CN109193775A

CN109193775A - 船用柴油机试车能量回收装置

Info

Publication number: CN109193775A
Application number: CN201811166232.9A
Authority: CN
Inventors: 戴群
Original assignee: CSSC Marine Power Co Ltd
Current assignee: CSSC Marine Power Co Ltd
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-08
Publication date: 2019-01-11

Abstract

本发明公开了一种船用柴油机试车能量回收装置，包括柴油发电机组、柴油机、同步发电机、联接柜、整流器、储能装置、逆变器、出线柜、区域供电柜、市电并网柜、扭矩传感器、转速编码器、传动连接件、能量管理系统、充电装置、自用变压器T1、并网变压器T2；所述柴油机通过传动连接件与同步发电机轴连接，并通过电缆与联接柜连接，柴油发电机组也通过电缆与联接柜连接；联接柜与整流器通过电缆连接，将交流电转变为直流电；所述整流器的直流输出端通过电缆与储能装置的充电装置连接，充电装置为储能装置充电；可通过自用变压器T1给区域供电柜供电，或通过并网变压器T2向市电并网柜供电。本发明实现柴油主机和柴油发电机组试车的能量回收。

Description

船用柴油机试车能量回收装置

技术领域

本发明涉及一种船用柴油机试车能量回收装置，属于柴油机台架试验工艺技术领域。

背景技术

在船用动力领域，柴油机及柴油发电机组应用非常广泛，常配合变速齿轮箱作为船舶主机和作为船舶电源装置。在其安装上船前，按照国家船舶行业标准CB/T 32M以及各家船级社规范要求，按规定应进行数十项台架试验项目。在柴油机研制过程中以及出厂试验时均要按照设计要求进行加载对应的功率进行各项试验，通过试验的柴油机产品才能交付船厂。正常测试时，一般是将柴油机和发电机组输出的机械能和电能直接以损耗的形式进行加载试验。柴油机的机械能通过水力测功机转化为的水的温升（热能），而柴油发电机组的电能则通过水电阻同样转化为水的温升（热能），都通过散热的方式白白浪费掉了。船用柴油机及发电机组功率相对都比较大，试验工况比较多，每台柴油机在测试前还需要进行多达15个小时的空载及部分负荷磨合试验，每台柴油机总试验时间约30小时。因此，柴油机试车所浪费的能量是非常巨大的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船用柴油机试车能量回收装置，将船用柴油机在车间台架试验阶段试车所消耗的不稳定能量进行存储，并对存储的稳定可控能量进行再利用，从而减少能源浪费。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种船用柴油机试车能量回收装置，包括柴油发电机组、柴油机、同步发电机1、联接柜2、整流器3、储能装置4、逆变器5、出线柜6、区域供电柜7、市电并网柜8、扭矩传感器9、转速编码器10、传动连接件11、能量管理系统12、充电装置13、自用变压器T1、并网变压器T2；所述柴油机通过传动连接件11与同步发电机1轴连接，传动连接件11上安装扭矩传感器9；所述同步发电机1安装有转速编码器10，并通过电缆与联接柜2连接，柴油发电机组也通过电缆与联接柜2连接；联接柜2与整流器3通过电缆连接，将交流电转变为直流电；所述整流器3的直流输出端通过电缆与储能装置4的充电装置13连接，充电装置13为储能装置4充电；能量管理系统12与充电装置13连接，所述储能装置4输出端与逆变器5输入端通过电缆连接，所述逆变器5输出端通过出线柜6与自用变压器T1连接，自用变压器T1给区域供电柜7供电，区域供电柜7向工厂部分区域供电；所述逆变器5输出端通过出线柜6与并网变压器T2连接，并网变压器T2向市电并网柜8供电，市电并网柜8与市电并网，向城市供电网馈电。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述船用柴油机试车能量回收装置，所述能量管理系统12包括PLC逻辑控制器20、工作站21、远程显示屏22、网络交换机23，所述PLC逻辑控制器20分别与充电装置13、出线柜6、扭矩传感器9、转速编码器10连接，采集充电电流、电池温度、扭矩、转速信号，并通过数据分析处理，向出线柜6发出断路器合闸、脱扣和调节充电功率控制指令；网络交换机23与PLC逻辑控制器20、工作站21和远程显示屏22构成能量管理系统局域网络，进行PLC逻辑控制器20、工作站21和远程显示屏22之间的数据交换；工作站21的计算机进行参数设置、数据存储以及监控数据显示，远程显示屏22进行远程端的信息显示。

前述船用柴油机试车能量回收装置，所述储能装置4为容量匹配的蓄电池组，并配有温度保护装置。

前述船用柴油机试车能量回收装置，所述联接柜2为带联锁的电气柜，限制柴油发电机组和同步发电机同时合闸通电。

前述船用柴油机试车能量回收装置的能量管理系统的控制方法为：系统开始启动，PLC逻辑控制器进行初始化，然后通过PLC逻辑控制器的输入、输出接口进行扭矩、转速、温度、电压信号采集，并经能量管理系统局域网络传输至工作站和远程显示屏显示；PLC逻辑控制器监测储能装置温度和联接柜电压正常，则合闸断路器K3闭合，开始充电；如储能装置温度和联接柜电压不正常，则在工作站和远程显示屏显示和报警；开始充电后，在工作站设定充电功率值，并向充电装置发出充电功率调节指令，当功率达到设定值，检测扭矩、转速是否正常；如功率未达到设定值，继续调节充电功率；储能装置电量大于95%时，断路器K3脱扣停止充电，并在工作站和远程显示屏显示和报警；如电量未到达95%，则继续充电；停止充电后，断路器K5合闸，选择向区域局部供电或市电并网供电模式，开始放电；检测储能装置电量，当电量小于5%，断路器K3合闸，重复充电过程；当电量大于5%，继续保持供电输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过将试车能量进行储能处理并向工厂区域供电或市电网并网馈电，从而实现船用柴油机试车所消耗的化学能转化为电能进行回收再利用。本发明可用于各种型号的柴油主机和柴油发电机组试车的能量回收。船用主机和发电机组均可通过此技术实现能量回收。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图；

图2是本发明具体实施例的电力网络单线图；

图3是本发明能量管理系统结构图；

图4是本发明能量管理系统控制流程图。

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，船用柴油机试车能量回收装置，包括柴油发电机组、柴油机、同步发电机1、联接柜2、整流器3、储能装置4、逆变器5、出线柜6、区域供电柜7、市电并网柜8、扭矩传感器9、转速编码器10、传动连接件11、能量管理系统12、充电装置13、自用变压器T1、并网变压器T2；所述柴油机通过传动连接件11与同步发电机1轴连接，传动连接件11上安装扭矩传感器9；所述同步发电机1安装有转速编码器10，并通过电缆与联接柜2连接，柴油发电机组也通过电缆与联接柜2连接；所述联接柜2为带联锁的电气柜，柴油发电机组和同步发电机不能同时合闸通电，联接柜2与整流器3通过电缆连接，将交流电转变为直流电；所述整流器3的直流输出端通过电缆与储能装置4的充电装置13连接，充电装置13为储能装置4充电；所述储能装置4为容量匹配的蓄电池组，包括其温度保护装置；所述充电装置13为充电电流可调的为蓄电池组充能，用以调节用电负荷，其与一套能量管理系统相连接。能量管理系统12与充电装置13连接，所述储能装置4输出端与逆变器5输入端通过电缆连接，将所存储的电能的直流电转变为交流电。所述逆变器5输出端通过出线柜6与自用变压器T1连接，自用变压器T1给区域供电柜7供电，区域供电柜7向工厂部分区域供电；所述逆变器5输出端通过出线柜6与并网变压器T2连接，并网变压器T2向市电并网柜8供电，市电并网柜8与市电并网，向城市供电网馈电。

如图2所示是本发明具体实施例的电力网络单线图；图中使用的元器件包括同步发电机1、联接柜2、断路器K1、断路器K2、断路器K3、整流器3、储能装置4、断路器K4、逆变器5、断路器K5、出线柜6、断路器K6、断路器K7、自用变压器T1、并网变压器T2、断路器K8、断路器K9、区域供电柜7、市电并网柜8、断路器K10、断路器K11、扭矩传感器9、转速编码器10、传动连接件11、能量管理系统12、充电装置13。

船用柴油机分为主机和发电机组两种用途。主机试车主要消耗机械能，设计一台同步发电机1通过传动连接件11与待测柴油主机机械连接，扭矩传感器9安装在传动连接件（轴）上，同步发电机1的后端轴上安装有转速编码器10。同步发电机1主电缆连接到联接柜2上，联接柜上安装有断路器K1，用于同步发电机1的电流保护。柴油发电机组试车主要消耗电能，待测发电机组主电缆直接与联接柜2相连接，联接柜2上安装有断路器K2，用于待测发电机组的电流保护。联接柜2上安装有断路器K3，输出端与整流器3相连，将交流电转变为直流电。整流器3通过充电装置13与储能装置4连接，充电装置13配置有能量管理系统12，包含：信号采集模块、智能控制模块、显示模块，主要用于储能装置4的充电、电能调度等管理控制。储能装置4的输出端通过断路器K4与逆变器5连接，将储能装置4的直流电转变回交流向外输送。逆变器5的输出端通过K5与出线柜6连接。出线柜6上安装有断路器K6，连接至自用变压器T1，变压器T1副边通过断路器K9连接至区域供电柜7，区域供电柜7上装有输出断路器K11，向符合负载要求的工厂部分区域馈电。出线柜6上安装有断路器K7，连接至并网变压器T2，并网变压器T2副边通过断路器K8连接至市电并网柜8，市电并网柜8上装有输出断路器K10，向市电网馈电。

本发明的工作过程如下：

船用柴油机开展试车工作前，主机和发电机组分别与同步发电机1和联接柜2上的断路器K2连接好。起动待测柴油机前，首先将断路器K1和断路器K2断开。如测试船用主机，先将主机通过传动连接件11与同步发电机1进行机械连接牢固。首先起动柴油机，带动同步发电机旋转发电，检查电压和频率正常后，断路器K1合闸，向联接柜2供电。如测试发电机组，则首先将发电机组主电缆连接至联接柜2的断路器K2一端，然后起动柴油发电机组，检查电压和频率正常后，断路器K2合闸，向联接柜2供电。断路器K1和断路器K2间带有机械联锁装置，不能同时合闸，避免两路交流电输入同期并联。联接柜2带有电压、电流、频率监测仪表，当检查正常，断路器K3合闸，向整流器3供电。整流器3将联接柜输送的交流电转换为直流电，继而通过充电装置13为储能装置4充电。能量管理系统12通过控制电缆与充电装置13相连，它可以控制电能的转移和调度，并通过调节充电电流大小，从而改变待测柴油机或发电机组的试验负载，以满足试车不同负荷的试验。从而将试车过程变化的不稳定能量存储起来，至此，完成试车能量的存储过程。

完成能量存储后，断路器K4合闸，将储能装置4与逆变器5连通，直流电转换为交流，以便用于常规供电或向市电网馈电。检查逆变器输出电压、频率正常后，断路器K5合闸，馈电至出线柜6。检查出线柜电压、频率正常后，根据能量管理系统12监测数据，判断所存储电能为工厂部分区域供电或向市电网馈电。当为区域供电模式时，断路器K6合闸，通过自用变压器将出线电压变为与区域电网电压一致，将断路器K9合闸，馈电至区域供电柜7，然后将工厂区域配电网先与市电网脱开，检查区域供电柜7电压和频率正常后将断路器K11合闸，储能装置4的电能即向工厂区域供电，形成工厂微电网；当为市电网并网模式时，断路器K7合闸，通过并网变压器将出线电压变为与市电网电压一致，将断路器K8合闸，馈电至市电并网柜8，自动检测并网柜电压、频率、相位与市电网一致后，断路器K10合闸与市电网并联运行，通过能量管理系统12进行电能调度，转移部分负荷至储能装置4，从而向市电网馈电运行。

如图3所示，所述能量管理系统12包括PLC逻辑控制器20、工作站21、远程显示屏22、网络交换机23，所述PLC逻辑控制器20分别与充电装置13、出线柜6、扭矩传感器9、转速编码器10连接，采集充电电流、电池温度、扭矩、转速信号，并通过数据分析处理，向出线柜6发出断路器合闸、脱扣和调节充电功率控制指令；网络交换机23与PLC逻辑控制器20、工作站21和远程显示屏22构成能量管理系统局域网络，进行PLC逻辑控制器20、工作站21和远程显示屏22之间的数据交换；工作站21的计算机进行参数设置、数据存储以及监控数据显示，远程显示屏22进行远程端的信息显示。

如图4所示，能量管理系统主要逻辑关系：系统开始启动，PLC进行初始化，然后通过PLC的输入、输出接口进行扭矩、转速、温度、电压等信号；信号经能量管理系统局域网络传输至工作站和远程显示屏显示；PLC监测储能装置温度和联接柜电压正常，则合闸断路器K3，开始充电；如温度和压力不正常，则在工作站和远程显示屏显示和报警；开始充电后，在工作站设定充电功率值，并向充电器发出充电功率调节指令，当功率达到设定值，检测扭矩、和转速是否正常；如功率未达到设定值，继续调节充电功率。储能装置电量大于95%时，断路器K3脱扣停止充电，并在工作站和远程显示屏显示和报警；如电量未到达95%，则继续充电；停止充电后，断路器K5合闸，选择向区域局部供电或市电并网供电模式，开始放电，检测储能装置电量，当电量小于5%，断路器K3合闸，重复充电过程；当电量大于于5%，继续保持供电输出。

通过将试车能量进行储能处理并向工厂区域供电或市电网并网馈电，从而实现船用柴油机试车所消耗的化学能转化为电能进行回收再利用。

本发明可用于各种型号的柴油主机和柴油发电机组试车的能量回收。船用主机和发电机组均可通过此种方法实现能量回收。

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

1.一种船用柴油机试车能量回收装置，其特征在于，包括柴油发电机组、柴油机、同步发电机、联接柜、整流器、储能装置、逆变器、出线柜、区域供电柜、市电并网柜、扭矩传感器、转速编码器、传动连接件、能量管理系统、充电装置、自用变压器T1、并网变压器T2；所述柴油机通过传动连接件与同步发电机轴连接，传动连接件上安装扭矩传感器；所述同步发电机安装有转速编码器，并通过电缆与联接柜连接，柴油发电机组也通过电缆与联接柜连接；联接柜与整流器通过电缆连接，将交流电转变为直流电；所述整流器的直流输出端通过电缆与储能装置的充电装置连接，充电装置为储能装置充电；能量管理系统与充电装置连接，所述储能装置输出端与逆变器输入端通过电缆连接，所述逆变器输出端通过出线柜与自用变压器T1连接，自用变压器T1给区域供电柜供电，区域供电柜向工厂部分区域供电；所述逆变器输出端通过出线柜与并网变压器T2连接，并网变压器T2向市电并网柜供电，市电并网柜与市电并网，向城市供电网馈电。

2.如权利要求1所述的船用柴油机试车能量回收装置，其特征在于，所述能量管理系统包括PLC逻辑控制器、工作站、远程显示屏、网络交换机，所述PLC逻辑控制器分别与充电装置、出线柜、扭矩传感器、转速编码器连接，采集充电电流、电池温度、扭矩、转速信号，并通过数据分析处理，向出线柜发出断路器合闸、脱扣和调节充电功率控制指令；网络交换机与PLC逻辑控制器、工作站和远程显示屏构成能量管理系统局域网络，进行PLC逻辑控制器、工作站和远程显示屏之间的数据交换；工作站的计算机进行参数设置、数据存储以及监控数据显示，远程显示屏进行远程端的信息显示。

3.如权利要求1所述的船用柴油机试车能量回收装置，其特征在于，所述储能装置为容量匹配的蓄电池组，并配有温度保护装置。

4.如权利要求1所述的船用柴油机试车能量回收装置，其特征在于，所述联接柜为带联锁的电气柜，限制柴油发电机组和同步发电机同时合闸通电。

5.如权利要求1所述的船用柴油机试车能量回收装置的能量管理系统的控制方法，其特征在于，系统开始启动，PLC逻辑控制器进行初始化，然后通过PLC逻辑控制器的输入、输出接口进行扭矩、转速、温度、电压信号采集，并经能量管理系统局域网络传输至工作站和远程显示屏显示；PLC逻辑控制器监测储能装置温度和联接柜电压正常，则合闸断路器K3闭合，开始充电；如储能装置温度和联接柜电压不正常，则在工作站和远程显示屏显示和报警；开始充电后，在工作站设定充电功率值，并向充电装置发出充电功率调节指令，当功率达到设定值，检测扭矩、转速是否正常；如功率未达到设定值，继续调节充电功率；储能装置电量大于95%时，断路器K3脱扣停止充电，并在工作站和远程显示屏显示和报警；如电量未到达95%，则继续充电；停止充电后，断路器K5合闸，选择向区域局部供电或市电并网供电模式，开始放电；检测储能装置电量，当电量小于5%，断路器K3合闸，重复充电过程；当电量大于5%，继续保持供电输出。