CN109888865B - 一种船舶电力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及船舶及海洋工程技术领域，特别涉及一种船舶电力系统，通过将蓄电池系统与直流母排的输入端连接，直流母排的输出端分别与第一推进变频器的输入端和第二推进变频器的输入端连接，能够使得第一推进变频器和第二推进变频器有较大的电压适应范围，可以通过第一推进变频器和第二推进变频器的调节来解决因蓄电池系统中蓄电池充放电引起的电压变动；第一DC/DC转换单元和第二DC/DC转换单元的升压或降压控制能够确保第一日用逆变器的输入端电压和第二逆变器的输入端电压的稳定和可用性，同时又保证了电网的清洁。
Description
技术领域
本发明涉及船舶及海洋工程技术领域，特别涉及一种船舶电力系统。
背景技术
纯电力推进船是以蓄电池为全船提供动力源的船舶，它典型的电力系统主要包括蓄电池系统、功率管理系统、直流配电板、交流配电板、DC/DC直流转换单元、推进变频器、日用逆变器、推进电机、变压器、AC380V船舶日用负载、AC220V船舶日用负载等。在传统的电力系统中所有的负载(推进电机负载、AC380V船舶日用负载和AC220V船舶日用负载)的用电需求均由直流配电板中的直流母排直接或间接提供，而直流母排电源均由DC/DC直流转换单元输出端提供，此时，选用DC/DC直流转换单元的功率应大于为推进电机与船舶日用负载(AC380V负载及AC220V负载)之和，而相对于一艘纯电力推进船舶的供电系统来说，推进电机功率往往比船舶日用负载大很多，这样，就要求选用功率较大的DC/DC直流转换单元来满足供配电需求。目前，在国内大功率DC/DC直流转换单元技术善不成熟，该设备的选用还依赖于有实力的单位临时研发或者采购屈指可数的进口设备，若临时研发，初投资大；而采购进口设备，其性价比不高。大功率DC/DC直流转换单元对应的体积大，无论是安装在直流配电板内还是独立于直流配电板，都占用比较大的空间。且因DC/DC直流转换单元处于船舶电源到推进动力负载、船舶日用负载的必经之路，当其故障时，直接导致后续电路供电故障，影响船舶安全。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种船舶电力系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种船舶电力系统，包括蓄电池系统和直流配电板；
所述直流配电板包括直流母排、第一推进变频器、第二推进变频器、第一DC/DC转换单元、第二DC/DC转换单元、第一日用逆变器和第二日用逆变器，所述蓄电池系统与所述直流母排的输入端连接，所述直流母排的输出端分别与所述第一推进变频器的输入端和第二推进变频器的输入端连接，所述直流母排的输出端通过所述第一DC/DC转换单元与所述第一日用逆变器的输入端连接，所述直流母排的输出端通过所述第二DC/DC转换单元与所述第二日用逆变器的输入端连接。
本发明的有益效果在于：
通过将蓄电池系统与直流母排的输入端连接，直流母排的输出端分别与第一推进变频器的输入端和第二推进变频器的输入端连接，能够使得第一推进变频器和第二推进变频器有较大的电压适应范围，可以通过第一推进变频器和第二推进变频器的调节来解决因蓄电池系统中蓄电池充放电引起的电压变动；通过直流母排的输出端通过第一DC/DC转换单元与第一日用逆变器的输入端连接，直流母排的输出端通过第二DC/DC转换单元与第二日用逆变器的输入端连接，第一DC/DC转换单元和第二DC/DC转换单元的升压或降压控制能够确保第一日用逆变器的输入端电压和第二逆变器的输入端电压的稳定和可用性，同时又保证了电网的清洁。且本方案设计的船舶电力系统能够降低电力系统中可能存在的因共用电路故障引起的系统风险。
附图说明
图1为根据本发明的一种船舶电力系统的结构示意图；
标号说明：
1、蓄电池系统；101、第一蓄电池子系统；102、第二蓄电池子系统；103、第一蓄电池组管理系统；104、第二蓄电池组管理系统；
2、直流配电板；201、直流母排；202、第一推进变频器；203、第二推进变频器；204、第一DC/DC转换单元；205、第二DC/DC转换单元；206、第一日用逆变器；207、第二日用逆变器；K1、第一开关；K2、第二开关；K3、第三开关；
3、交流母排；
4、第一推进电机；
5、第二推进电机；
6、第一日用负载；
7、第二日用负载；
T1、第一变压器；T2、第二变压器。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：通过将蓄电池系统与直流母排直接连接，从而降低电力系统中可能存在的因共用电路故障引起的系统风险。
请参照图1，本发明提供的技术方案：
一种船舶电力系统，包括蓄电池系统和直流配电板；
所述直流配电板包括直流母排、第一推进变频器、第二推进变频器、第一DC/DC转换单元、第二DC/DC转换单元、第一日用逆变器和第二日用逆变器，所述蓄电池系统与所述直流母排的输入端连接，所述直流母排的输出端分别与所述第一推进变频器的输入端和第二推进变频器的输入端连接，所述直流母排的输出端通过所述第一DC/DC转换单元与所述第一日用逆变器的输入端连接，所述直流母排的输出端通过所述第二DC/DC转换单元与所述第二日用逆变器的输入端连接。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：
通过将蓄电池系统与直流母排的输入端连接，直流母排的输出端分别与第一推进变频器的输入端和第二推进变频器的输入端连接，能够使得第一推进变频器和第二推进变频器有较大的电压适应范围，可以通过第一推进变频器和第二推进变频器的调节来解决因蓄电池系统中蓄电池充放电引起的电压变动；通过直流母排的输出端通过第一DC/DC转换单元与第一日用逆变器的输入端连接，直流母排的输出端通过第二DC/DC转换单元与第二日用逆变器的输入端连接，第一DC/DC转换单元和第二DC/DC转换单元的升压或降压控制能够确保第一日用逆变器的输入端电压和第二逆变器的输入端电压的稳定和可用性，同时又保证了电网的清洁。且本方案设计的船舶电力系统能够降低电力系统中可能存在的因共用电路故障引起的系统风险。
进一步的，所述直流配电板还包括第一开关和第二开关，所述蓄电池系统包括第一蓄电池子系统、第二蓄电池子系统、第一蓄电池组管理系统和第二蓄电池组管理系统，所述第一蓄电池子系统与所述第一蓄电池组管理系统连接，所述第二蓄电池子系统与所述第二蓄电池组管理系统连接，所述第一蓄电池组管理系统通过所述第一开关与直流母排连接，所述第二蓄电池组管理系统通过所述第二开关与直流母排连接。
由上述描述可知，将蓄电池系统通过第一开关和第二开关与直流母排连接，能够使蓄电池系统中的各个蓄电池子系统独立为电力系统供电。
进一步的，所述直流母排上设有第三开关，所述第三开关的一端与所述第一开关的一端连接，所述第三开关的另一端与所述第二开关的一端连接。
进一步的，所述直流母排的电压为460-1000V。
进一步的，还包括交流母排，所述交流母排的输入端分别与所述第一日用逆变器的输出端和第二日用逆变器的输出端连接。
从上述描述可知，交流母排的输入端分别与所述第一日用逆变器的输出端和第二日用逆变器的输出端连接获得电源为电力系统中的负载提供电源。
进一步的，还包括第一变压器、第二变压器、第一日用负载和第二日用负载，所述交流母排的输出端分别与所述第一变压器的一端、第二变压器的一端和第二日用负载连接，所述第一日用负载分别与所述第一变压器的另一端和第二变压器的另一端连接。
进一步的，所述第一DC/DC转换单元的功率分别大于所述第一日用负载的功率和第二日用负载的功率，所述第二DC/DC转换单元的功率分别大于所述第一日用负载的功率和第二日用负载的功率。
从上述描述可知，第一DC/DC转换单元的功率和第二DC/DC转换单元的功率的显著降低，能够直接降低了设备的采购难度和采购费用，同时也减小了该设备的体积和缩小直流配电板的尺寸，为船舶设备布置节省了空间。
进一步的，还包括第一推进电机和第二推进电机，所述第一推进电机与第一推进逆变器的输出端连接，所述第二推进电机与第二推进逆变器的输出端连接。
从上述描述可知，所述第一推进电机与第一推进逆变器的输出端连接，所述第二推进电机与第二推进逆变器的输出端连接，第一推进电机从第一推进逆变器获得电源和第二推进电机从第二推进逆变器获得电源分别为船舶提供推进动力，并通过对第一推进变频器和第二推进逆变器的控制来适应直流母排因蓄电池充放电引起的电压变化，从而满足船舶推进动力需求。
请参照图1，本发明的实施例一为：
一种船舶电力系统，包括蓄电池系统1和直流配电板2；
所述直流配电板2包括直流母排201、第一推进变频器202、第二推进变频器203、第一DC/DC转换单元204、第二DC/DC转换单元205、第一日用逆变器206和第二日用逆变器207，所述蓄电池系统1与所述直流母排201的输入端连接，所述直流母排201的输出端分别与所述第一推进变频器202的输入端和第二推进变频器203的输入端连接，所述直流母排201的输出端通过所述第一DC/DC转换单元204与所述第一日用逆变器206的输入端连接，所述直流母排201的输出端通过所述第二DC/DC转换单元205与所述第二日用逆变器207的输入端连接。
所述直流配电板2还包括第一开关K1和第二开关K2，所述蓄电池系统1包括第一蓄电池子系统101、第二蓄电池子系统102、第一蓄电池组管理系统103和第二蓄电池组管理系统104，所述第一蓄电池子系统101与所述第一蓄电池组管理系统103连接，所述第二蓄电池子系统102与所述第二蓄电池组管理系统104连接，所述第一蓄电池组管理系统103通过所述第一开关K1与直流母排201连接，所述第二蓄电池组管理系统104通过所述第二开关K2与直流母排201连接。
第一蓄电池子系统101和第二蓄电池子系统102均由若干蓄电池串联组成。
第一蓄电池管理系统103和第二蓄电池管理系统104为相同的蓄电池管理系统，具有蓄电池状态监测与分析、充放电控制、故障诊断等功能，分为上级管理系统和下级管理系统，下级管理系统监测单个蓄电池的电压、电流、温度等参数，并向上级管理系统传递上述信息；上级管理系统与下级管理系统连接，监测蓄电池子系统电压、电流、与及电池系统功能等，并向直流配电板传递上述信息。
所述直流母排201上设有第三开关K3，所述第三开关K3的一端与所述第一开关K1的一端连接，所述第三开关K3的另一端与所述第二开关K2的一端连接。
所述直流母排201的电压为460-1000V。
还包括交流母排3，所述交流母排3的输入端分别与所述第一日用逆变器206的输出端和第二日用逆变器207的输出端连接。
所述交流母排3的电压为380V。
还包括第一变压器T1、第二变压器T2、第一日用负载6和第二日用负载7，所述交流母排3的输出端分别与所述第一变压器T1的一端、第二变压器T2的一端和第二日用负载7连接，所述第一日用负载6分别与所述第一变压器T1的另一端和第二变压器T2的另一端连接。
第一日用负载6为AC220V负载，即指使用交流电源，且额定电压为220V。
第二日用负载7为AC380V负载，即指使用交流电源，且额定电压为380V。
所述第一DC/DC转换单元204的功率分别大于所述第一日用负载6的功率和第二日用负载7的功率，所述第二DC/DC转换单元205的功率分别大于所述第一日用负载6的功率和第二日用负载7的功率。
还包括第一推进电机4和第二推进电机5，所述第一推进电机4与第一推进逆变器202的输出端连接，所述第二推进电机5与第二推进逆变器203的输出端连接。
本方案与常规电力系统相比，主要具有以下优点：
1)第一推进变频器202和第二推进变频器203有较大的电压适应范围，可以通过调节第一推进变频器202和第二推进变频器203来解决因蓄电池系统1中蓄电池充放电引起的电压变动。
2)本方案的电力系统只需考虑第一日用逆变器206的输入端和第二日用逆变器207的输入端的电压问题，可在第一日用逆变器206的输入端设置一个小功率的第一DC/DC转换单元204和第二日用逆变器207的输入端设置一个小功率的第二DC/DC转换单元205即可解决电压稳定的问题又同时保证了电网的清洁，第一DC/DC转换单元204的功率和第二DC/DC转换单元205的功率只要均大于所述第一日用负载6的功率和第二日用负载7的功率即可，这样大大降低了第一DC/DC转换单元204和第二DC/DC转换单元205的功率配置需求。
3)由于直流母排201的输入端减少了第一DC/DC转换单元204和第二DC/DC转换单元205，从而能够减少第一推进电机电路和第二推进电机电路与第一日用负载供电电路和第二日用负载供电电路共用电路，降低了可能存在的因共用电路故障引起的系统风险。
4)DC/DC转换单元的功率由原来的需要大于推进电机与日用负载之和变成大于或日用负载即可，DC/DC转换单元的功率的显著降低，直接降低了设备的采购难度和采购费用，同时也减小了该设备的体积和缩小直流配电板的尺寸，为船舶设备布置节省了空间。
综上所述，本发明提供的一种船舶电力系统，通过将蓄电池系统与直流母排的输入端连接，直流母排的输出端分别与第一推进变频器的输入端和第二推进变频器的输入端连接，能够使得第一推进变频器和第二推进变频器有较大的电压适应范围，可以通过第一推进变频器和第二推进变频器的调节来解决因蓄电池系统中蓄电池充放电引起的电压变动；通过直流母排的输出端通过第一DC/DC转换单元与第一日用逆变器的输入端连接，直流母排的输出端通过第二DC/DC转换单元与第二日用逆变器的输入端连接，第一DC/DC转换单元和第二DC/DC转换单元的升压或降压控制能够确保第一日用逆变器的输入端电压和第二逆变器的输入端电压的稳定和可用性，同时又保证了电网的清洁。且本方案设计的船舶电力系统能够降低电力系统中可能存在的因共用电路故障引起的系统风险。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种船舶电力系统，其特征在于，包括蓄电池系统和直流配电板；
所述直流配电板包括直流母排、第一推进变频器、第二推进变频器、第一DC/DC转换单元、第二DC/DC转换单元、第一日用逆变器和第二日用逆变器，所述蓄电池系统与所述直流母排的输入端连接，所述直流母排的输出端分别与所述第一推进变频器的输入端和第二推进变频器的输入端连接，所述直流母排的输出端通过所述第一DC/DC转换单元与所述第一日用逆变器的输入端连接，所述直流母排的输出端通过所述第二DC/DC转换单元与所述第二日用逆变器的输入端连接；
所述直流配电板还包括第一开关和第二开关，所述蓄电池系统包括第一蓄电池子系统、第二蓄电池子系统、第一蓄电池组管理系统和第二蓄电池组管理系统，所述第一蓄电池子系统与所述第一蓄电池组管理系统连接，所述第二蓄电池子系统与所述第二蓄电池组管理系统连接，所述第一蓄电池组管理系统通过所述第一开关与直流母排连接，所述第二蓄电池组管理系统通过所述第二开关与直流母排连接；
还包括交流母排，所述交流母排的输入端分别与所述第一日用逆变器的输出端和第二日用逆变器的输出端连接；
还包括第一推进电机和第二推进电机，所述第一推进电机与第一推进逆变器的输出端连接，所述第二推进电机与第二推进逆变器的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的船舶电力系统，其特征在于，所述直流母排上设有第三开关，所述第三开关的一端与所述第一开关的一端连接，所述第三开关的另一端与所述第二开关的一端连接。
3.根据权利要求1所述的船舶电力系统，其特征在于，所述直流母排的电压为460-1000V。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的船舶电力系统，其特征在于，还包括第一变压器、第二变压器、第一日用负载和第二日用负载，所述交流母排的输出端分别与所述第一变压器的一端、第二变压器的一端和第二日用负载连接，所述第一日用负载分别与所述第一变压器的另一端和第二变压器的另一端连接。
5.根据权利要求4所述的船舶电力系统，其特征在于，所述第一DC/DC转换单元的功率分别大于所述第一日用负载的功率和第二日用负载的功率，所述第二DC/DC转换单元的功率分别大于所述第一日用负载的功率和第二日用负载的功率。
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