CN107787279A - 用于船和离岸单元的能量供给和驱动设备 - Google Patents

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Abstract

为了根据逗留地点来优化能量供给和驱动设备的运行状态，建议了根据在控制装置(11)中获悉的、驱动单元(13,14)和其它负载(15)的所需能量来使任意数目的柴油发电机单元(2)置于运行中，并且每个被置于运行中的柴油发电机单元(2)能单独地在最佳的运行状态下运行，能量供给和驱动设备(1)具有用于获悉从它排放出的废气的排放测量装置(21)和用于获悉其燃料消耗量的燃料测量装置(22)，在控制装置(11)中既在确定要运行的柴油发电机单元(2)的数目时、也在调节被置于运行中的柴油发电机单元(2)的运行状态时考虑针对排放的废气的量和质量的规定以及针对燃料消耗量的规定。

Description

用于船和离岸单元的能量供给和驱动设备
本发明涉及一种用于船和离岸单元的能量供给和驱动设备，该设备具有柴油发电机单元、分别属于柴油发电机单元的变频器单元、直流电压中间回路、驱动单元和其它负载、分别属于驱动单元、负载或者负载组的变频器单元、以及控制装置，借助这些柴油发电机单元能产生电能，借助分别属于柴油发电机单元的变频器单元可以将由柴油发电机单元以交流电形式产生的电能转化成直流电，由柴油发电机单元产生的电能经由变频器单元作为直流电馈送到直流电压中间回路中，驱动单元和其它负载从直流电压中间回路供给有电能，借助分别属于驱动单元、负载或者负载组的变频器单元可将从直流电压中间回路中以直流电形式获取的电能转化成用于驱动单元和其它负载的交流电，柴油发电机单元、变频器单元、直流电压中间回路、驱动单元和其它负载连接到该控制装置。
从前面描述的现有技术出发，本发明的任务在于进一步改进前述的用于船和离岸单元的能量供给和驱动设备，该能量供给和驱动设备在针对其关于所需的电功率方面提出最不同的要求的情况下能更好和更灵活地适应于不同的地方性条件。
根据本发明，该任务通过如下方式来解决：根据在控制装置中获悉的、驱动单元以及其它负载的所需电能借助该控制装置来使能量供给和驱动设备的任意数目的柴油发电机单元置于运行中，并且每个被置于运行中的柴油发电机单元在考虑所需电能和被置于运行中的柴油发电机单元的数目的情况下可单独地在最佳的运行状态下运行，该能量供给和驱动设备具有用于获悉从它排放出的废气的排放测量装置和用于获悉其燃料消耗量的燃料测量装置，这两个测量装置都连接到控制装置，在控制装置中既在确定要运行的柴油发电机单元的数目时、也在调节被置于运行中的柴油发电机单元的运行状态时考虑针对排放的废气的量和质量的规定以及针对燃料消耗量的规定。借助前面描述的根据本发明的能量供给和驱动设备，可以确保其运行，其中，处于运行中的柴油发电机单元的数目适应于对应的要求。在此，目标量是整个能量供给和驱动设备的最佳运行。根据要求的不同，当仅一个柴油发电机单元在对于它来说并不是最佳的运行状态下运行时，可以例如存在整个能量供给和驱动设备的这种最佳运行。这可以导致针对整个能量供给和驱动设备的运行状态的结果比具有两个或者三个在其最佳运行状态下运行的柴油发电机单元的运行的结果更好。当然，被置于运行中的每个柴油发电机单元的运行状态又可以优化。基于在控制装置中提供的排放测量装置和燃料测量装置的数据，可以在能量供给和驱动设备的运行时考虑：装备有该能量供给和驱动设备的船或者装备有该能量供给和驱动设备的离岸单元正好处在何处。在此，在港口中可例如会提出与在海上完全不同的、针对排放的废气的量和质量的规定。在港口中停留时排放的废气的量和质量是特别有意义的，而在行驶到海面上时能量供给和驱动设备的特定燃料消耗量是特别有意义的。
对应地可适宜的是，针对排出的废气的量和质量的规定和/或针对燃料消耗量的规定在控制装置中是可调节的。
为了还能更好地优化整个能量供给和驱动设备的运行状态，可有利的是，对于每个柴油发电机单元来说设有排放装置的仅属于该柴油发电机单元的测量构件和/或燃料测量装置的仅属于该柴油发电机单元的测量构件。
鉴于通过能量供给和驱动设备或者通过能量供给和驱动设备的运行而引入船体中的负载，根据本发明的能量供给和驱动设备的有利的改型可规定，在柴油发电机单元的基座内或者处布置有振动传感器，这些振动传感器连接到控制装置，并且柴油发电机单元的柴油发动机借助控制装置运行成使得引入柴油发电机单元的基座的振动减到最小。
根据本发明的能量供给和驱动设备的有利改型，柴油发电机单元的发电机构造成异步发电机，并且布置在每个柴油发电机单元和直流电压中间回路之间的变频器单元构造成双向工作，并且这些变频器单元具有至少一个电容器，借助该电容器的存储着的电能可激励所属的异步发电机。由此，可以实现根据本发明的能量供给和驱动设备的特别节省空间的构造。例如，对于船上或者离岸设备上的行驶电网和船上电网而言，不需要在开关柜中的三相交流电分配器设备。此外，可借助按钮压力来接通或者切断这些柴油发电机单元。
当变频器单元的电容器构造成功率电容器且变频器单元可联接成变频器单元组时，有利地产生所谓的“电动力组”，一旦异步发电机由柴油机驱动并且对应的变频器单元处于运行之中，“电动力组”就可靠地提供励磁电流。
对此，有利的是，布置在每个柴油发电机单元和直流电压中间回路之间的变频器单元具有双向的半导体元件，例如IGBT－开关装置。
当在根据本发明的能量供给和驱动设备的运行中可以在控制装置中获悉在直流电压中间回路中呈现的电压变化以及在控制柴油发电机单元时可考虑该电压变化时，得到可与交流电压电网的调节相比的特性，借助该特性能可靠地避免：过高地要求发电机功率并且由此浪费能量。同时也避免了会造成船上电网的崩溃。在各种情况下，发电机功率自动地适应于能量要求。
为了在针对根据本发明的能量供给和驱动设备的运行的一定要求下能将任意的总成组或者总成联接起来，有利的是，直流电压中间回路借助双向半导体开关、较佳为晶体管开关可分离。
为了减少柴油发电机单元的起动和停工的耗费并且由此改善根据本发明的能量供给和驱动设备的能量效率，有利的是，能量供给和驱动设备的发电机借助布置在柴油发电机单元和直流电压中间回路之间的变频器单元作为电动机来运行，并且其柴油发动机可借助作为电动机运行的发电机被置于其起动转速。由此，在大部分的起动过程中，运行起动装置是多余的。因此，取消了针对柴油发动机的起动次数的受限制因素，因为该柴油发动机本身在起动过程的数目方面是不受限制的，其中，当然前提是该柴油发动机经预热并且润滑，这通常在这种能量供给和驱动设备中就是如此。
为了符合要求地进一步减少用于接通柴油发电机单元的时间段，有利的是，柴油发动机借助作为电动机运行的发电机可被置于如下转速，该转速至少对应于最佳的起动转速并且最大对应于柴油发动机的额定转速。
根据本发明的能量供给和驱动设备的另一有利设计，能量供给和驱动设备的控制装置具有诊断单元，在该诊断单元中可获悉传递的运行数据以及从控制单元输出的控制信号并且能存储在存储器介质中，该存储器介质经由英特网和/或合适的数据路径能远程访问，并且分析单元属于该诊断单元，借助该分析单元，在考虑已获悉的运行数据和控制信号以及针对每个柴油发动机的当前要求的情况下可计算出针对每个柴油发动机的最佳运行过程。由此可以提供如下可能性：在距船或者距离岸单元几乎任意距离处存在的中心站中，专业人员和专家能访问全部数据，这些数据与船或离岸单元的能量供给和驱动设备的运行相关联，并且起到重要作用。特别是可以将如下运行数据和控制信号设置在中心站中，这些运行数据和控制信号落在能量供给和驱动设备的运行出现干扰或者不规则的时间段中。
下面，根据实施方式参照附图进一步阐释本发明，本发明的唯一附图示出了根据本发明的用于船和离岸单元的能量供给和驱动设备的实施方式的原理图。
下文中参照唯一附图根据实施方式阐述的根据本发明的用于船的能量供给和驱动设备1用于在考虑对于船的驱动设备来说所需的能量的情况下确保在船上的能量供给，该能量供给和驱动设备以类似的设计也可用于离岸单元。
在该唯一附图中示出的实施例中，能量供给和驱动设备1具有三个柴油发电机单元2，柴油发动机3和发电机4分别属于这些柴油发电机单元。柴油发电机单元2能以可单独调节并且可变化的发电机转速来运行。
在柴油发电机单元2中产生电能，该电能被馈送到直流电压中间回路5中。直流电压中间回路5在所示实施例中分成两个直流电压中间部分回路6、7，其中，在这两个直流电压中间部分回路6、7之间设有呈半导体开关或晶体管开关或者机械高功率开关8形式的开关装置，借助这些开关装置，两个直流电压中间部分回路6、7能彼此连接或者彼此分离。
在柴油发电机单元2中产生具有交流电压的电能，该电能经由第一变频器单元9馈送到直流电压中间回路5中，在该第一变频器单元9中进行整流。在所示实施例中，在唯一附图中左侧示出的直流电压中间部分回路6中设有两个柴油发电机单元2，而在唯一附图中右侧示出的直流电压中间部分回路7中设有一个柴油发电机单元2。
此外，两个陆地连接装置10属于该能量供给和驱动设备1，船侧的直流电压中间回路5可借助该陆地连接装置连接到陆地电网。当陆地连接装置10连接到在唯一附图中未示出的陆地电网时，两个陆地连接装置10中的每一个可以经由属于它的变频器单元9将电能馈送到直流电压中间回路5中，这两个陆地连接装置中的对应一个属于直流电压中间回路5的直流电压中间部分回路6或直流电压中间部分回路7。
柴油发电机单元2或其柴油发动机3和发电机4、开关装置8、变频器单元9和陆地连接装置10如在图1中用虚线所示的那样连接到控制装置11。在控制装置11中获悉所述总成的运行数据，并且借助控制装置11来控制或者调节所述总成。
从直流电压中间回路5经由第二变频器单元12使下文中所述的负载或者负载组供给有带有交流电压的电能。
在所示实施例中，能量供给和驱动设备1具有四个属于第一直流电压中间部分回路6的推进驱动装置13和两个属于第二直流电压中间部分回路7的推进驱动装置14，其中，属于第一直流电压中间部分回路6的推进驱动装置13具有与属于第二直流电压中间部分回路7的推进驱动装置14不同的设计。
第二变频器单元12以及推进驱动装置13、14同样连接到控制装置11，以使得在控制装置11中可获悉所述总成的运行数据，并且控制装置11可控制地或者可调节地参与到所述总成的运行中。
此外，从直流电压中间回路5中，具有多个负载或负载组15的船电网被供给有电能。
为了即便在前面描述的能量供给和驱动设备1完全失效的情况下也能确保能量供给，设有具有柴油发动机17和发电机18的紧急发电机单元16。具有柴油发动机17和发电机18的该紧急发电机单元16以及属于该紧急发电机单元16的变频器单元12连接到控制装置11，以使得其运行数据在此可获悉，并且如有可能则可控地或者可调节地参与到其运行中。
对应的手段也适用于负载或负载组15，其中在此可设想的是仅一定类别的负载和/或负载组15连接到控制装置11。
在所示实施例中，柴油发电机单元2的三个柴油发动机3装备有对于其来说共同的废气管路以及对于其来说共同的燃料馈送管路20。替代地，可以每个柴油发动机3设有废气管路以及如有可能也可以每个柴油发动机3设有燃料馈送管路。
在废气管路19中布置有排放测量装置21，借助该排放测量装置可获悉通过废气管路19流出的废气的量以及质量或者组分。该排放测量装置21同样连接到控制装置11。当然还可以将单独地获悉柴油发动机的废气的排放测量装置分配给每个柴油发动机3。
在燃料馈送管路20中布置有燃料测量装置22，借助该燃料测量装置22可获悉连接到燃料馈送管路20的柴油发动机3的燃料消耗量。当然还可以将单独地获悉柴油发动机的燃料消耗量的燃料测量装置分配给每个柴油发动机3。
该燃料测量装置22同样连接到控制装置11。
振动传感器24安装在每个柴油发电机单元2的基座23处。借助该振动传感器24可获悉通过柴油发电机单元2或者属于该柴油发电机单元2的柴油发动机3的运行传递给基座23的振动。该振动传感器24同样连接到控制装置11。
在能量供给和驱动设备1的控制装置11中设有诊断单元25。将能量供给和驱动设备1的总成的在控制装置11中获悉的运行数据以及由此获悉的参数传递给诊断单元25。这同样适用于在控制装置11侧输出给能量供给和驱动设备1的各个或者多个总成的全部控制信号。运行数据以及如有可能其它参数可替代地也直接输入到诊断单元25中。
在诊断单元25中，一方面可获悉对应当前传送给该诊断单元25的运行数据、参数和控制信号，其中，另一方面传递给诊断单元25的全部运行数据、参数和控制信号存储在诊断单元25中。
在诊断单元25中可提供全部涉及能量供给和驱动设备1的运行的数据以及如有可能其它数据。诊断单元25构造成借助中心站可访问该诊断单元25或者传递给诊断单元25或者存储在诊断单元25中的数据。这种访问可经由英特网借助数据库连接来完成。数据输出也可经由USB或者其它网络来实现。
在前面描述的能量供给和驱动设备1的运行中，在控制装置11中获悉推进驱动装置13、14以及连接到直流电压中间回路5的其他负载或负载组15要求多少电能。对应于能量需求，借助控制装置11使适应于该能量需求的数目的柴油发电机单元2运行。在关于所需能量的一定要求的情况下例如可忍受：不是运行三个柴油发电机单元2、而是仅运行两个或者仅一个柴油发电机单元2，其中，所运行的柴油发电机单元2并不处于最佳的运行状态中。整个能量供给和驱动设备1的这种运行状态对于这种能量供给和驱动设备1来说总体上仍是最佳的。当然，能量供给和驱动设备1的如下运行状态是更佳的，即在这种运行状态下能量供给和驱动设备1总体上以及处于运行中的柴油发电机单元2分别在最佳的运行状态下或者在几乎最佳的运行状态下运行。
在能量供给和驱动设备1的前面描述的运行中，在每个柴油发电机单元2可分别具有测量构件的排放测量装置21中获悉排放的废气。此外，在根据本发明的能量供给和驱动设备1中，借助燃料测量装置22获悉燃料消耗量，其中每个柴油发电机单元设有测量构件，借助该测量构件能获悉属于对应的柴油发电机单元2的单独的燃料消耗量。
在控制装置11中既在确定将运行的柴油发电机单元2的数目时、也在调节处于运行中的柴油发电机单元2的运行状态时考虑针对排放的废气的量和质量的规定以及针对燃料消耗量的规定。针对燃料消耗量和排放的废气的量和质量的对应规定可以根据装备有该能量供给和驱动设备1的船的逗留地点而是不同的。在此，在港口中可能会作出与海上完全不同的规定。按照针对排放的废气的量和质量或者燃料消耗量的、适应各个具体状况的规定，可以符合要求地运行能量供给和驱动设备1。
此外，在前面描述的能量供给和驱动设备1的情况下考虑布置在柴油发电机单元2的基座23中的振动传感器24或者其传递给控制装置11的测量信号。为了在可能的情况下将由于特别是柴油发电机单元2的柴油发动机3的振动造成的船体的不期望的负载减到最少，能量供给和驱动设备1可借助控制装置11来控制或调节，以使得没有或者尽可能少的振动被传递到柴油发电机单元2的基座23中。
柴油发电机单元2的发电机4可构造成异步发电机。属于对应的发电机或者异步发电机4的第一变频器单元9双向工作，并且具有至少一个电容器，借助该电容器可激励所属的异步发电机4。变频器单元9可成组地连接起来。
在借助控制装置11对能量供给和驱动设备1的柴油发电机单元2进行控制和调节时，此外考虑在直流电压中间回路5中呈现的电压变化。
柴油发电机单元2的发电机4在它从直流电压中间回路5中馈送有电能时可以作为电动机来运行。然后，借助发电机4可将柴油发电机单元2的柴油发动机3置于如下转速，该转速至少对应于起动转速并且最大对应于相应柴油发电机单元2的额定转速。

Claims (12)

1.一种用于船和离岸单元的能量供给和驱动设备，所述能量供给和驱动设备具有柴油发电机单元(2)、分别属于柴油发电机单元(2)的变频器单元(9)、直流电压中间回路(5)、驱动单元(13,14)和其它负载(15)、分别属于驱动单元(13,14)、负载(15)或者负载组(15)的变频器单元(12)、以及控制装置(11)，借助所述柴油发电机单元能产生电能，借助分别属于柴油发电机单元的变频器单元能将由所述柴油发电机单元(2)以交流电形式产生的电能转化成直流电，由所述柴油发电机单元(2)产生的电能经由分别属于柴油发电机单元(2)的变频器单元(9)作为直流电馈送到所述直流电压中间回路(5)中，所述驱动单元和其它负载从所述直流电压中间回路(5)中供给有电能，借助分别属于驱动单元、负载或者负载组的变频器单元能将从所述直流电压中间回路(5)中以直流电形式获取的电能转化成用于所述驱动单元(13,14)和其它负载(15)的交流电，所述柴油发电机单元(2)、所述变频器单元(9,12)、所述直流电压中间回路(5)、所述驱动单元(13,14)和所述其它负载(15)连接到所述控制装置(11)，
其特征在于，
根据在所述控制装置(11)中获悉的、所述驱动单元(13,14)和其它负载(15)的所需电能借助所述控制装置(11)来使所述能量供给和驱动设备(1)的任意数目的所述柴油发电机单元(2)置于运行中，并且每个被置于运行中的所述柴油发电机单元(2)在考虑所需电能和被置于运行中的所述柴油发电机单元(2)的数目的情况下能单独地在最佳的运行状态下运行，
所述能量供给和驱动设备(1)具有用于获悉从它排放出的废气的排放测量装置(21)和用于获悉其燃料消耗量的燃料测量装置(22)，这两个测量装置都连接到所述控制装置(11)，在所述控制装置(11)中既在确定要运行的柴油发电机单元(2)的数目时、也在调节被置于运行中的柴油发电机单元(2)的运行状态时考虑针对排放的废气的量和质量的规定以及针对燃料消耗量的规定。
2.如权利要求1所述的能量供给和驱动设备，其特征在于，在所述控制装置(11)中，针对排放的废气的量和质量的规定和/或针对燃料消耗量的规定是可调节的。
3.如权利要求1或2所述的能量供给和驱动设备，其特征在于，对于每个柴油发电机单元(2)来说设有所述排放测量装置(21)的仅属于所述柴油发电机单元的测量构件和/或所述燃料测量装置(22)的仅属于所述柴油发电机单元的测量构件。
4.如权利要求1-3中任一项所述的能量供给和驱动设备，其特征在于，在所述柴油发电机(2)的基座(23)内或者处布置有振动传感器(24)，所述振动传感器连接到所述控制装置(11)，并且所述柴油发电机单元(2)的柴油发动机(3)借助所述控制装置(11)运行成使得引入所述柴油发电机单元(2)的所述基座(23)的振动减到最小。
5.如权利要求1-4中任一项所述的能量供给和驱动设备，其特征在于，所述柴油发电机单元(2)的发电机(4)构造成异步发电机(4)，并且布置在每个柴油发电机单元(2)和所述直流电压中间回路(5)之间的变频器单元(9)构造成双向工作，并且这些变频器单元具有至少一个电容器，借助所述电容器的存储着的电能能激励所属的异步发电机(4)。
6.如权利要求5所述的能量供给和驱动设备，其特征在于，所述变频器单元(9)的所述电容器构造成功率电容器，且所述变频器单元(9)能联接成组。
7.如权利要求1-6中任一项所述的能量供给和驱动设备，其特征在于，在所述能量供给和驱动设备的运行中，能在所述控制装置(11)中获悉在所述直流电压中间回路(5)中呈现的电压变化以及在控制所述柴油发电机单元(2)时能考虑所述电压变化。
8.如权利要求1-7中任一项所述的能量供给和驱动设备，其特征在于，布置在每个柴油发电机单元(2)和所述直流电压中间回路(5)之间的变频器单元具有双向的半导体元件，例如IGBT－开关装置。
9.如权利要求1-8中任一项所述的能量供给和驱动设备，其特征在于，所述直流电压中间回路(5)能借助双向半导体开关、较佳为晶体管开关(8)来分离。
10.如权利要求1-9中任一项所述的能量供给和驱动设备，其特征在于，所述能量供给和驱动设备的发电机(4)借助布置在所述柴油发电机单元(2)和所述直流电压中间回路(5)之间的变频器单元(9)作为电动机来运行，并且其柴油发动机(3)借助作为电动机运行的发电机(4)被置于其起动转速。
11.如权利要求10所述的能量供给和驱动设备(1)，其特征在于，所述能量供给和驱动设备的柴油发动机(3)借助作为电动机运行的发电机(4)能被置于如下转速：所述转速至少对应于最佳的起动转速并且最大对应于所述柴油发动机(3)的额定转速。
12.如权利要求1-11中任一项所述的能量供给和驱动设备，其特征在于，所述能量供给和驱动设备的控制装置(11)具有诊断单元(25)，在所述诊断单元中能获悉所传递的运行数据以及从所述控制单元(11)输出的控制信号，并且能将所述运行数据和所述控制信号存储在存储器介质中，所述存储器介质经由英特网和/或合适的数据路径能远程访问，并且分析单元属于所述诊断单元，借助所述分析单元，在考虑已获悉的运行数据和控制信号以及针对每个柴油发动机(3)的当前要求的情况下能计算出针对每个柴油发动机(3)的经优化的运行过程。
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