CN110476321A - 船舶上的电能的分配 - Google Patents
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Abstract
一种用于船舶或平台的电能分配系统至少包括主能量源，该主能量源包括AC发电机(127)。AC发电机的第一输出经由变压器(143)和AC到DC转换器(133)耦合到第一DC母线(105，105')，并且AC发电机的第二输出经由整流器(130)单独地耦合到第二DC母线(125，125')。第二DC母线能够在第一电压电平下操作，并且连接到一个或多个主消耗方(135)。第一DC母线(105，105')能够在低于第一电压电平的第二电压电平下操作，并且连接到次级消耗方(123)。在AC发电机(127)到第一DC母线(125，125')上的主消耗方(135)的输出不足的情况下，经由整流器(130)和第一DC母线(125，125')向主消耗方(135)供应来自电能储存元件(103)的能量。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于在包括轮船或平台的船舶上的电能的分配的装置以及一种对用于船舶上的电能的分配的装置进行操作的方法。
背景技术
对于操作船舶，具体地，轮船或平台(例如，石油勘探平台)，电能可能需要分配给若干个消耗方，诸如推进器和泵，这些消耗方要在船舶上进行操作。电能可以由诸如柴油发动机和发电机的原动机生成，或者可以从能量储存器供应。船舶或平台可以包括基本部件，这些基本部件即使在能量分配系统的某个部分发生故障的情况下也需要被供应电能。在发生故障的情况下，可能需要备用能量储存系统，以提供由于故障而不可用的电能。
船舶可以具有对于操作而必需的若干个推进器，典型数目是四个或八个推进器，这些推进器通过AC主供电网而被供应功率。为了适当操作船舶并且具体为了维持船舶在水中的位置，这些推进器必须保持运转。对于基本推进器中的每个基本推进器，可以提供特定的备用能量储存系统，该备用能量储存系统可以在发生故障(例如，主能量供电网发生故障)的情况下为推进器供应电能。各个能量储存备用系统可能需要的容量相对较高，因此可能尺寸相对较大、成本较高、相对更复杂。
更进一步地，由于能量储存系统通常以DC输入/输出进行操作，所以存在集成问题。当对AC主供电网的供电变化以及来自推进器和与AC主供电网耦合的其他部件的需求变化时，管理AC主供电网的动态稳定性可能不易。
因此，希望提供一种用于船舶上的电能的分配的改进装置和一种操作用于在船舶上分配电能的装置的方法。
根据独立权利要求的主题可以满足这种需要。通过从属权利要求对本发明的有利实施例进行了描述。
发明内容
按照本发明的第一方面，一种用于船舶或平台的电能分配系统包括至少一个主能量源；其中该主能量源包括AC发电机；其中AC发电机的第一输出经由变压器和AC-DC转换器耦合到第一DC母线；并且其中AC发电机的第二输出经由整流器单独地耦合到第二DC母线；其中第二DC母线能够在第二电压电平下操作，并且连接到一个或多个主消耗方；其中第一DC母线能够在低于第二电压电平的第一电压电平下进行操作，并且连接到次级消耗方；并且其中在AC发电机到第二DC母线上的主消耗方的输出不足的情况下，来自电能储存元件的能量经由整流器和第二DC母线供应到主消耗方。
在本发明中，AC发电机的第一输出经由变压器和AC-DC转换器耦合到第一DC母线，并且AC发电机的第二输出经由整流器单独地耦合到第二DC母线。这具有以下优点：在主能量供应故障或不足的情况下，来自第一DC母线的储存能量可以供应给第二DC母线上的消耗方。例如，如果主电能供应发生故障或不足以满足供应要求，则第二DC电路能够向第一AC消耗方组中的AC消耗方供应储存能量，并且即使第一AC消耗方组和第二AC消耗方组具有不同的供电要求，也能够同时为与其耦合的第二AC消耗方组中的AC消耗方供电。
第二DC电路可以在与第一DC电路的电压不同的电压下操作，例如，与第二DC母线相关联的第二DC电路可以在比第一DC电路更高的电压下操作，第一DC电路与第二DC母线相关联。
优选地，两个DC电路可以包括储存能量源。因此，可以根据需要从DC母线提供储存能量。主能量源可以包括多个发电机，以在正常操作中向第一DC电路和第二DC电路供应电能。整流器可以包括二极管整流器。
第二DC电路可以包括中压“MV”DC电路。第二DC电路可以例如在10kV至20kV之间、诸如在10kV至15kV之间、特别是在约12kV DC下进行操作。因此，电压可以适合于为传统消耗方、特别是传统AC消耗方供电，该传统消耗方可以经由逆变器连接到第二DC电路。第二DC电路可以包括若干个高功率电缆段。第二DC电路可以包括几个DC条段(DC汇流条)。
第一DC电路可以包括低压“LV”DC电路，并且可以例如在1200V以下、诸如在500V至1000V之间、特别是在约930V DC下进行操作。因此，电压可以适合于为传统消耗方(具体地，可以经由逆变器连接到第一DC电路的传统AC消耗方)供电，这些传统消耗方在与耦合到第二DC电路的那些消耗方的额定值不同的额定值下操作。第一DC电路可以包括若干个高功率电缆段。第一DC电路可以包括几个DC条段(DC汇流条)。
使这种第一DC电路和第二DC电路经由功率转换器彼此耦合有几个优点。这些优点包括在电路之间提供保护，并且还能够在主电能供应发生故障的情况下并且在正常操作条件下主动管理分配装置中的电功率的流动。
第一AC消耗方组和第二AC消耗方组分别与第一DC电路和第二DC电路的操作电压的匹配不需要如针对各种消耗方的AC配电装置中所需的变压器，并且简化了配电装置中备用电能储存元件的连接和操作。此外，由于DC电路用于供电，所以避免了弱AC配电系统的不稳定性问题。即使对于在操作船舶期间需要明显不同的功率量的不同AC消耗方，也可以使用一致的体系架构来完成备用电能储存元件与AC消耗方的集成。
第一DC电路可以经由功率转换器可操作地耦合到第二DC电路，该功率转换器适于使用脉冲宽度调制来控制输入和输出电流和/或输入和输出电压。第一DC电路可以经由包括逆变器、变压器和整流器的功率转换器而可操作地耦合到第二DC电路，使得在主电能供应发生故障的情况下，来自第一DC电路的电能可以在与第二DC电路的正常操作条件一致的电压下传递到第二DC电路。
这样，在主电能供应发生故障的情况下，第二AC消耗方组中的AC消耗方可以操作而无需任何单独的重新配置。
在主电能供应的正常操作中，第一DC电路可以经由功率转换器可操作地耦合到主电能供应。第一DC电路可以经由功率转换器可操作地耦合到主电能供应，该功率转换器适于使用脉冲宽度调制来控制输出电压。
以这种方式使用功率转换器使得主电能供应的输出能够匹配第一AC消耗方组中的AC消耗方的要求以及备用电能储存元件，使得可以在主电能供应的正常操作中选择性地向两者供应电能。
在主电能供应的正常操作中将第一DC电路耦合到主电能供应的功率转换器可以被配置为用于双向操作，使得在主电能供应的正常操作中，电能从主电能供应通过功率转换器传递到第一DC电路，并且在主电能供应发生故障的情况下，电能可以从第一DC电路通过功率转换器传递到第二DC电路。
因此，功率转换器可以在整流器操作之间进行切换，以将来自主电能的AC传递到第一DC电路上作为DC，并且将来自第一DC电路的DC传递作为AC，以供整流和递送到第二DC电路。这样，可以在两个方向上使用从主电能供应到第一DC电路的AC连接，从而简化了装置。
用于分配电能的装置还可以包括用于生成电能的部件，诸如柴油发电机或燃气轮机发电机。主电能供应可以包括一个或多个发电机，以用于在正常操作中向第一DC电路和第二DC电路供应电能。例如，第二DC电路可以耦合到连接在环中的多个发电机，以用于向第二DC电路供应电能。然后，供应给环的电能可以传递到第一DC电路中的第一AC消耗方组中的一个或多个AC消耗方，并且还包括至少一个断路器单元，该至少一个断路器单元可操作以在第二DC电路发生故障(诸如与发电机相关联的故障)的情况下，将一个或多个发电机与第二DC电路断开连接。如果发电机中的一个发电机发生故障，则其他相关联的发电机仍然可以向第二DC电路中的基本AC消耗方提供替代电能、或者通过功率转换器向第一DC电路提供替代电能。因此，可以增强能量分配装置的可靠性。
第一DC电路可以包括连接在环中的多个备用电能储存元件，以用于向第一DC电路供应电能，并且还用于在主电能供应发生故障的情况下，从多个备用电能储存元件向第二DC电路中的一个或多个AC消耗方供应电能。第一DC电路还可以包括至少一个断路器单元，该至少一个断路器单元可操作以在第一DC电路上发生故障(诸如与备用电能储存元件相关联的故障)的情况下，将一个或多个备用电能储存元件与第一DC电路断开连接。如果备用电能储存元件中的一个备用电能储存元件发生故障，则其他相关联的备用电能储存元件仍然可以向第二DC电路中的基本AC消耗方提供替代电能、或者通过电源转换器向第一DC电路提供替代电能。因此，可以进一步增强能量分配装置的高可靠性。
用于电能分配的装置可以包括作为备用电能储存元件的电池。
如上所述，备用电能储存元件被提供以使得在主电能供应发生故障或不足的情况下，实现对基本元件、特别是任一AC消耗方组中的基本AC消耗方(诸如推进器)的供电的一致性。备用电能储存元件可以直接将电能馈送到第一DC电路中，并且间接馈送到第二DC电路中的AC消耗方。
基本上，备用电能储存元件可以在发生故障的情况下向第一DC电路和第二DC电路提供DC供电。在正常条件下，多个备用电能储存元件可以被加载或从主电能供应充电。多个备用电能储存元件中的每个备用电能储存元件可以单独地或同其他备用电能储存元件组合地与第一DC电路断开连接，以便将它们从环中移除。因此，在备用电能储存元件中的一个备用电能储存元件可能发生故障的情况下，具有故障的备用电能储存元件可以以快速且可靠的方式与第一DC电路断开连接。这使得能够继续操作其他备用电能储存元件，以向船舶的消耗方提供电能，或者当其供电正常操作时，允许对备用元件进行充电或加载。
在正常操作中具有彼此连接在环中的多个备用电能储存元件有几个优点。具体地，安装在船舶中的不同AC消耗方(诸如不同的推进器)在操作船舶期间可能需要不同的功率量。因此，在根据本发明的示例实施例的装置中，特定备用电能储存元件不与一个特定消耗方唯一相关联，因此与传统系统相比，备用元件可以具有更低的能量供应容量。
这是因为多个备用电能储存元件的能量输出可以被共享和组合，并且可以用于向第一DC电路或第二DC电路上的任何或所有不同的消耗方供电。具体地，仅从特定相关联的备用电能储存元件向特定AC消耗方供应能量避免了需要将特定备用电能储存元件设计为向特定AC消耗方供应足够功率。可以选择所有备用元件的组合功率输出，使得可以满足所有消耗方的组合功率需求。因此，与传统系统相比，可以减少多个备用电能储存元件的空间和复杂性以及容量。
断路器单元可以包括一个或多个传感器、以及操作传感器并且获取测量信号的电子控制器。因此，断路器单元可以以独立方式自主操作。可以对断路器单元进行编程，以便设定阈值，在该阈值以上时，断路器单元可以断开或中断环内的连接。因此，无需附加测量或控制设备来操作该装置。
为了在正常操作状态或故障状态下设置用于分配电能的装置，可以在该装置的不同部件之间提供多个开关。至少备用元件之间的开关可以被配置为具有非常快的开关速度的断路器单元。其他开关还可以包括机械开关，该机械开关具有低得多的开关速度，诸如比备用元件之间的断路器单元的开关速度低10倍的开关速度。
根据本发明的实施例，AC消耗方可以经由逆变器系统连接到DC电路。AC消耗方可以包括以下各项中的一个或多个：变速驱动器、推进器或辅助设备。
逆变器系统可以将DC功率流逆变为AC功率流或包括具有可调整的占空比和频率的方形或矩形信号的功率流。具体地，推进器可以在期望的频率下操作，并且逆变器系统可以适于提供具有期望频率的功率流，诸如谐波功率流或矩形或方形波。
这样，船舶的不同推进器可以例如在不同的频率或旋转速度下操作，以便确保根据需要定位船舶。
根据本发明的实施例，至少一个推进器经由逆变器系统的两个逆变器从DC电路接收能量。为AC消耗方提供两个流可以以有利的方式支持传统的AC消耗方，诸如推进器。其他数目的逆变器也是可能的。
第二AC消耗方组可以包括通过推进器逆变器从第二DC电路馈电的推进器，其中第一AC消耗方组包括与该推进器相关联的辅助设备，该辅助设备通过辅助逆变器从第一DC电路馈电。辅助逆变器可以设有到第一DC电路(例如，到第二DC电路的配电环的不同部分)的两个连接。
根据本发明的实施例，该装置还包括AC汇流条，该AC汇流条在与其耦合的第三AC消耗方组中具有AC消耗方。AC汇流条可以使用来自第一DC电路的电能通过逆变器馈电。第三AC消耗方组的AC消耗方可以包括辅助设备。AC汇流条可以连接到至少一个其他AC汇流条以形成AC环。
该船舶可以在海上操作，并且可以例如包括平台或轮船。
应当理解，针对用于在船舶上分配电能的装置单独或以任何组合所提供、解释或采用的特征还可以在根据本发明的实施例的对用于在船舶上分配电能的装置进行操作的方法中提供或使用，反之亦然。
可以提供一种对用于在船舶上分配电能的储存电能分配装置进行操作的方法，该储存电能分配装置包括多个AC消耗方，该方法包括：在主电能供应发生故障的情况下，从第一DC电路的备用电能储存元件向耦合到第一DC电路的第一AC消耗方组中的一个或多个AC消耗方供应电能；在主电能供应发生故障的情况下，从第一DC电路并且经由功率转换器向耦合到第二DC电路的第二AC消耗方组中的一个或多个AC消耗方供应电能。
根据本发明的第二方面，一种对用于船舶或平台的电能分配系统进行操作的方法，该系统至少包括主能量源；其中主能量源包括AC发电机；其中AC发电机的第一输出经由变压器和AC-DC转换器耦合到第一DC母线；其中AC发电机的第二输出经由整流器单独地耦合到第二DC母线；其中第二DC母线连接到一个或多个主消耗方；其中第一DC母线连接到次级消耗方；该方法包括：在第一电压电平下操作第一DC母线；在高于第一电压电平的第二电压电平下操作第二DC母线；并且在AC发电机到第二DC母线上的主消耗方的输出不足的情况下，经由整流器和第二DC母线从电能储存元件向主消耗方供应能量。
该方法可以通过用于能量分配的装置来执行，如在本文中所描述的实施例中的任一实施例所提及的。
根据从属权利要求和随后的描述，本发明的其他特征将是显而易见的。
附图说明
现在，参考附图对本发明的实施例进行描述。本发明不约束于或局限于所示出或描述的实施例。
已经参考不同的主题对本发明的实施例进行了描述。具体地，已经参考方法类型权利要求对一些实施例进行了描述，而已经参考装置类型权利要求对其他实施例进行了描述。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中收集，除非另有通知，否则除了属于一种类型主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的、特别是在方法类型权利要求的特征与装置类型权利要求的特征之间的特征的任何组合也被认为是由该文献公开。
现在，参考附图对根据本发明的装置和方法的示例进行描述，其中：
图1A和图1B示意性地图示了根据本发明实施例的用于分配电能的装置的电路图；
图2A和图2B示意性地图示了根据本发明另一实施例的用于分配电能的装置的电路图；
图3示意性地图示了用于本发明的另一实施例的用于向推进器及其辅助设备分配电能的装置的电路图；以及
图4示意性地图示了根据本发明的又一示例实施例的对储存电能分配装置进行操作的方法。
具体实施方式
附图中的图示采用示意性形式。应当指出，在不同的附图中，相似或相同的元件设有相同的附图标记、或者设有仅在第一数字中与对应的附图标记不同的附图标记。
本公开可以提供一种用于在船舶或平台上分配电能的系统，其中实现可靠的能量备用系统，该能量备用系统仅需要不太复杂的设备，该设备体积较小且成本较低，同时确保在主能量分配电网或能量分配电网内的一些子部件发生故障的情况下，向船舶的基本部件可靠且安全供应电能。
用于在图1中所图示的船舶上分配电能的装置100包括第一DC电路101，第一DC电路101具有以电池103为形式的多个备用电能供应元件。在正常操作中，发电机127经由功率转换器133向第一DC电路101供电，发电机127负责向装置100供应主电能。第一DC电路101包括低压(LV)DC电路，该低压(LV)DC电路例如在约930V DC下操作，如由功率转换器133的输出所确定的。
在正常操作中，耦合到第一DC电路101并且包括第一AC消耗方组的AC消耗方经由功率转换器127利用来自发电机127的电能从第一DC电路101供电。第一AC消耗方组包括推进器123，如下文所更详细描述的。在正常操作中，递送到第一DC电路101的电能还可以被供应给备用电能供应元件以供储存，即，为电池103充电。
装置100的另一部分是第二DC电路102，第二DC电路102在正常操作中也由发电机127供电。发电机127包括耦合到AC发电机的柴油发动机。与发电机127相关联的整流器130将供应到整流器130的输入的AC转换为DC，以作为图1中的“HV供电”向第二DC电路供电。在正常操作期间，整流器被馈送相关联的发电机127的输出。第二DC电路102包括中压(MV)DC电路，该中压(MV)DC电路例如在约12kV DC下操作。
在来自发电机127的主电能供应发生故障的情况下，备用电能储存元件将所储存的能量递送到第一DC电路101，以用于第一AC消耗方组的AC消耗方。
另外，第一DC电路101耦合到功率转换器133，功率转换器133使得功率能够在第二DC电路的较高电压电平下从第一DC电路101递送到第二DC电路102，以用于第二AC消耗方组的AC消耗方。
除了将电能递送到HV供电以向第二DC电路供电之外，主电能供应还经由隔离开关141和变压器143通过图1的LV供电向功率转换器133馈电。在变压器143与功率转换器133之间提供滤波器145，如下文关于在主电能供应发生故障的情况下的操作所更详细地说明的。
在正常操作中，来自主电能供应的LV供电作为AC传递到功率转换器133，并且电能从其中被递送到第一DC电路101。功率转换器133控制第一DC电路的操作电压。在功率转换器147与第一DC电路之间提供以开关和熔断器为形式的保护元件147。
在主电能源发生故障的情况下，功率转换器133改变其操作模式并且使电能经由功率转换器133传递到第二DC电路。在这种情况下，功率转换器作为脉冲宽度调制逆变器操作，并且功率转换器133的输出由滤波器145滤波，并且由变压器143变换，以便与LV供电的正常交流电压兼容。LV供电以这种方式操作以馈送整流器130，因此来自电池103的能量可用于第二AC消耗方组中的AC消耗方。变压器143的另一功能是在第一DC电路与第二DC电路之间提供电流隔离。
功率转换器133、诸如下文所描述的断路器的其他有源元件的操作根据用于分配电能的装置100中的感测条件由控制器(未示出)执行，并且通常按照正常控制系统考虑因素由船舶执行。控制器可以是集中式的或分布式的，并且要被理解为负责确定如本文献中所描述的电路元件的连接和电能的分配。
经由包括四个逆变器119、119'的逆变器系统117，第一DC电路101能够经由开关121和熔断器122连接到第一AC消耗方组的AC消耗方。在所图示的示例中，AC消耗方123包括基本推进器，但AC消耗方的实际类型及其额定值取决于应用。例如，设想了额定值为5.5MW的推进器。
对于该示例，由装置100向其供应电能的船舶包括耦合到第一DC电路的四个推进器123，这些推进器用于将船舶定位在海上。推进器123包括前后左舷推进器和前后右舷推进器。可以提供更多或更少的推进器。与通常针对每个推进器需要变压器和专用电力电子器件驱动器的AC配电装置相比，对逆变器和逆变器配置使用合适的DC馈电意味着可以很容易整合用于推进器的功率转换和驱动控制功能。这使得能够消除变压器，从而节省推进器周围的空间并且简化推进器与配电装置的连接。更进一步地，这种装置能够在以低速驱动推进器时实现更好的控制，因为与AC配电装置相比，该逆变器的输出没有与AC输入的操作频率相关联。
在第一DC电路101中，逆变器系统117还包括逆变器119'，逆变器119'作为消耗方逆变器操作，以经由滤波器元件165和消耗方变压器167向辅助消耗方环169、169'提供AC功率。辅助消耗方环169由断路器163、163'划分为多个段，以便在辅助消耗方环169的一部分发生故障的情况下用于保护目的。辅助消耗方环可以包括作为第三AC消耗方组的辅助消耗方，诸如用于轴承等的泵、或推进器辅助(图1中未示出)。在该示例中，辅助消耗方环169、169'的额定值为690V，但是如所将理解的，额定值取决于具体应用。
以类似的方式，在第二DC电路102中，逆变器137用于第二DC电路103中，以经由开关139连接到第一AC消耗方组的AC消耗方135。在所图示的示例中，AC消耗方135包括推进器、公用设施变压器、钻井变压器等。
电池103经由开关115和熔断器113由第一DC母线(105、105')(例如电缆段或汇流条段)连接到第一DC电路101，并且提供以开关115'和熔断器113'为形式的本地保护。在所示的示例中，电池103能够提供1.25MW持续长达60分钟，但是可以根据操作要求选择其他储存容量。由于功率转换器133操作以控制第一DC电路中的电压，所以不需要本地变压器/整流器来将电池耦合到AC配电装置。通过将功率转换器133和电池103与来自第一AC消耗方组中的AC消耗方的需求进行设计整合，可以操作第一DC电路以为用于第一AC消耗方组的AC消耗方的逆变器、以及电池供电，而无需任何DC-DC转换要求。因此，功率转换器简化了备用电能储存元件与第一DC电路的连接。
备用电能储存元件连接在环中，该环由电缆段或条段105、105'形成。断路器单元109位于条段105、105'之间。每个断路器单元109包括串联连接的功率晶体管，以在几微秒内中断与第一DC电路101中的条段105、105'的连接。断开连接例如可以在发生故障时发生。为了检测这种故障，每个断路器单元109包括测量传感器和控制逻辑，如果例如所测量的电流高于电流阈值和/或两侧之间的所测量的电压差高于电压阈值，则控制逻辑断开或中断连接。
在第二DC电路102中，多个发电机127中的每个发电机经由开关129连接在环中，该环由第二DC母线125、125'(例如，电缆段或条段)形成。在图1中，整流器130示意性地示出为简单二极管，但是应当理解，要使用其他整流装置，其中来自整流器的二极管功能阻止能量从第二DC电路102流回到相关联的发电机127，并且到第一DC电路101，如关于功率转换器133的操作所更详细地解释的。
断路器单元129位于条段125、125'之间。每个断路器单元129包括串联连接的功率晶体管，以在几微秒内中断与第二DC电路102中的条段125、125'的连接。断开连接例如可以在发生故障时发生。为了检测这种故障，每个断路器单元129包括测量传感器和控制逻辑，如果例如所测量的电流高于电流阈值和/或两侧之间的所测量的电压差高于电压阈值，则控制逻辑断开或中断连接。如可以领会的，响应于单个元件中的故障，在两个方向上提供第一DC电路与第二DC电路之间的互连冗余总体上增加了该装置的操作弹性。尽管图1包括在图1A和图1B两部分中示出的装置，但是该装置是可缩放的，因此可以扩展到三个、四个或更多个对应部分。
图2A和图2B示意性地示出了根据本发明另一实施例的用于电能的分配的装置200的电路图。在该实施例中，与图1A和图1B的实施例相比，存在两种变型。
首先，DC-DC转换器223设置在第一DC电路与电池103之间。DC-DC转换器223用于控制对电池103充电的供电，并且当发生对电池放电以向第一DC电路供电时，使电池电压与第一DC电路的操作电压相匹配。当考虑与第一DC电路耦合的AC消耗方/功率转换器的操作电压和额定值时，在电池在该电路上的耗电量相对较小、并且因此对该电路供电的电源相对较小的情况下，DC-DC转换器223使得电池103能够与第一DC电路的操作电压更好的匹配。
其次，为了增加能量储存选项的灵活性，电池203被设置为耦合到形成第二DC电路的环中的每一个。在未示出的其他实施例中，可以为第二DC电路的电池203提供dc-dc转换器。
图3示意性地示出了根据本发明另一实施例的用于将电能分配到推进器及其辅助设备的装置的电路图。
作为备选方案或除了使用图1中所示的辅助消耗方环169之外，使用第二DC电路102来向AC消耗方(诸如辅助部件)供电可能是有利的。图3示出了与推进器135相关联的推进器辅助135。推进器135由逆变器137从第二DC电路馈电，因此是第二AC消耗方组的一部分。第一AC消耗方组包括辅助设备135'，以由辅助逆变器237从第一DC电路101馈电。提供滤波器239以平滑辅助逆变器237的输出。为了增加弹性，辅助设备135'连接到第二DC电路的多于一个的部分，在这种情况下，连接到条105和条105'。
如可以理解的，如果第二DC电路的部分中的任一部分出现故障，则向辅助设备135'供电的冗余确保了供电一致性。提供二极管230、230'用于在辅助逆变器237的输入侧处隔离两个条105、105'，其中满足两个去往条105、105'的连接，并且开关231、231'被配置为如果需要，则选择性地将辅助部件135'与第二DC电路进行隔离。
通常，第一DC母线105可以在第一电压电平下操作，并且第二DC母线125可以在高于第一电压电平的第二电压电平下操作。在AC发电机127到第二DC母线125上的主消耗方135的输出不足或发生故障的情况下，则来自电能储存元件的能量经由整流器130和第二DC母线125供应给主消耗方。电能储存元件103、203可以位于第一DC母线或第二DC母线上。
图4示意性地示出了根据本发明的示例实施例的对储存电能分配装置进行操作的方法。在主电能供应发生故障或不足的情况下，该方法在船舶中被执行。在步骤S1中，可以例如从第一DC电路的备用电能储存元件103向耦合到船舶的第一DC电路101的第一AC消耗方组中的一个或多个AC消耗方供应电能。在步骤S2中，在主电能供应发生故障的情况下或可从主能量供应获得的能量供应不足的情况下，从第一DC电路101并且经由整流器130向耦合到第二DC电路102的第二AC消耗方组中的一个或多个AC消耗方135供应电能。在进一步的步骤中，未示出的电能可以在操作时从主电能供应(127)传递到第一DC电路101和第二DC电路102。
通过使用如本文中所描述的配电装置，可以实现船舶操作的高安全性和高可靠性、以及节省调整备用能量所牵涉的成本。例如，可以提供发电机与将电能从发电机分配到第一DC电路的功率转换器之间、以及电池与相同的相关功率转换器之间的一对一关系。如可以领会的，利用如上所述的相关联的多个功率转换器在多个发电机/电池之间对电能的生成和分配进行扩展增加了该装置的弹性，并且还能够降低各个分布式元件的额定值。
应当指出，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。结合不同实施例所描述的元件还可以进行组合。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以除了这种特征和/或步骤中的至少一些特征和/或步骤互相排斥的组合之外的任何组合来进行组合。
除非另外明确说明，否则本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由用于相同、等同或类似目的的备选特征代替。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是一系列等同或类似特征的一个示例。还应当指出，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。本发明不限于前述实施例的细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征中的任何新颖特征或任何新颖特征组合、或如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖步骤或任何新颖步骤组合。
Claims (17)
1.一种用于一个船舶或平台的电能分配系统，所述系统至少包括一个主能量源(127)；其中所述主能量源包括一个AC发电机；其中所述AC发电机的一个第一输出经由一个变压器(143)和一个AC到DC转换器(133)而耦合到一条第一DC母线(105)；并且其中所述AC发电机的一个第二输出经由一个整流器(130)单独地耦合到一条第二DC母线(125)；其中所述第二DC母线(125)能够在第一电压电平下操作，并且被连接到一个或多个主消耗方(125)；其中所述第一DC母线(105)能够在低于所述第二电压电平的第一电压电平下操作，并且被连接到多个次级消耗方(123)；并且其中在所述AC发电机(127)到所述第二DC母线(125)上的所述多个主消耗方(135)的所述输出不足的情况下，来自多个电能储存元件(103)的能量经由所述整流器(130)和所述第二DC母线(125)被供应到所述多个主消耗方(135)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中与所述第二DC母线(125)相关联的一个第二DC电路(102)能够在比一个第一DC电路(101)更高的电压下操作，所述第一DC电路(101)与所述第一DC母线(105)相关联。
3.根据权利要求2所述的系统，其中两个所述DC电路(102，101)都包括一个储存能量源(103)。
4.根据至少权利要求2所述的系统，其中所述主能量源包括多个发电机(127)，以在正常操作中向所述第一DC电路(101)和所述第二DC电路(102)供应电能。
5.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述整流器(130)包括一个二极管整流器。
6.根据至少权利要求2所述的系统，其中所述第二DC电路(102)包括一个中压DC电路，并且所述第一DC电路(101)包括一个低压DC电路。
7.根据至少权利要求2所述的系统，其中在主电能供应故障的情况下，所述第一DC电路(101)经由一个功率转换器可操作地耦合到所述第二DC电路(102)，所述功率转换器包括一个逆变器(133)、一个变压器(143)以及一个整流器(130)。
8.根据权利要求7所述的系统，其中在所述主电能供应的正常操作中，所述主电能供应经由所述功率转换器(133)可操作地耦合到所述第一DC电路。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述功率转换器(133)被配置用于双向操作，使得在所述主电能供应的正常操作中，电能从所述主电能供应通过所述功率转换器传递到所述第一DC电路(101)，并且在主电能供应故障的情况下，电能从所述第一DC电路(101)通过所述功率转换器传递到所述第二DC电路(102)。
10.根据至少权利要求2所述的系统，其中所述第二DC电路(102)包括与其耦合的多个发电机(127)，所述多个发电机(127)用于向所述第二DC电路(102)供应电能并被连接在一个环(125，125')中，并且用于将电能从所述第二DC电路(102)供应给一个第一AC消耗方组(135)的一个或多个AC消耗方，并且所述第二DC电路(102)还包括至少一个断路器单元(129)，所述至少一个断路器单元(129)可操作以在所述第二DC电路(102)上出错的情况下，将一个或多个发电机(127)与所述第二DC电路(102)断开连接。
11.根据至少权利要求2所述的系统，其中所述第一DC电路(101)包括连接在一个环中的多个备用电能储存元件(103)，以用于向所述第一DC电路(101)供应电能，并且进一步用于在主电能供应故障的情况下，将电能从所述多个备用电能储存元件(103)供应给所述第二DC电路(102)中的一个或多个AC消耗方，并且所述第一DC电路(101)还包括至少一个断路器单元，所述至少一个断路器单元可操作以在所述第一DC电路(101)上出错的情况下，将一个或多个备用电能储存元件与所述第一DC电路断开连接。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个备用电能储存元件包括用于储存电能的一个电池(103)，所述电池(103)用于在所述主电能供应故障的情况下使用。
13.根据至少权利要求10所述的系统，其中所述第一AC消耗方组(123)的多个AC消耗方经由一个逆变器系统(119，119')连接到所述第一DC电路(101)，和/或其中一个第二AC消耗方组(135)的多个AC消耗方经由逆变器系统(137)连接到所述第二DC电路(102)。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一AC消耗方组(123)和/或所述第二AC消耗方组(135)中的所述多个AC消耗方包括以下中的一项或多项：一个变速驱动器、一个推进器、或一个辅助设备。
15.根据至少权利要求13所述的系统，其中所述第二AC消耗方组包括一个推进器(135)，所述推进器(135)由一个推进器逆变器(137)从所述第二DC电路(102)馈电，并且所述第一AC消耗方组包括辅助设备(135')，所述辅助设备(135')与所述推进器(135)相关联并且由一个辅助逆变器(237)从所述第一DC电路(101)馈电。
16.一种操作一个储存电能分配装置的方法，所述储存电能分配装置用于一个船舶上的电能的分配，所述船舶包括多个AC消耗方，所述方法包括：
在一个主电能供应故障的情况下，从一个第一DC电路的一个备用电能储存元件向耦合到所述第一DC电路的一个第一AC消耗方组中的一个或多个AC消耗方供应电能(S1)；以及
在一个主电能供应故障的情况下，从所述第一DC电路并且经由一个功率转换器向耦合到一个第二DC电路的一个第二AC消耗方组中的一个或多个AC消耗方供应电能(S2)。
17.一种操作用于一个船舶或平台的一个电能分配系统的方法，所述系统至少包括一个主能量源(127)；其中所述主能量源包括一个AC发电机；其中所述AC发电机的一个第一输出经由一个变压器(143)和一个AC到DC转换器(133)耦合到一条第一DC母线(105)；并且其中所述AC发电机的一个第二输出经由一个整流器(130)单独地耦合到一条第二DC母线(125)；其中所述第二DC母线连接到一个或多个主消耗方(135)；其中所述第一DC母线(105)连接到多个次级消耗方(123)；所述方法包括：在第一电压电平下操作所述第一DC母线(105)；在高于所述第一电压电平的第二电压电平下操作所述第二DC母线(125)；以及在所述AC发电机到所述第二DC母线(125)上的所述多个主消耗方(135)的所述输出不足的情况下，经由所述整流器(130)和所述第二DC母线(125)将来自多个电能储存元件的能量供应给所述多个主消耗方(135)。
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Legal Events
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Effective date of registration: 20210324 Address after: Oslo Applicant after: Siemens Energy Co.,Ltd. Address before: Munich, Germany Applicant before: SIEMENS AG |
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| GR01 | Patent grant | ||
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