CN110329479A - 一种船舶供电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶供电系统及方法，其包括主机、主机负荷状态检测器、中央处理器、第一发电机、第一功率检测器、第一开关装置、辅机、第二发电机、第二功率检测器和第二开关装置，主机与主机负荷状态检测器电连接，主机的输出端与第一发电机的输入端电连接，第一发电机的输出端与第一功率检测器的输入端电连接，第一开关装置的输入端与第一发电机、第一功率检测器和中央处理器电连接，第一开关装置的输出端和负载电连接，第一功率检测器的输出端与中央处理器电连接。本发明的目的是提供的船舶供电系统及方法在保证正常供电的情况下能节省燃油，降低能耗。

Description

一种船舶供电系统及方法

技术领域

本发明涉及船舶发电系统技术领域，特别是一种船舶供电系统及方法。

背景技术

中小型船舶，主要用于内河和沿海地区的交通以及辅助工程作业。该类船舶设有船用柴油机，船用柴油机按其在船舶中的作用可分为主机和辅机，主机为船舶提供推进动力，辅机用来带动发电机、空气压缩机或水泵等。现有的中小型船舶一般设置有一台为船舶航行提供推进动力的主机、至少一台辅机和两台为船上设备供电的发电机。

在实际航行中，往往会存在如下问题：在船舶航行时，主机功率大部分时间处于低负荷状态，即其总功率不超过60％，大部分的功率被闲置，同时，由于船用柴油机的最佳油耗点一般在额定功率的70％～85％，在低负荷状态下，主机运行会浪费燃油。

发明内容

本发明的目的是提供一种船舶供电系统及方法，其在保证正常供电的情况下能节省燃油，降低能耗。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种船舶供电系统，包括主机、主机负荷状态检测器、中央处理器、第一发电机、第一功率检测器、第一开关装置、辅机、第二发电机、第二功率检测器、第二开关装置和至少一个交互控制装置，

所述主机与所述主机负荷状态检测器电连接，所述主机的输出端与所述第一发电机的输入端电连接，

所述第一发电机的输出端与所述第一功率检测器的输入端电连接，所述第一开关装置的输入端与所述第一发电机、所述第一功率检测器和所述中央处理器电连接，所述第一开关装置的输出端和负载电连接，所述第一功率检测器的输出端与所述中央处理器电连接，

所述第二发电机的输入端与所述辅机的输出端电连接，所述第二发电机的输出端与所述第二功率检测器电连接，所述第一开关装置的输入端与所述第二发电机、所述第二功率检测器和所述中央处理器电连接，所述第二开关装置的输出端和负载电连接，所述第二功率检测器的输出端与所述中央处理器电连接，

所述交互控制装置的输出端与所述中央处理器电连接。

作为优选方案，还包括稳压恒频装置，所述稳压恒频装置的输入端与所述第一发电机的输出端电连接，所述稳压恒频装置的输出端与所述第一功率检测器电连接。

作为优选方案，还包括若干个第三开关装置，所述第三开关装置的输入端分别与所述中央处理器、所述第一开关装置和所述第二开关装置电连接，所述第三开关装置的输出端和负载电连接。

作为优选方案，还包括若干个第三功率检测器，所述第三功率检测器的输入端与所述第三开关装置电连接，所述第三功率检测器的输出端与负载电连接。

作为优选方案，所述第一发电机的输入端通过离合器与所述主机的输出端电连接。

为了解决相同的问题，本发明实施例还提供一种基于上述任一技术方案所述的船舶供电系统的供电方法，其包括以下步骤：

步骤1：主机负荷状态检测器检测主机的负荷情况，并反馈给中央处理器；

步骤2：若所述主机的总功率小于阈值，所述中央处理器控制第一开关装置闭合，第二开关装置断开，所述主机带动第一发电机发电，为船舶上的负载供电，

若所述主机的总功率不小于阈值，所述中央处理器控制所述第一开关装置断开，所述第二开关装置闭合，辅机带动所述第二发电机发电，为船舶上的负载供电，

需要关闭所述主机时，交互控制装置通过所述中央处理器控制所述第一开关装置断开，所述第二开关装置闭合，所述辅机带动所述第二发电机发电，为船舶上的负载供电。

作为优选方案，所述阈值为50％～70％。

综上，本发明实施例所提供的一种船舶供电系统及方法，其第一发电机与主机的输出端电连接，当主机功率低于阈值时，第一发电机利用主机的剩余功率发电，第二发电机停止运行，合理利用能源，保证主机处于最佳油耗点的状态，能节省燃油，当主机功率不低于阈值时，中央处理器控制第一发电机和第二发电机同步并车，随后第一发电机停止运行，由辅机带动第二发电机发电，保证主机有足够的功率为船舶提供推进力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的船舶供电系统的示意图。

附图标记：

1、中央处理器，2、第一发电机，3、第二发电机，4、第一功率检测器，5、第二功率检测器，6、第一开关装置，7、第二开关装置，8、主机负荷状态检测器，9、负载，10、交互控制装置，11、稳压恒频装置，12、第三开关装置，13、第三功率检测器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供一种船舶供电系统，其包括主机、主机负荷状态检测器8、中央处理器1、第一发电机2、第一功率检测器4、第一开关装置6、辅机、第二发电机3、第二功率检测器5、第二开关装置7和至少一个交互控制装置10，主机与主机负荷状态检测器8电连接，主机的输出端与第一发电机2的输入端电连接，第一发电机2的输出端与第一功率检测器4的输入端电连接，第一开关装置6的输入端与第一发电机2、第一功率检测器4和中央处理器1电连接，第一开关装置6的输出端和负载9电连接，第一功率检测器4的输出端与中央处理器1电连接，第二发电机3的输入端与辅机的输出端电连接，第二发电机3的输出端与第二功率检测器5电连接，第一开关装置6的输入端与第二发电机3、第二功率检测器5和中央处理器1电连接，第二开关装置7的输出端和负载9电连接，第二功率检测器5的输出端与中央处理器1电连接，交互控制装置10的输出端与中央处理器1电连接。

基于上述技术方案，在船舶正常运行时，中央处理器1通过主机负荷状态检测器8检测主机负荷情况，若主机处于低负荷运行，中央处理器1控制第一开关装置6闭合，主机带动第一发电机2发电，为船上的设备提供电力，此时第二开关装置7断开，第二发电机3处于关闭状态。这样能提高主机的燃油经济性，同时能延长柴油发电机的维护保养时间。第一发电机2和第二发电机3具有短时同步并车功能，能够通过中央处理器1控制短时同步并车和负载9转移。在第一发电机2供电的过程中，当中央处理器1通过主机负荷状态检测器8检测到主机处于高负荷状态时，即主机的功率大于或等于60％时，中央处理器1控制第二开关装置7闭合，辅机带动第二发电机3发电，此时第一功率检测器4检测第一发电机2的电压、频率和相位角，第二功率检测器5检测第二发电机3的电压、频率和相位角，当第一发电机2的参数和第二发电机3的参数相同时，中央处理器1发出并车信号，辅机带动第二发电机3的转速慢慢升高，把发电负载9从第一发电机2转移到第二发电机3，最后中央处理器1断开第一开关装置6，第一发电机2停止运行。由于船上设备在航行过程中不能断电，只能通过同步并车的方式来切换台发电机供电。若船舶到港或者到达指定目的地，需要关闭主机时，船员可以通过交互控制装置10向中央处理器1下发指令，由第二发电机3发电，第一发电机2停止工作。在本实施例中，交互控制装置10为操控面板，其数量为两个，一个操控面板设置在本地控制箱内，另一个操控面板设置在驾控台上，便于船员在驾控台远程操控和监视各个设备的状态。该船舶供电系统能提高主机的燃油经济性，延长柴油发电机的维护保养时间。当主机处于较高负荷时，切换成由第二发电机3供电，为主机以储备充足的功率用于船舶的推进。在本实施例中，第一发电机2为轴带发电机，能降低燃油消耗量，减少滑油的消耗。主机负荷状态检测器8、第一功率检测器4和第二功率检测器5均为智能监控仪表，能采集电压、电流、频率、功率、相位角、谐波等参数，船员可直接通过仪表的液晶显示器观看数据，也可以通过通信方式把智能监控仪表所采集的信息传输到中央处理器1中。第一功率检测器4和第二功率检测器5用于实时监测船上设备的用电负载9情况。

船上设备对使用电源都有要求，电压需要稳定在380V/50Hz或者220V/50Hz，偏差不超过±5％以内。由于船舶主机在运行时，主机的转速随着推进需要发生变化，一般在600r/min～1800r/min之间调速，第一发电机2由主机带动，因此第一发电机2的转速是随主机转速变化而变化的。因此，本发明实施例提供的船舶供电系统还包括稳压恒频装置11，稳压恒频装置11的输入端与第一发电机2的输出端电连接，稳压恒频装置11的输出端与第一功率检测器4电连接。增加稳压恒频装置11可以解决主机转速变化令第一发电机2转速变化，而导致的电压波动和频率波动问题，保证第一发电机2输出的电能质量符合船上用电设备的要求。在本实施例中，该稳压恒频装置11为变速恒频恒压柜，优选型号为SB-HDW4B-6，其额定电压为380V，额定电流为30.3A，额定频率为50Hz，功率因素为0.9，相数为1，转速在1100r/min～2200r/min之间，可维持输出电压和频率稳定，容量为6.7kVA。

特别地，本发明实施例提供的船舶供电系统还包括若干个第三开关装置12，第三开关装置12的输入端分别与中央处理器1、第一开关装置6和第二开关装置7电连接，第三开关装置12的输出端和负载9电连接。船舶供电系统为船上多个设备供电，包括但不限于机舱风机、消防舱底泵、污油水泵、燃油泵、潜水泵、液压锚机、舵机、助航用电设备(包括雷达、GPS和电罗经等)和生活用电设备(包括照明、冰箱、空调、洗衣机、饮水机等)。第一开关装置6和第二开关装置7与多个第三开关装置12电连接，各第三开关装置12均对应一个负载9。当某个负载9需要用电时，船员可以通过交互控制装置10操纵中央处理器1控制该负载9对应的第三开关装置12闭合，使得第一发电机2和/或第二发电机3为该负载9供电。在本实施例中，第一开关装置6、第二开关装置7和第三开关装置12均为断路器，断路器具有远程分合闸功能，其闭合和断开是通过中央处理器1根据需要控制的。本发明实施例提供的船舶供电系统还包括若干个第三功率检测器13，第三功率检测器13的输入端与第三开关装置12电连接，第三功率检测器13的输出端与负载9电连接。第三功率检测器13用于实时检测对应负载9的功率情况。在本实施例中，第三功率检测器13同样为智能监控仪表。

另外，第一发电机2的输入端通过离合器与主机的输出端电连接。离合器可将主机的输出端和第一发电机2随时分离或接合，其具有接合平稳，分离迅速而彻底，调节和修理方便，外廓尺寸小，质量小，耐磨性好和有足够的散热能力等优点，操作方便省力。当主机处于低负荷状态下时，中央处理器1可以控制离合器合排，第一发电机2通过离合器与主机的输出端连接，以转动发电。随后，第一发电机2和第二发电机3并车，把负载9转移到第一发电机2，并停止第二发电机3运行。当船舶需要大功率航行时，第二发电机3启动，第一发电机2和第二发电机3并车，把负载9转移到第二发电机3，中央处理器1控制离合器脱排，停止第一发电机2运行，以使主机的功率用于船舶推进。

为了解决相同的问题，本发明实施例还提供一种基于上述船舶供电系统的供电方法，其包括以下步骤：

步骤1：主机负荷状态检测器8检测主机的负荷情况，并反馈给中央处理器1；

步骤2：若主机的总功率小于阈值，中央处理器1控制第一开关装置6闭合，第二开关装置7断开，主机带动第一发电机2发电，为船舶上的负载9供电，

若主机的总功率不小于阈值，中央处理器1控制第一开关装置6断开，第二开关装置7闭合，辅机带动第二发电机3发电，为船舶上的负载9供电，

需要关闭主机时，交互控制装置10通过中央处理器1控制第一开关装置6断开，第二开关装置7闭合，辅机带动第二发电机3发电，为船舶上的负载9供电。

主机负荷状态检测器8通过检测主机遥控系统所推进的电子遥控档位和主机实时所消耗的油量获取主机的负荷状态。中央处理器1通过主机负荷状态检测器8的检测数据判断船舶在一段时间内是否需要主机大功率推进，从而决定由第一发电机2发电还是由第二发电机3发电。当两台发电机需要切换运行时，中央处理器1控制第一发电机2和第二发电机3同步并车。所谓同步并车就是两台发电机所发出的电并在一起，共同为船上设备供电，前提是两台发电机发出的电压、频率、相位角相同才能并车。在航行不需要大功率推进，主机处于低负荷状态，而目前是由第二发电机3供电的情况下，为了节省燃油，达到环保经济的目的，需要切换成第一发电机2为船上设备供电，此时，先将第一开关装置6闭合，启动第一发电机2，并调节第二发电机3的转速。通过第一功率检测器4和第二功率检测器5检测两台发电机的电压、频率、相位角，当第一发电机2的参数与第二发电机3的参数相同时，中央处理器1发出并车信号，通过慢慢降低第二发电机3的转速，把发电负载9转移到第一发电机2，断开第二开关装置7，停止运行第二发电机3，主机带动第一发电机2运行，为船舶上的设备供电。若目前由第一发电机2供电，而当主机负荷状态检测器8检测到主机的总功率在大于阈值时，中央处理器1闭合第二开关装置7，启动第二发电机3，并调节其转速，同样的，第一功率检测器4和第二功率检测器5检测两台发电机的电压、频率、相位角，当第一发电机2的参数与第二发电机3的参数相同时，中央处理器1发出并车信号，提高第二发电机3的转速，断开第一开关装置6，使得第一发电机2停止工作，由辅机带动第二发电机3发电。功率检测器将各负载9情况反馈给中央处理器1，中央处理器1将该数据反馈给交互控制装置10，从而实现交互控制装置10对各负载9的监视和遥控。当船舶抵达目的地时，船舶不再需要前进的推进力，主机需要被关闭，此时，为了船舶上的设备能够继续运行，需要供电系统继续为设备供电，船员可以通过交互控制装置10控制中央处理器1，使得第一开关装置6断开，第二开关装置7闭合，第二发电机3启动或继续运行，在第一发电机2和第二发电机3同步并车后，第一发电机2机停止运行，由第二发电机3发电。

值得一提的是，阈值为50％～70％。优选地，本实施例提供的阈值为60％。主机总功率在60％以上属于较高负荷运行。对于小型船舶，发电机的容量仅为主机容量的八分之一左右，具体视不同船舶而定，而柴油机的功率在额定功率的70％～85％最经济。

综上，本发明实施例所提供的一种船舶供电系统及方法，其第一发电机与主机的输出端电连接，当主机功率低于阈值时，第一发电机利用主机的剩余功率发电，第二发电机停止运行，合理利用能源，保证主机处于最佳油耗点的状态，能节省燃油，当主机功率不低于阈值时，中央处理器控制第一发电机和第二发电机同步并车，随后第一发电机停止运行，由辅机带动第二发电机发电，保证主机有足够的功率为船舶提供推进力。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种船舶供电系统，其特征在于，包括主机、主机负荷状态检测器、中央处理器、第一发电机、第一功率检测器、第一开关装置、辅机、第二发电机、第二功率检测器、第二开关装置和至少一个交互控制装置，

所述主机与所述主机负荷状态检测器电连接，所述主机的输出端与所述第一发电机的输入端电连接，

所述第一发电机的输出端与所述第一功率检测器的输入端电连接，所述第一开关装置的输入端与所述第一发电机、所述第一功率检测器和所述中央处理器电连接，所述第一开关装置的输出端和负载电连接，所述第一功率检测器的输出端与所述中央处理器电连接，

所述第二发电机的输入端与所述辅机的输出端电连接，所述第二发电机的输出端与所述第二功率检测器电连接，所述第一开关装置的输入端与所述第二发电机、所述第二功率检测器和所述中央处理器电连接，所述第二开关装置的输出端和负载电连接，所述第二功率检测器的输出端与所述中央处理器电连接，

所述交互控制装置的输出端与所述中央处理器电连接。

2.根据权利要求1所述的船舶供电系统，其特征在于，还包括稳压恒频装置，所述稳压恒频装置的输入端与所述第一发电机的输出端电连接，所述稳压恒频装置的输出端与所述第一功率检测器电连接。

3.根据权利要求1所述的船舶供电系统，其特征在于，还包括若干个第三开关装置，所述第三开关装置的输入端分别与所述中央处理器、所述第一开关装置和所述第二开关装置电连接，所述第三开关装置的输出端和负载电连接。

4.根据权利要求3所述的船舶供电系统，其特征在于，还包括若干个第三功率检测器，所述第三功率检测器的输入端与所述第三开关装置电连接，所述第三功率检测器的输出端与负载电连接。

5.根据权利要求1所述的船舶供电系统，其特征在于，所述第一发电机的输入端通过离合器与所述主机的输出端电连接。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的船舶供电系统的供电方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：主机负荷状态检测器检测主机的负荷情况，并反馈给中央处理器；

步骤2：若所述主机的总功率小于阈值，所述中央处理器控制第一开关装置闭合，第二开关装置断开，所述主机带动第一发电机发电，为船舶上的负载供电，

若所述主机的总功率不小于阈值，所述中央处理器控制所述第一开关装置断开，所述第二开关装置闭合，辅机带动所述第二发电机发电，为船舶上的负载供电，

需要关闭所述主机时，交互控制装置通过所述中央处理器控制所述第一开关装置断开，所述第二开关装置闭合，所述辅机带动所述第二发电机发电，为船舶上的负载供电。

7.根据权利要求6所述的船舶供电系统，其特征在于，所述阈值为50％～70％。