CN107108006B - 包含中央能量存储系统的电力系统及控制电力系统中的电力传输的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种电力系统(1)，其包括：主母线(3)，包括第一母线分段(3a)和第二母线分段(3b)，其中第一母线分段(3a)可连接到第二母线分段(3b)；第一发电单元(G1)，其可连接到第一母线分段(3a)；第二发电单元(G3)，其可连接到第二母线分段(3b)；第一驱动系统(7a)，其可连接到第一母线分段(3a)；第二驱动系统(7b)，其可连接到第二母线分段(3b)；中央能量存储系统(17)；以及控制系统(19)；其中第一驱动系统(7a)包括可连接到中央能量存储系统(17)的第一双向功率转换器(13a)，其中第二驱动系统(7b)包括可连接到中央能量存储系统(17)的第二双向功率转换器(13b)，以及其中控制系统(19)被布置用于控制第一双向功率转换器(13a)将电力从第一驱动系统(7a)向中央能量存储系统(17)传输，以及控制第二双向功率转换器(13b)将电力从中央能量存储系统(17)向第二驱动系统(7b)传输。还公开了一种控制电力系统中电力传输的方法。

Description

包含中央能量存储系统的电力系统及控制电力系统中的电力 传输的方法
技术领域
本公开总体上涉及电力系统，具体地涉及具有冗余能力的电力系统，以及控制电力系统中电力传输的方法。
背景技术
用于为电动机供电的电力系统可以包括多个部件，诸如一个或多个发电单元、驱动器阵列、能量存储模块和上述部件可与之连接的主母线。为了安全起见，这样的系统可以设计成具有冗余。这在例如船用应用中是很重要的，其中例如在某些应用中，可以一直保证通过使用船只的螺旋桨和推进器维持该船只位置的船只动态定位是至关重要的。
出于冗余目的，主母线可以包括若干母线分段，每个分段分别与一套发电单元、驱动器阵列和能量存储模块相关联。驱动器阵列是包括驱动器阵列DC母线和可连接到该驱动器阵列DC母线的一个或多个驱动单元在内的单元。取决于故障类型，可以在故障情况下应用多种策略。在主母线短路故障的情况下，故障分段例如可以与电力系统的良好分段断开连接。根据一种策略，万一应当将额外的电力传输到故障分段的驱动器阵列，则可以控制本地能量存储模块向该故障分段的驱动器阵列供电。
在电力系统中，由于对将分段连接在一起的保护装置有要求，在DC线路级别(level)上，即，在内部驱动器阵列DC母线级别，将这些分段连接在一起是个挑战。另外，在分布式能量存储群组(bank)的情况下，在群组之间使用“负载因数”来降低群组的总尺寸并不那么容易。这导致了尺寸超大的能量存储群组。
在US 2004/0102109 A1中公开了用于船舶的DC电力系统的示例。该DC电力系统包括DC推进配电单元，该DC推进配电单元包括多个主驱动发电机，每个主驱动发电机连接到与两个DC轨耦合的相应舵轮轮辐(rung)。该系统还包括武器配电单元，该武器配电单元包括耦合到多个舵轮轮辐的两个DC轨，每个舵轮轮辐耦合到相应的定向能武器。武器配电单元的每个舵轮轮辐通过DC-DC转换器耦合到DC推进配电单元的舵轮轮辐。诸如超导磁能存储装置的能量存储装置耦合到武器配电单元的每个舵轮轮辐。能量存储装置向定向能武器提供高强度的电力突发。
如前所述，能量存储群组通常尺寸过大/维度过大。能量存储群组的千瓦时(kWh)价格非常高，并且影响整体电力系统成本，导致资金投入需求高以及系统设计的灵活度低下。
发明内容
本公开的目的在于解决或至少减轻现有技术的问题。
根据本公开的第一方面，提供了一种电力系统，包括：主母线，包括第一母线分段和第二母线分段，其中第一母线分段可连接到第二母线分段；第一发电单元，可连接到第一母线分段；第二发电单元，可连接到第二母线分段；第一驱动系统，可连接到第一母线分段；第二驱动系统，可连接到第二母线分段；中央能量存储系统和控制系统，其中第一驱动系统包括可连接到中央能量存储系统的第一双向转换器，其中第二驱动系统包括可连接到中央能量存储系统的第二双向转换器，以及其中控制系统被布置用于控制第一双向转换器将电力从第一驱动系统向中央能量存储系统传输，以及控制第二双向转换器将电力从中央能量存储系统向第二驱动系统传输。
能量存储系统中可用的电力可以细分为针对备用电力的储备，以用于长期备用操作；以及针对动态控制的储备，以用于短期动态控制。与针对每个系统分段使用一个能量存储单元的解决方案相比，根据本发明的中央能量存储系统的总电力容量可以显著降低，因为已经发现：中央能量存储系统被设计为具有与一个母线分段所需的备用电力储备容量类似的备用电力储备容量就足够了，特别是在经由中央能量存储系统提供了驱动系统之间电力传输可能性的情况下。事实上，考虑极端的情况，中央能量存储系统的能量存储容量可能几乎用尽；该中央能量存储系统也可以是秒级或者毫秒级的能量缓冲器，即便不是若干分钟级的缓冲器。这使得中央能量存储系统的备用电力储备容量相比于现有技术解决方案中加在一起的、系统所有能量存储单元中可用的总备用电力储备可能会显著降低，在某些情况下大约降为一半。
此外，可以提供涉及例如冗余的更好功能性，并且在电力系统的设计中允许更大的灵活性。除了在存储的能量和可能的电力方面、减少中央能量存储系统所需的等级之外，此配置还建立了可用于各种目的(包括改善系统分段的可用性)的、在系统分段之间的电力传输的备选途径。
根据一个实施方式，控制系统被布置用于控制第二双向转换器将电力从第二驱动系统向中央能量存储系统传输，以及控制第一双向转换器将电力从中央能量存储系统向第一驱动系统传输。
根据一个实施方式，控制系统被布置用于控制第一双向转换器将电力从中央能量存储系统向第一驱动系统传输，以及控制第二双向转换器将电力从中央能量存储系统向第二驱动系统传输。
根据一个实施方式，第一双向转换器和第二双向转换器被布置用于经由中央能量存储系统，在第一驱动系统和第二驱动系统之间传输电力。
根据一个实施方式，控制系统被布置用于基于第一驱动系统和第二驱动系统中的每一个的所需电力容量，控制在第一双向转换器、中央能量存储系统和第二双向转换器之间的电力传输。
根据一个实施方式，第一驱动系统具有第一驱动系统DC母线，其中第一双向转换器是连接到第一驱动系统DC母线的第一双向DC-DC转换器。
根据一个实施方式，第二驱动系统具有第二驱动系统DC母线，其中第二双向转换器是连接到第二驱动系统DC母线的第二双向DC-DC转换器。
根据一个实施方式，第一驱动系统包括可连接到第一电动机的第一驱动单元，以及第二驱动系统包括可连接到第二电动机的第二驱动单元。
根据一个实施方式，控制系统包括用于控制第一双向转换器的第一控制回路以及用于控制第二双向转换器的第二控制回路，所述第二控制回路与第一控制回路解耦合。
一个实施方式包括第一开关，其被布置用于将第一驱动系统连接到中央能量存储系统，并将第一驱动系统与中央能量存储系统断开；以及第二开关，其被布置用于将第二驱动系统连接到中央能量存储系统，并将第二驱动系统与中央能量存储系统断开。
根据一个实施方式，第一开关是隔离开关，并且及第二开关是隔离开关。
根据一个实施方式，中央能量存储系统包括：N个能量存储单元、能量存储系统DC母线和N个开关，其中N是大于1的整数，该N个开关被布置用于将相应的能量存储单元连接到能量存储系统DC母线。
根据一个实施方式，N个开关中的每一个是隔离开关。
根据一个实施方式，主母线包括被布置用于将第一母线分段与第二母线分段分离的母联。
根据一个实施方式，该电力系统是用于船舶的船载DC电力系统。
根据本公开的第二方面，提供了一种用于控制电力系统中的电力传输的方法，包括：主母线，其包括第一母线分段和第二母线分段，其中第一母线分段可连接到第二母线分段；第一发电单元，其可连接到第一母线分段；第二发电单元，其可连接到第二母线分段；第一驱动系统，其可连接到第一母线分段；第二驱动系统，其可连接到第二母线分段；中央能量存储系统；以及控制系统，其中第一驱动系统包括可连接到中央能量存储系统的第一双向转换器，其中第二驱动系统包括可连接到中央能量存储系统的第二双向转换器，其中该方法包括：借助控制系统来控制第一双向转换器将电力向中央能量存储系统传输，以及控制第二双向转换器将电力从中央能量存储系统向第二驱动系统传输。
一个实施方式包括：在控制第一双向功率转换器之前，直接将第一双向功率转换器连接到中央能量存储系统，以及在控制第二双向功率转换器之前，直接将第二双向功率转换器连接到中央能量存储系统。
通常，权利要求书中使用的所有术语均应根据本技术领域的普通含义进行解释，除非本文另有明确定义。对“一/一个/该元件、设备、部件、装置”等的所有参考都被开放地解释为指代该元件、设备、部件、装置等的至少一个实例，除非另有明确说明。
附图说明
现在参考附图、通过示例的方式来描述本发明原理的具体实施方式，其中：
图1是电力系统示例的示意图；
图2是图1中DC电力系统操作的第一示例的示意图；以及
图3是图1中DC电力系统操作的第二示例的示意图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明的原理，其中在附图中示出了示例性实施方式。然而，本发明的原理可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于此处所阐述的实施方式；相反，这些实施方式是通过示例方式提供的，使得本公开将是透彻和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明原理的范围。相同的附图标记贯穿说明书指代相同的元素。
此处公开的电力系统可以是交流电力系统或DC电力系统。电力系统包括主母线，该主母线具有两个或更多个可以连接/断开的母线分段，并且至少与母线分段一样多的驱动系统。驱动系统可连接到相应的母线分段，并且在一些变型中，母线分段可以连接到多于一个的驱动系统。
该电力系统还包括中央能量存储系统。每个驱动系统包括双向功率转换器，其被布置用于将电力在中央能量存储系统和对应的驱动系统之间传输。特别地，从这些连接不经由主母线的意义上来说，双向功率转换器可直接连接到中央能量存储系统。出于此目的，该电力系统包括控制系统，该控制系统被布置用于控制双向功率转换器的能量流动方向。因此，每个双向功率转换器可以将能量从其驱动系统向中央能量存储系统推送，或者将能量从中央能量存储系统向其驱动系统推送。由此，电力可以经由中央能量存储系统从一个驱动系统传输到另一个驱动系统。从而，可以获得不同驱动系统之间的能量传输或电力传输。通过借助于控制系统对双向功率转换器进行控制，存储在中央能量存储系统中的电力也可以直接从中央能量存储系统向任何一个驱动系统传输。
现在将参考图1来描述电力系统的示例。
图1示意性地示出了DC电力系统1的示例。DC电力系统1包括主母线，即主DC母线3，也称为DC输电网。主DC母线3具有第一母线分段，即第一DC母线分段3a；和第二母线分段，即第二DC母线分段3b。DC电力系统1还包括开关3c，例如母联(bus-tie)，其被布置用于连接和断开第一DC母线分段3a和第二DC母线分段3b。DC电力系统1包括发电单元G1至G4。根据示例，发电单元G1和G2可连接到第一DC母线分段3a，以及发电单元G3和G4可连接到第二DC母线分段3b。第一发电单元G1例如可连接到第一DC母线分段3a，以及第二发电单元G3例如可连接到第二DC母线分段3b。
每个发电单元G1至G4例如可以是交流电源，例如，柴油发电机。因此，DC电力系统1可以包括多个整流器R1至R4，发电单元G1至G4中的每个用于整流器R1至R4中的一个。每个整流器R1至R4布置在相应的发电单元G1至G4与主DC母线3之间，并且可连接到主DC母线3。第一整流器R1例如可连接在第一发电单元G1和主DC母线3之间，以及第二整流器R3可连接在第二发电单元G3和主DC母线3之间。因此，每个整流器R1至R4具有可连接到相应的发电单元G1至G4的端子和可连接到主DC母线3的端子。
DC电力系统1可以包括诸如DC断路器或隔离开关的保护装置5，用于将整流器中的每一个与主DC母线3断开。
虽然示例的DC电力系统1包括两个DC母线分段和四个发电机，但是应当注意，该DC电力系统可以具有N个DC母线分段，N等于或大于2；以及针对每个DC母线分段的任何数量的发电单元。
示例的DC电力系统1包括可连接到第一DC母线分段3a的第一驱动系统7a，和可连接到第二DC母线分段3b的第二驱动系统7b。因此，第一驱动系统7a可以包括保护电路9a，其允许例如在驱动系统故障的情况下、使第一驱动系统7a与第一DC母线分段3a断开连接。第二驱动系统7b也可以包括保护电路9b，其允许例如在驱动系统故障的情况下、使第二驱动系统7b与第二DC母线分段3b断开连接。在WO2013127575中公开了用于驱动单元的适当保护系统的示例。然而，应当注意，在本DC电力系统的上下文中，可以替代地使用传统的DC断路器。
第一驱动系统7a包括第一驱动系统DC母线15a或DC链路，以及可连接到第一驱动系统DC母线15a的一个或多个驱动单元11a。每个驱动单元11a被布置用于驱动相应的电动机M1。
第二驱动系统7b包括第二驱动系统DC母线15b或DC链路，以及可连接到第二驱动系统DC母线15b的一个或多个驱动单元11b。每个驱动单元11b被布置用于驱动相应的电动机M2。
如前所述，第一驱动系统7a和第二驱动系统7b中的每一个也可以被称为驱动阵列。
DC电力系统1包括中央能量存储系统17。中央能量存储系统17可以例如是电池组。中央能量存储系统17被布置用于为DC电力系统1的负载(例如，电动机M1、M2)提供动态性能支持，而发电单元G1至G4被布置用于向负载提供电力，以用于相对稳定的操作。
根据一个变型的中央能量存储系统17可以包括N个能量存储单元23，其中N是大于1的整数；能量存储系统DC母线25和N个开关27，开关27被布置用于将相应的能量存储单元23连接到能量存储系统DC母线25，以及将这二者断开。N个开关中的每一个可以是断路器或隔离开关。通过将能量存储单元23连接到能量存储系统DC母线25/从其断开，可以改变第一DC母线分段和第二DC母线分段可用的能量的量。因此，所使用的能量存储单元23也可以发生变化，以及从第一驱动系统和第二驱动系统接收能量时的再充电也可以发生变化，例如以改善能量存储单元23的寿命，从而减缓其能量存储能力的下降。根据一个变型，每个能量存储单元23可经由相应的保险丝连接到能量存储系统DC母线25。该保险丝可以替换对应的开关，或者除了开关之外另外提供保险丝。
第一驱动系统7a包括第一双向功率转换器，即第一双向DC-DC转换器13a。第一双向DC-DC转换器13a可连接到第一驱动系统DC母线15a和中央能量存储系统17。第二驱动系统7b包括第二双向功率转换器，即第二双向DC-DC转换器13b。第二双向DC-DC转换器13b可连接到第二驱动系统DC母线15b和中央能量存储系统17。
DC电力系统1包括控制系统19。控制系统19被布置用于控制第一双向DC-DC转换器13a和第二双向DC-DC转换器13b，从而实现在双向DC-DC转换器13a、13b和中央能量存储系统17之间的双向电力传输或能量传输。例如，控制系统19被布置用于控制第一双向DC-DC转换器13a以将电力向中央能量存储系统17传输，以及控制第二双向DC-DC转换器13b以将电力从中央能量存储系统17向第二驱动系统7b传输。第一驱动系统7a和第二驱动系统7b之间的能量传输由此可以以简单的方式通过中央能量存储系统17提供。在分段之间建立电力传输的另一路径变得更简单，因为中央能量存储将两个或更多双向功率转换器(其控制电力从一个分段向另一个分段流动)解耦合。例如，当一个双向功率转换器将电力馈送到中央能量存储系统中，而另一个将其传递到另一分段时，中央能量存储系统充当了缓冲器、使得通过一个双向功率转换器的电力不必须与另一双向功率转换器完全匹配。如果没有中央能量存储系统，双向功率转换器中的控制将必须彼此精确匹配，这可以是有挑战性的。
根据一个变型，控制系统19可以包括用于控制第一双向DC-DC转换器13a的第一控制回路，和由于中央能量存储系统17提供的能量缓冲器而与第一控制回路解耦合的、用于控制第二双向DC-DC转换器13b的第二控制回路。
根据一个变型，DC电力系统1可以包括第一开关21a和第二开关21b，分别被布置用于将第一驱动系统7a和第二驱动系统7b与中央能量存储系统17断开。第一开关21a和第二开关21b可以例如是断路器或隔离开关。因此，DC母线分段可以在物理上彼此分隔/隔离，从而允许DC电力系统1的重新配置以及设备上的更简单服务工作。根据一个变型，每个驱动系统能够进一步包括用于双向DC-DC转换器的相应的专用保险丝。备选地，可以用相应的保险丝代替第一开关21a和第二开关21b。
参照图2，将描述DC电力系统1的操作的第一示例。在该示例中，第二驱动系统7b需要额外的电力，以便能够操作连接到驱动单元11b的电动机M。例如，可能由于一个或多个发电单元G3、G4发生故障(导致需要从中央能量存储系统17进行长期的电力传输)，或者由于需要用于对连接到驱动单元11b的电动机M2的动态控制的短暂电力注入，而出现对附加电力的需求。
因此，控制系统19控制第一双向DC-DC转换器13a将电力或能量P1向中央能量存储系统17传输或推送。控制系统19控制第二双向DC-DC转换器13b以将电力或能量P2从中央能量存储系统17向第二驱动系统7b传输或推送。因此，控制系统19可以向第一双向DC-DC转换器发送控制信号，以将能量从驱动单元11a向中央能量存储系统17推送。控制系统19还可以向第二双向DC-DC转换器发送控制信号，以将能量从中央能量存储器向驱动单元11b推送。
能量由此从第一驱动系统7a流入中央能量存储系统17，以及从中央能量存储系统17流出到第二驱动系统7b。中央能量存储系统17由此充当能量缓冲器，并且使得电力在第一DC母线分段3a和第二DC母线分段3b之间进行传输。
参考图3，将说明DC电力系统1的操作的第二示例。在此示例中，第一驱动单元7a和第二驱动单元7b同时需要额外的电力。然而，也可能存在第一驱动单元7a和第二驱动单元7b中仅一个需要额外能量的情况。在本示例中，控制系统19控制第一双向DC-DC转换器和第二双向DC-DC转换器二者，以从中央能量存储系统17传输电力或推送能量。第一驱动系统7a和第二驱动系统7b由此被提供已经存储在中央能量存储系统17中的能量。
根据一个变型，DC电力系统可以包括第三驱动系统，即，驱动器阵列或驱动器排(line)，它们可连接到例如第一DC母线分段。该驱动系统包括第三双向DC-DC转换器，以及该控制系统被布置用于还控制第三双向DC-DC转换器。该控制系统被布置用于控制第三双向DC-DC转换器、以从第三驱动系统向中央能量存储系统传输电力或推送能量，以及控制第三双向DC-DC转换器、以从中央能量存储系统向第三驱动系统传输电力或推送能量。由此可以提供在单个DC母线分段内、用于能量流的备选路线。
借助于能够经由专用双向DC-DC转换器供给若干驱动系统的中央能量存储系统17，中央能量存储系统17、特别是包含在中央能量存储系统17中的能量存储单元的尺寸可以以更优化的方式设计。此外，中央能量存储系统17还在驱动系统和/或系统分段之间提供了用于电力的备选路线。
作为DC电力系统的替代方案，电力系统可以是交流电力系统。在这种情况下，主母线是主交流母线或交流网络，以及每个驱动系统包括相应的整流器。驱动系统由此可以连接到主交流母线。第一双向功率转换器和第二双向功率转换器可以是可连接到中央能量存储系统和相应的驱动系统DC母线的第一双向DC-DC转换器和第二双向DC-DC转换器。借助于控制系统对第一双向DC-DC转换器和第二双向DC-DC转换器的控制与上述DC电力系统的控制相同。
备选地，被布置用于连接驱动系统的整流器可以是双向整流器，在这种情况下，该驱动单元的双向整流器可以替代双向DC-DC转换器的功能。该控制系统由此可以控制双向整流器将能量从主交流母线向驱动系统推送，以及如果双向整流器将多于驱动系统的逆变器使用的能量推送到该驱动系统，则剩余的能量流向中央能量存储系统。在这种情况下，中央能量存储系统直接连接到驱动系统DC母线，即没有在其间布置任何功率转换器。此外，如果从中央能量存储系统将电力向驱动系统推送，则如果双向整流器未将足够的能量从主交流母线推送到驱动系统的逆变器，便会发生这种情况。在这种情况下，“缺少的电力”将从中央能量存储系统导出。因此，在每个驱动系统中存在能量平衡，能量或者从中央能量存储单元推送出，或者推送到中央能量存储单元。
应该注意的是，也是在交流电源系统的情况下，可以存在来自主母线的相同母线分段的若干驱动系统，其可以连接到中央能量存储系统。
此处描述的电力系统可有利地用作用于为船舶(例如，利用动态定位的船舶)供电的船载电力系统。这种船只的示例有电缆铺设船；钻井船；浮式生产、存储和卸载单元(FPSO)；半潜式钻井平台和石油平台。本电力系统典型地用于低电压环境，尽管更高的电压应用(例如，中压)也是可以的。
上面已经参考几个示例来主要描述本发明的原理。然而，如本领域技术人员容易理解的那样，除了上文公开的实施方式以外的实施方式在本发明原理的范围内也同样可行，如所附权利要求限定的。

Claims (17)

1.一种电力系统(1)，包括：
主DC母线(3)，包括第一DC母线分段(3a)和第二DC母线分段(3b)，
开关(3C)，其被配置为连接和断开所述第一DC母线分段(3a)和所述第二DC母线分段(3b)，
第一发电单元(G1)，其被配置为连接到所述第一DC母线分段(3a)，
第二发电单元(G3)，其被配置为连接到所述第二DC母线分段(3b)，
第一驱动系统(7a)，其被配置为连接到所述第一DC母线分段(3a)，
第二驱动系统(7b)，其被配置为连接到所述第二DC母线分段(3b)，
中央能量存储系统(17)，以及
控制系统(19)，
其中所述第一驱动系统(7a)包括被配置为直接连接到所述中央能量存储系统(17)的第一双向功率转换器(13a)，
其中所述第二驱动系统(7b)包括被配置为直接连接到所述中央能量存储系统(17)的第二双向功率转换器(13b)，以及
其中所述控制系统(19)被布置用于控制所述第一双向功率转换器(13a)将电力从所述第一驱动系统(7a)向所述中央能量存储系统(17)传输，以及控制所述第二双向功率转换器(13b)将电力从所述中央能量存储系统(17)向所述第二驱动系统(7b)传输。
2.根据权利要求1所述的电力系统(1)，其中所述控制系统(19)被布置用于控制所述第二双向功率转换器(13b)将电力从所述第二驱动系统(7b)向所述中央能量存储系统(17)传输，以及控制所述第一双向功率转换器(13a)将电力从所述中央能量存储系统(17)向所述第一驱动系统(7a)传输。
3.根据权利要求1或2所述的电力系统(1)，其中所述控制系统(19)被布置用于控制所述第一双向功率转换器(13a)将电力从所述中央能量存储系统(17)向所述第一驱动系统(7a)传输，以及控制所述第二双向功率转换器(13b)将电力从所述中央能量存储系统(17)向所述第二驱动系统(7b)传输。
4.根据权利要求1或2所述的电力系统(1)，其中所述第一双向功率转换器(13a)和所述第二双向功率转换器(13b)被布置用于经由所述中央能量存储系统(17)，在所述第一驱动系统(7a)和所述第二驱动系统(7b)之间传输电力。
5.根据权利要求1或2所述的电力系统(1)，其中所述控制系统(19)被布置用于基于所述第一驱动系统(7a)和所述第二驱动系统(7b)中的每一个的所需电力容量，控制在所述第一双向功率转换器(13a)、所述中央能量存储系统(17)和所述第二双向功率转换器(13b)之间的电力传输。
6.根据权利要求1或2所述的电力系统(1)，其中所述第一驱动系统(7a)具有第一驱动系统DC母线(15a)，其中所述第一双向功率转换器(13a)是连接到所述第一驱动系统DC母线(15a)的第一双向DC-DC转换器。
7.根据权利要求1或2所述的电力系统(1)，其中所述第二驱动系统(7b)具有第二驱动系统DC母线(15b)，其中所述第二双向功率转换器(13b)是连接到所述第二驱动系统DC母线(15b)的第二双向DC-DC转换器。
8.根据权利要求1或2所述的电力系统(1)，其中所述第一驱动系统(7a)包括可连接到第一电动机(M1)的第一驱动单元(11a)，并且所述第二驱动系统(7b)包括可连接到第二电动机(M2)的第二驱动单元(11b)。
9.根据权利要求1或2所述的电力系统(1)，其中所述控制系统(19)包括用于控制所述第一双向功率转换器(13a)的第一控制回路，以及用于控制所述第二双向功率转换器(13b)的第二控制回路，所述第二控制回路与所述第一控制回路解耦合。
10.根据权利要求1或2所述的电力系统(1)，包括第一开关(21a)，其被布置用于将所述第一驱动系统(7a)连接到所述中央能量存储系统(17)，并将所述第一驱动系统(7a)与所述中央能量存储系统(17)断开；以及第二开关(21b)，其被布置用于将所述第二驱动系统(7b)连接到所述中央能量存储系统(17)，并将所述第二驱动系统(7b)与所述中央能量存储系统(17)断开。
11.根据权利要求10所述的电力系统(1)，其中所述第一开关(21a)是隔离开关，并且所述第二开关(21b)是隔离开关。
12.根据权利要求1或2所述的电力系统(1)，其中所述中央能量存储系统(17)包括N个能量存储单元(23)、能量存储系统DC母线(25)和N个开关，其中N是大于1的整数，所述N个开关被布置用于将相应的能量存储单元(23)连接到所述能量存储系统DC母线(25)。
13.根据权利要求12所述的电力系统(1)，其中所述N个开关(23)中的每一个是隔离开关。
14.根据权利要求1或2所述的电力系统(1)，其中所述开关(3c)是被布置用于将所述第一DC母线分段(3a)与所述第二DC母线分段(3b)分离的母联。
15.根据权利要求1或2所述的电力系统(1)，其中所述电力系统(1)是用于船舶的船载DC电力系统。
16.一种控制电力系统(1)中的电力传输的方法，包括：主DC母线(3)，其包括第一DC母线分段(3a)和第二DC母线分段(3b)，其中所述第一DC母线分段(3a)被配置为连接到所述第二DC母线分段(3b)；第一发电单元(G1)，其被配置为连接到所述第一DC母线分段(3a)；第二发电单元(G3)，其被配置为连接到所述第二DC母线分段(3b)；第一驱动系统(7a)，其被配置为连接到所述第一DC母线分段(3a)；第二驱动系统(7b)，其被配置为连接到所述第二DC母线分段(3b)；中央能量存储系统(17)；以及控制系统(19)，其中所述第一驱动系统(7a)包括被配置为直接连接到所述中央能量存储系统(17)的第一双向功率转换器(13a)，其中所述第二驱动系统(7b)包括被配置为直接连接到所述中央能量存储系统(17)的第二双向功率转换器(13b)，其中所述方法包括：
借助所述控制系统(19)控制所述第一双向功率转换器(13a)将电力向所述中央能量存储系统(17)传输，以及控制所述第二双向功率转换器(13b)将电力从所述中央能量存储系统(17)向所述第二驱动系统(7b)传输。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在控制所述第一双向功率转换器(13a)之前，直接将所述第一双向功率转换器(13a)连接到所述中央能量存储系统(17)，以及在控制所述第二双向功率转换器(13b)之前，直接将所述第二双向功率转换器(13b)连接到所述中央能量存储系统(17)。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK3322057T3 (da) 2016-11-10 2021-12-20 Abb Schweiz Ag Dc-strømsystem, der er opdelt i forskellige beskyttelsesområder
AU2018247933B2 (en) * 2017-04-07 2022-06-23 Siemens Aktiengesellschaft Distribution of electric energy on a vessel
CN207595233U (zh) * 2017-09-26 2018-07-10 广船国际有限公司 一种船舶电力系统
CN108242855A (zh) * 2018-03-10 2018-07-03 江苏博强新能源科技股份有限公司 集装箱储能联合运行系统和方法
NO20180373A1 (en) * 2018-03-16 2019-04-15 Kongsberg Maritime As Redundant thruster drive system
EP3648294B1 (en) * 2018-11-05 2022-09-14 Damen 40 B.V. Propulsion system with inter switchboard converter
DE102018219711A1 (de) * 2018-11-16 2020-05-20 Siemens Aktiengesellschaft Energieversorgungssystem für eine wassergebundene Einrichtung
CN109927872B (zh) * 2019-04-02 2020-04-28 山西汾西重工有限责任公司 船舶直流组网电力推进设备、系统及设备设计方法
CN110417081B (zh) * 2019-07-09 2022-06-14 华为数字能源技术有限公司 供电电路及不间断供电电源ups系统
NO20191280A1 (en) 2019-10-25 2021-04-26 Kongsberg Maritime As Power supply system
WO2024064099A1 (en) * 2022-09-19 2024-03-28 SPOC Automation, Inc. Galvanically isolated energy storage - tie inverter

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101519116A (zh) * 2008-01-07 2009-09-02 康弗蒂姆技术有限公司 船舶配电和推进系统
CN101932469A (zh) * 2007-12-12 2010-12-29 福斯海运公司 混合动力推进系统
CN103187781A (zh) * 2011-12-30 2013-07-03 泰利斯公司 具有异质多输入的电源系统
EP2654157A1 (en) * 2012-04-17 2013-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Fault protection system for a power system of dynamically positioned vessel
EP2709229A1 (en) * 2012-09-17 2014-03-19 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Power distribution systems

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2239621A1 (en) * 1995-12-05 1997-06-12 Robert B. Lundberg System and method for providing uninterrupted power to on-board electrical equipment
US20040102109A1 (en) 2002-09-18 2004-05-27 Cratty William E. DC power system for marine vessels
US7786616B2 (en) 2003-02-07 2010-08-31 Cummins Power Generation Inc. Generator with DC boost and split bus bidirectional DC-to-DC converter for uninterruptible power supply system or for enhanced load pickup
US20040217732A1 (en) * 2003-04-29 2004-11-04 Ballard Power Systems Inc. Power converter architecture and method for integrated fuel cell based power supplies
DE60326666D1 (de) * 2003-06-09 2009-04-23 Kyosemi Corp Generatorsystem
US7557464B2 (en) * 2006-05-23 2009-07-07 Continental Automotive Systems Us, Inc. System and method for isolating sources and loads of a power system
US7980905B2 (en) * 2007-11-25 2011-07-19 C-Mar Holdings, Ltd. Method and apparatus for providing power to a marine vessel
US20110273010A1 (en) * 2008-04-09 2011-11-10 Thales Electrical network
US7880342B2 (en) 2008-11-12 2011-02-01 Transocean Sedco Forex Ventures Limited DC bus regulator
EP2192681A1 (en) * 2008-11-26 2010-06-02 Siemens Aktiengesellschaft Power distribution system and method thereof
NO337332B1 (no) * 2009-04-24 2016-03-14 Rolls Royce Marine As Redundant thruster-system for dynamisk posisjonering av et fartøy
US8446044B2 (en) * 2009-10-28 2013-05-21 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Power conversion and distribution scheme for electronic equipment racks
US9059587B2 (en) * 2009-12-04 2015-06-16 Kevin R. Williams System and method of supplying power to loads of a drilling rig
US9331499B2 (en) * 2010-08-18 2016-05-03 Volterra Semiconductor LLC System, method, module, and energy exchanger for optimizing output of series-connected photovoltaic and electrochemical devices
US8928179B2 (en) * 2010-12-06 2015-01-06 Hamilton Sundstrand Corporation No break power transfer for power generating system
CN102255377B (zh) 2011-05-20 2012-12-05 中国广东核电集团有限公司 向核电站提供应急动力电源的方法和系统
CN103891079B (zh) * 2011-06-20 2016-06-08 Abb技术有限公司 用于控制风电场系统中的功率流的方法、控制器、计算机程序和计算机程序产品
ES2552857T3 (es) 2012-02-29 2015-12-02 Abb Technology Ltd Un sistema de alimentación de corriente continua con capacidades de protección del sistema
DE102012203820B4 (de) * 2012-03-12 2016-06-09 Siemens Aktiengesellschaft Antriebskaskadierung für ein Wasserfahrzeug
FR3000469B1 (fr) * 2013-01-03 2014-12-19 Microturbo Procede de gestion du reseau d'alimentation electrique d'un aeronef

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101932469A (zh) * 2007-12-12 2010-12-29 福斯海运公司 混合动力推进系统
CN101519116A (zh) * 2008-01-07 2009-09-02 康弗蒂姆技术有限公司 船舶配电和推进系统
CN103187781A (zh) * 2011-12-30 2013-07-03 泰利斯公司 具有异质多输入的电源系统
EP2654157A1 (en) * 2012-04-17 2013-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Fault protection system for a power system of dynamically positioned vessel
EP2709229A1 (en) * 2012-09-17 2014-03-19 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Power distribution systems

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