用电设备，可采用直流供电至变频器来控制用电设备。本发明解决船舶在不同工况下用电负载变化较大时，原动机转速恒定不能随负载变化而调节造成能源浪费的问题。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种变频主电源船舶电站，包括原动机ME、发电机G、整流器1、直流母排DC、交流母排AC、逆变器2、变频器3，所述原动机ME、发电机G、整流器1为多组，所述原动机ME与发电机G相连接，带动发电机G转动，所述发电机G输出电能至整流器1，所述整流器1与直流母排DC相连，将直流电输送至直流母排DC，所述逆变器2连接于直流母排DC和交流母排AC之间，将直流母排DC的直流电逆变成额定频率的交流电，向船舶电站的交流母排AC供电,所述变频器3与直流母排DC相连，直流电经变频后由变频器3来控制变频用电设备。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述变频主电源船舶电站的控制电路，控制电路包括负载功率取样电路4、电子调速器5、电子调压器6、电压取样电路7、整流滤波电路8、调整管9、比较放大器10、取样电路11、逆变器12、驱动回路13、运算回路14、滤波器15、电流电压检测回路16、频率检测回路17，所述负载功率取样电路4采集负载功率信号传送至电子调速器5，电子调速器5对原动机ME的转速实行与负载功率正反馈闭环控制，电子调速器5将控制信号输送至原动机ME；所述电压取样电路7采集电压信号并将电压信号传送至电子调压器6，所述电子调压器6进行电压负反馈稳压控制并将控制信号输送至发电机G；所述发电机G将交流电输送至整流滤波电路8，所述整流滤波电路8对交流电进行整流后输送至直流母排DC，所述取样电路11采集电压信号并将电压信号传送至比较放大器10并与基准电压进行比较，进行电压负反馈稳压控制，所述比较放大器10与调整管9连接将控制信号输送至调整管9，调整管9进行调压控制；所述逆变器12的输入端接直流母排DC，所述逆变器12的输出端接滤波器15，所述滤波器15输出逆变成额定频率的交流电，向船舶电站的交流母排AC供电,所述电流电压检测回路16、频率检测回路17对滤波器15输出的交流电的电压、电流、频率进行检测，检测的信号输送至运算回路14，所述运算回路14将控制信号输送至驱动回路13，所述驱动回路13驱动逆变器12输出稳定的交流电源。

前述变频主电源船舶电站的控制电路，其中整流滤波电路8采用三相半控桥式整流电路或带平衡电抗器的双反星形可控整流电路或晶闸管三相全控桥式整流电路。

前述变频主电源船舶电站的控制电路，其中逆变器12采用IGBT半桥电路或IGCT半桥电路或IEGT半桥电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于船舶在不同工况下用电负载变化较大，本发明对原动机ME的转速实行与负载功率正反馈闭环控制，原动机转速随负载的大小而改变，在船舶负载小时，柴油主机降低转速以节能减排，本发明各台发电机的原动机转速在额定转速的50％-105％之间运转，各发电机的输出的频率为额定频率50％-105％之间，为了保证各发电机输出的电能满足船舶用电要求，无论各台发电机输出电源的频率是多少，将各发电机的交流电各自经整流后送到直流母排进行直流并网，再通过逆变器将直流电变换成额定频率的交流电，向主电站的交流母排供电，解决了多台发电机在频率、相位、电压不一致时并列运行的技术问题，本发明以直流电形式将电能输送给变频用电负荷，取得了减少损耗和干扰的有益效果。本发明可适用于不同电压等级和不同额定频率等不同参数的发电机并网运行，包括适用于高压发电机和中频发电机。也可适用于采用不同能源类型的原动机驱动的发电机。本发明的变频主电源船舶电站在避免发生同步故障、提高电网调控能力、节能降损减排方面具有显著效果。

附图说明

图1是本发明的主电路电路图；

图2是本发明的控制电路电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明变频主电源船舶电站主电路包括原动机ME、发电机G、整流器1、直流母排DC、交流母排AC、逆变器2、变频器3，所述原动机ME、发电机G、整流器1为多组，所述原动机ME与发电机G相连接，带动发电机G转动，所述发电机G输出电能至整流器1，所述整流器1与直流母排DC相连，将直流电输送至直流母排DC，所述逆变器2连接于直流母排DC和交流母排AC之间，将直流母排DC的直流电逆变成额定频率的交流电，向船舶电站的交流母排AC供电,所述变频器3与直流母排DC相连，直流电经变频后由变频器3来控制变频用电设备。

如图2所示，本发明控制电路包括负载功率取样电路4、电子调速器5、电子调压器6、电压取样电路7、整流滤波电路8、调整管9、比较放大器10、取样电路11、逆变器12、驱动回路13、运算回路14、滤波器15、电流电压检测回路16、频率检测回路17，所述负载功率取样电路4采集负载功率信号传送至电子调速器5，电子调速器5对原动机ME的转速实行与负载功率正反馈闭环控制，电子调速器5将控制信号输送至原动机ME；所述电压取样电路7采集电压信号并将电压信号传送至电子调压器6，所述电子调压器6进行电压负反馈稳压控制并将控制信号输送至发电机G；所述发电机G将交流电输送至整流滤波电路8，所述整流滤波电路8对交流电进行整流后输送至直流母排DC，所述取样电路11采集电压信号并将电压信号传送至比较放大器10并与基准电压进行比较，进行电压负反馈稳压控制，所述比较放大器10与调整管9连接将控制信号输送至调整管9，调整管9进行调压控制；所述逆变器12的输入端接直流母排DC，所述逆变器12的输出端接滤波器15，所述滤波器15输出逆变成额定频率的交流电，向船舶电站的交流母排AC供电,所述电流电压检测回路16、频率检测回路17对滤波器15输出的交流电的电压、电流、频率进行检测，检测的信号输送至运算回路14，所述运算回路14将控制信号输送至驱动回路13，所述驱动回路13驱动逆变器12输出稳定的交流电源。

由于船舶在不同工况下用电负载变化较大，本发明对原动机ME的转速实行与负载功率正反馈闭环控制，原动机转速随负载的大小而改变，当负载增大时，原动机转速相应增加；当负载减少时，原动机转速相应降低，由此取得的节能减排效果。

本发明各台发电机的原动机转速在额定转速的50％-105％之间运转，各发电机的输出的频率为额定频率50％-105％之间，为了保证各发电机输出的电能满足船舶用电要求，无论各台发电机输出电源的频率是多少，将各发电机的交流电各自经整流后送到直流母排进行直流并网，再通过逆变器将直流电变换成额定频率的交流电，向主电站的交流母排供电，解决了多台发电机在频率、相位、电压不一致时并列运行的技术问题，

由于是直流并网，在发电机的电压调节器(AVR)自动调压的基础上，采用三相半控桥式整流电路，或采用带有平衡电抗器的双反星形可控整流电路或晶闸管三相全控桥式整流电路，并采用电压负反馈进行稳压与负载电流闭环控制实行电压负反馈自动稳压，可避免电网失步，有效地提高电站的稳定性。

由于是通过逆变器向电站交流母排供电，可采用IGBT半桥电路，高电压时可采用IGCT或IEGT半桥电路，控制方式为可逆脉宽调制(PWM)，或用智能化功率模块(IPM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术。只要将逆变器实行与负载闭环控制，即可输出稳定的交流电源。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种变频主电源船舶电站，其特征在于，包括原动机ME、发电机G、整流器(1)、直流母排DC、交流母排AC、逆变器(2)、变频器(3)，所述原动机ME、发电机G、整流器(1)为多组，所述原动机ME与发电机G相连接，带动发电机G转动，所述发电机G输出电能至整流器(1)，所述整流器(1)与直流母排DC相连，将直流电输送至直流母排DC，所述逆变器(2)连接于直流母排DC和交流母排AC之间，将直流母排DC的直流电逆变成额定频率的交流电，向船舶电站的交流母排AC供电,所述变频器(3)与直流母排DC相连，直流电经变频后由变频器(3)控制变频用电设备。

2.如权利要求1所述的变频主电源船舶电站，其特征在于，控制电路包括负载功率取样电路(4)、电子调速器(5)、电子调压器(6)、电压取样电路(7)、整流滤波电路(8)、调整管(9)、比较放大器(10)、取样电路(11)、逆变器(12)、驱动回路(13)、运算回路(14)、滤波器(15)、电流电压检测回路(16)、频率检测回路(17)，所述负载功率取样电路(4)采集负载功率信号传送至电子调速器(5)，电子调速器(5)对原动机ME的转速实行与负载功率正反馈闭环控制，电子调速器(5)将控制信号输送至原动机ME；所述电压取样电路(7)采集电压信号并将电压信号传送至电子调压器(6)，所述电子调压器(6)进行电压负反馈稳压控制并将控制信号输送至发电机G；所述发电机G将交流电输送至整流滤波电路(8)，所述整流滤波电路(8)对交流电进行整流后输送至直流母排DC，所述取样电路(11)采集电压信号并将电压信号传送至比较放大器(10)并与基准电压进行比较，进行电压负反馈稳压控制，所述比较放大器(10)与调整管(9)连接将控制信号输送至调整管(9)，调整管(9)进行调压控制；所述逆变器(12)的输入端接直流母排DC，所述逆变器(12)的输出端接滤波器(15)，所述滤波器(15)输出逆变成额定频率的交流电，向船舶电站的交流母排AC供电,所述电流电压检测回路(16)、频率检测回路(17)对滤波器(15)输出的交流电的电压、电流、频率进行检测，检测的信号输送至运算回路(14)，所述运算回路(14)将控制信号输送至驱动回路(13)，所述驱动回路(13)驱动逆变器(12)输出稳定的交流电源。

3.如权利要求1所述的变频主电源船舶电站，其特征在于，所述整流滤波电路(8)采用三相半控桥式整流电路或带平衡电抗器的双反星形可控整流电路或晶闸管三相全控桥式整流电路。

4.如权利要求1所述的变频主电源船舶电站，其特征在于，所述逆变器(12)采用IGBT半桥电路或IGCT半桥电路或IEGT半桥电路。