CN110893900B - 船舶电力推进系统及船舶 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船舶电力推进系统和船舶。船舶电力推进系统包括内燃机、发电机、整流桥、逆变器、电容组、变换桥、参数采集器与控制器；内燃机的转速可变；内燃机和发电机连接；整流桥的交流端和发电机连接；逆变器的直流端的正负极和整流桥的直流端的正负极对应连接，逆变器的交流端和船舶的电力推进器连接；变换桥的高压侧和整流桥的直流侧连接，变换桥的低压侧和电容组连接；参数采集器用于检测逆变器直流端的电压和电流，以及电容组的参数；控制器控制变换桥的状态和内燃机的转速，以使得整流桥的直流端的输出功率与电容组的输入/输出功率之和与电力推进器的负载相适应。由此，和发电机并联的电容组承担绝大部分的突变的负载。

Description

船舶电力推进系统及船舶

技术领域

本发明总地涉及船舶领域，且更具体地涉及一种船舶电力推进系统及船舶。

背景技术

现有技术中，船舶电力推进系统都是内燃机驱动发电机组为系统供电。而海洋环境复杂多变，用于驱动船舶航行的电力推进器的负载是不断变化地。当电力推进器的负载变化时，此时内燃机的转速不能适应负载的变化，内燃机偏离最佳负荷点，内燃机内的燃油不能充分燃烧，燃烧效率大幅度下降，进而产生大量的氮氧化物和硫氧化物。如此不仅增加燃油消耗量，增加运营成本，而且加重对环境的污染。而现有的交流船电系统中的柴发机组无法解决上述问题。

为了解决上述问题，将采用变速发电技术的直流配电系统应用于船舶电力推进系统。变速发电技术可以有效利用内燃机的外特性，根据电力推进器的负载实时调整内燃机转速，使内燃机转速和电力推进器的负载相适应，这样内燃机即可工作在最佳负荷点。但是由于内燃机的转速不能突变，当电力推进器的负载发生突变时，调节内燃机的转速的速度相对于负载突变的速度而言太慢。因此依然存在上述的内燃机偏离最佳负荷点的状况。

因此，需要提供一种船舶电力推进系统及船舶，以至少部分地解决上面提到的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施例部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种船舶电力推进系统，船舶电力推进系统包括：

内燃机，内燃机的转速可变；

发电机，内燃机和发电机连接，以驱动发电机的转子转动；

整流桥，整流桥的交流端和发电机连接，以将发电机的交流电压转换成直流电压；

逆变器，逆变器的直流端的正负极和整流桥的直流端的正负极对应连接，逆变器的交流端和船舶的电力推进器连接；

多个电容串联和/或并联构成的电容组；

变换桥，变换桥的高压侧的正负极和整流桥的直流侧的正负极对应连接，变换桥的低压侧的正负极的和电容组的正负极对应连接，以控制电容组充放电；

参数采集器，参数采集器用于检测逆变器直流端的电压和电流，以及电容组的参数；以及

控制器，控制器分别连接内燃机、参数采集器与变换桥，控制器根据逆变器直流端的电压和电流，以及电容组的参数控制变换桥的状态和内燃机的转速，以使得整流桥的直流端的输出功率与电容组的输入/输出功率之和与电力推进器的负载相适应。

根据本发明的船舶电力推进系统，由于电容组具有充放电能力，当船舶电力推进系统的负载小于发电机的输出功率时，发电机提供船舶电力推进系统的负载消耗的同时，还为电容组充电。当船舶电力推进系统的负载大于发电机的输出功率时，电容组通过直流母线放电，此时电容组和发电机共同提供船舶电力推进系统的负载消耗，避免电力推进器的功率不足。即当船舶推进系统的负载发生突变时，绝大部分的突变的负载由电容组承担，从而显著降低船舶推进系统的负载突变对于内燃机运行状态的冲击，在船舶推进系统的负载突变时，降低内燃机的碳烟排放。

优选地，参数采集器包括整流桥参数采集器和逆变器参数采集器，整流桥参数采集器用于检测整流桥的电压和电流，逆变器参数采集器用于检测逆变器直流端的电压和电流，控制器根据整流桥的电压和电流控制整流桥的状态。

优选地，电容组的参数包括电容组的电压、电流与温度，参数采集器还包括电容组参数采集器，电容组参数采集器用于检测电容组的参数，控制器根据电容组的参数控制电容组的状态，以均衡电容组的每个电容的电压。

优选地，船舶电力推进系统还包括均压控制电路，控制器通过均压控制电路控制电容组的状态。

优选地，参数采集器还包括变换桥参数采集器，变换桥参数采集器用于检测变换桥的电压和电流，控制器根据变换桥的电压和电流控制变换桥的状态。

优选地，船舶电力推进系统还包括显示器，显示器和控制器连接以显示逆变器直流端的电压和电流、电容组的参数。

优选地，船舶电力推进系统还包括连接在控制器和参数采集器之间的通讯器，通讯器用于传递控制器和参数采集器之间的信息。

优选地，变换桥包括多个相互并联的Buck-Boost电路。

优选地，船舶电力推进系统还包括和控制器连接的励磁结构，励磁结构用于调节发电机的输出电压，控制器控制励磁结构的励磁电流。

本发明还公开了一种船舶，船舶包括电力推进器，以及和电力推进器连接的船舶电力推进系统，船舶电力推进系统为前述的船舶电力推进系统。

根据本发明的船舶，船舶包括船舶电力推进系统和电力推进器。由于船舶电力推进系统的电容组具有充放电能力，当船舶电力推进系统的负载小于发电机的输出功率时，发电机提供船舶电力推进系统的负载消耗的同时，还为电容组充电。当船舶电力推进系统的负载大于发电机的输出功率时，电容组通过直流母线放电，此时电容组和发电机共同提供船舶电力推进系统的负载消耗，避免电力推进器的功率不足。即当船舶推进系统的负载发生突变时，绝大部分的突变的负载由电容组承担，从而显著降低船舶推进系统的负载突变对于内燃机运行状态的冲击，在船舶推进系统的负载突变时，降低内燃机的碳烟排放。

附图说明

为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本发明。

图1为根据本发明的一个优选实施方式的船舶电力推进系统的示意图；

图2为图1的发电机组和整流装置连接至直流母线的示意图；

图3为图1的能量存储装置和直流电压变换装置连接至直流母线的示意图；

图4为图1的能量存储装置的结构示意图；以及

图5为图1的当负载突然增大时，船舶电力推进系统的电容组和发电机的下垂特性曲线的示意图。

附图标记说明：

110：发电机组 111：内燃机

112：发电机 113：调速器

114：励磁结构 120：整流装置

121：整流桥参数采集器 122：整流桥控制器

123：整流桥显示器 124：整流桥通讯器

125：整流桥 126：LCL滤波器

127：快速熔断器 128：直流开关

130：直流电压变换装置 131：变换桥参数采集器

132：变换桥控制器 133：变换桥显示器

134：变换桥通讯器 135：变换桥

140：能量存储装置 141：电容组参数采集器

141a：温度传感器 141b：电流传感器

141c：电压传感器 142：均压控制电路

143：电容组显示器 144：电容组控制器

144a：下层控制器 144b：上层控制器

145：电容组 145a：电容

146：通讯总线 147：测试总线

150：直流母线 160：能量管理装置

161：逆变器参数采集器 162：能量控制器

163：能量显示器 164：能量通讯器

170：逆变器 180：电力推进器

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明提供一种用于船舶的船舶电力推进系统。船舶包括电力推进器180，例如螺旋桨，以及和电力推进器180连接的船舶电力推进系统。船舶电力推进系统为电力推进器180提供电能，以驱动电力推进器180工作。

本优选实施方式中，船舶电力推进系统包括发电机组110、整流装置120、直流电压变换装置130，能量存储装置140、逆变器170、能量管理装置160。

如图1所示，本优选实施方式中，发电机组110包括内燃机111和发电机112。发电机组110用于产生电能，以供电力推进器180工作。

优选地，内燃机111可以是可变速运行的柴油机、汽油机、煤气机或天然气机等。内燃机111用于为船舶电力推进系统提供动力。本优选实施方式中，内燃机111为柴油机。由此，在船舶电力推进系统的负载变化时，即电力推进器180的负载发生变化，例如船舶所处的洋流发生变化时。后文描述的能量控制器162调整内燃机111的转速，使内燃机111的转速和船舶电力推进系统的负载相适应，以使内燃机111燃烧燃油的燃烧效率最高，进而使内燃机111工作在和船舶电力推进系统的负荷点对应的最佳转速，以实现燃料的最佳燃烧效果，降低燃料消耗，减少氮氧化物和硫氧化物等碳烟的排放。

本优选实施方式中，如图2所示，发电机组110还包括调速器113。调速器113和内燃机111连接。后文详细描述的能量控制器162通过控制调速器113，进而控制内燃机111的转速。本优选实施方式中，调速器113可以是设置在内燃机111的燃料供应管路上的调速阀，能量控制器162通过调节调速阀的开度，控制内燃机111的燃油供应量，进而调节内燃机111的转速。

本优选实施方式中，如图1和图2所示，内燃机111的输出轴和发电机112转子连接，以驱动发电机112的转子转动。由此使得发电机112发电，为电力推进器180提供电能。发电机112可以是同步发电机或者异步发电机。本优选实施方式中，发电机112为同步发电机。

本优选实施方式中，如图2所示，发电机组110还包括励磁结构114。励磁结构114用于控制发电机112输出稳定的电压。后文详细描述的整流桥控制器122控制励磁结构114的励磁电流，进而控制发电机112的输出电压。这样当内燃机111的输出转速在某一转速范围内时，发电机112的输出电压值恒定。优选地，励磁结构114为AVR励磁系统。

本优选实施方式中，如图1所示，船舶电力推进系统还包括参数采集器、控制器、显示器、通讯器，与直流母线150。其中参数采集器包括整流桥参数采集器121。控制器包括整流桥控制器122。显示器包括整流桥显示器123。通讯器包括整流桥通讯器124。

本优选实施方式中，如图1和图2所示，整流装置120包括整流桥125、整流桥参数采集器121、整流桥控制器122、整流桥显示器123与整流桥通讯器124。

整流桥125的交流输入端和发电机112的定子绕组输出端连接，以将发电机112产生的交流电压转换成直流电压。具体地，如图2所示，船舶电力推进系统还包括LCL滤波器126、快速熔断器127与直流开关128。发电机112的定子绕组输出端连接LCL滤波器126的输入端，LCL滤波器126的输出端连接至整流桥125的交流输入端。整流桥125的直流输出端的正极依次连接快速熔断器127和直流开关128后，和直流母线150的正极连接。整流桥125的直流端的负极依次连接快速熔断器127和直流开关128后，和直流母线150的负极连接。LCL滤波器用于滤除电路中的高频谐波。优选地的，整流桥125采用电压型三相半桥拓扑结构。

本优选实施方式中，整流桥参数采集器121具体可以为电压传感器和电流传感器。并且整流桥参数采集器121分别连接整流桥125的直流输出端和交流输入端，以实时检测整流桥125的参数。其中整流桥125的参数包括整流桥125的交流输入端的电压u_AB和u_BC,整流桥125的交流输入端的电流i_a和i_b，整流桥125的直流输出端的电压u_o和电流i_o。整流桥控制器122和整流桥125以及整流桥参数采集器121连接。整流桥参数采集器121将整流桥125的参数传送至整流桥控制器122。整流桥控制器122根据整流桥125的参数，实时控制整流桥125的开关管的通断，以控制整流桥125的直流输出端的电压u_o，进而控制整流桥的状态，确保整流桥125正常工作。整流桥显示器123和整流桥控制器122连接，以显示整流桥125的参数。整流桥通讯器124连接整流桥控制器122，并且整流桥通讯器124通过后文的能量通讯器164和后文的能量控制器162连接。这样，通过整流桥通讯器124和能量通讯器164，整流桥控制器122即可和能量控制器162交换信息。例如，整流桥控制器122将整流桥125的参数通过整流桥通讯器124和能量通讯器164传递至能量控制器162。本优选实施方式中，能量控制器162将控制信息传送至整流桥控制器122，进而通过整流桥控制器122控制整流桥125的状态，以控制整流桥125的直流输出端的电压。整流桥控制器122可以是数字信号处理器(例如DSP)。

本优选实施方式中，如图1所示，逆变器170的直流输入端的正极和直流母线150的正极连接。逆变器170的直流输入端的负极和直流母线150的负极连接。这样通过直流母线150，逆变器170的直流输入端的正极和整流桥125的直流输出端的正极连接，逆变器170的直流输入端的负极和整流桥125的直流输出端的负极连接。并且逆变器170的交流输出端连接船舶的电力推进器180。逆变器将整流桥125输出的直流电压转换为交流电压后输送至电力推进器180，以使电力推进器180工作。由此，整流桥125将发电机112发出的变频变压交流电压整流成稳定的直流电压，供给直流母线150。然后直流母线150将稳定的直流电压提供给逆变器170，逆变器170将直流电压转换为交流电压后提供给电力推进器180，以驱动电力推进器180工作。

本优选实施方式中，如图1所示，参数采集器还包括电容组参数采集器141。控制器还包括电容组控制器144。显示器包括电容组显示器143。通讯器包括电容组通讯器。能量存储装置140包括电容组145、电容组参数采集器141、均压控制电路142、电容组显示器143、电容组控制器144与电容组通讯器。

如图4所示，本优选实施方式中，电容组145包括多个相互串联的电容145a。电容组145的容量大小和输出电压可以根据实际需要设定，使其适应于整个船舶电力推进系统的运行。当然，只要能使电容组145的输出电压适应于整个电力推进系统，电容组145的多个电容可以相互串联和/或并联。具体的设置方式，本领域技术人员可以根据需要进行设置。

如图1和图4所示，电容组参数采集器141可以是温度传感器141a、电流传感器141b与电压传感器141c中的至少一种。电容组参数采集器141和电容组145连接，以实时检测电容组145的参数。电容组145的参数包括每个电容145a的温度，以及电容组145的电流和电容组145两端的电压。均压控制电路142和电容组145连接。电容组控制器144分别连接电容组参数采集器141、电容组145与均压控制电路142。电容组参数采集器141将电容组145的参数输送至电容组控制器144。电容组控制器144根据电容组145的参数，通过控制均压控制电路142的开关管的通断，控制电容组145的每个电容145a的电压，进而控制电容组145的状态，使每个电容145a的电压均衡，在电容组145的电容145a出现异常(例如电容过流、过压、高温等)情况下，保证电容145a和设备的安全运行。电容组控制器144可以是数字信号处理器(例如DSP)。电容组显示器143与电容组控制器144连接，以显示电容组145的参数。电容组通讯器连接电容组控制器144，并且电容组通讯器通过后文的能量通讯器164和后文的能量控制器162连接。这样，通过电容组通讯器和能量通讯器164，电容组控制器144即可和能量控制器162交换信息。例如，电容组控制器144将电容参数通过电容组通讯器和能量通讯器164传递至能量控制器162。

具体地，如图4所示，电容组控制器144包括上层控制器144b和下层控制器144a。能量存蓄装置包括上层控制结构、下层采集结构与通讯总线146。上层控制结构包括上层控制器144b，上层控制器144b可以是TMS320F28335数据信号控制器。下层采集结构包括第一采集结构和第二采集结构。其中第一采集结构包括均压控制电路142、温度传感器141a、下层控制器144a，以及测试总线147。均压控制电路142和电容组145连接。在第一采集结构中，下层控制器144a分别连接温度传感器141a和均压控制电路142。电容组145通过测试总线147直接连接下层控制器144a。下层控制器144a通过通讯总线146连接上层控制结构的上层控制器144b。下层控制器144a可以是LTC6803监视器。

第二采集结构包括均压控制电路142、温度传感器141a、电流传感器141b、电压传感器141c、下层控制器144a，以及测试总线147。均压控制电路142和电容组145连接。在第二采集结构中，下层控制器144a分别连接温度传感器141a和均压控制电路142。并且电容组145通过测试总线147直接连接下层控制器144a。下层控制器144a通过通讯总线146连接上层控制结构的上层控制器144b。电流传感器141b和电压传感器141c和上层控制结构的上层控制器144b连接。上层控制器144b通过电容组通讯器和能量通讯器164连接，以交换信息。可以理解，下层采集结构也可以包括多个采集结构，一个上层控制结构通过通讯总线146分别和多个下层采集结构连接。

本优选实施方式中，如图1所示，参数采集器还包括变换桥参数采集器131。控制器还包括变换桥控制器132。显示器包括变换桥显示器133。通讯器包括变换桥通讯器134。

本优选实施方式中，直流电压变换装置130包括变换桥135、变换桥参数采集器131、变换桥控制器132、变换桥显示器133与变换桥通讯器134。变换桥参数采集器131可以为电压传感器。变换桥参数采集器131分别连接变换桥135的低压侧和高压侧，以检测变换桥135的低压侧电压和高压侧电压。变换桥控制器132分别连接变换桥135和变换桥参数采集器131。变换桥参数采集器131将变换桥135的低压侧电压和高压侧电压传送至变换桥控制器132，变换桥控制器132根据变换桥135的低压侧电压和高压侧电压，实时控制变换桥135的开关管的通断，以保证变换桥135正常工作。变换桥显示器133和变换桥控制器132连接，以显示变换桥135的低压侧电压和高压侧电压。本优选实施方式中，变换桥135的高压侧的正极和直流母线150的正极连接，变换桥135的高压侧的负极和直流母线150的负极连接。变换桥135的低压侧的正极的和电容组145的正极连接，变换桥135的低压侧的负极的和电容组145的负极连接。由此，电容组145和变换桥连接后和整流桥125的直流端并联。

由此，由于电容组145具有大功率充放电能力，当船舶电力推进系统的负载小于发电机112的输出功率时，发电机112提供船舶电力推进系统的负载消耗的同时，还为电容组145充电。当船舶电力推进系统的负载大于发电机的输出功率时，电容组145通过直流母线150放电，此时电容组145和发电机112共同提供船舶电力推进系统的负载消耗，避免电力推进器180的功率不足。即当船舶推进系统的负载发生突变时，绝大部分的突变的负载由电容组145承担，从而显著降低船舶推进系统的负载突变对于内燃机111运行状态的冲击，在船舶推进系统的负载突变时，降低内燃机111的碳烟排放。

本优选实施方式中，在船舶推进系统的负载突然变化时，电容组145充电或者放电，可以稳定直流母线150电压。避免因内燃机111的转速调节速度过慢，喷油量受限，输出功率不足，而造成的直流母线150的电压波动问题。

本优选实施方式中，电容组145与发电机组110并联运行，补偿船舶推进系统的负载频繁变化时的功率，从而使内燃机111能够以相对稳定的状态工作，提高内燃机111的燃油效率。

本发明的技术方案，当船舶靠岸时，在没有岸电的情况下，电容组145可以提供船舶靠岸期间的停泊用电，消除了船舶停泊时，内燃机运行带来的氮氧化物和硫氧化物排放。

优选地，如图3所示，变换桥135包括多个相互并联的双向Buck-Boost电路。具体地，变换桥135包括三个并联的双向Buck-Boost直流变换桥，以及三个电感L和一个变换桥电容C。每个双向Buck-Boost直流变换桥包括两个IGBT开关管和两个二极管。两个IGBT开关管分别为IGBT1和IGBT2，两个二极管分别为D1和D2。在每个双向Buck-Boost直流变换桥中，D1的正极和IGBT1的发射极连接，D1的负极和IGBT1的集电极连接，这样D1并联在IGBT1的发射极和集电极之间。D2的正极和IGBT2的发射极连接，D2的负极和IGBT2的集电极连接，这样D2并联在IGBT2的发射极和集电极之间。IGBT1的发射极和IGBT2的集电极连接。电感L的一端和电容组145的正极连接，电感L的另一端和IGBT1的发射极连接，即电感L的另一端和IGBT2的集电极连接。IGBT1的集电极和变换桥电容C的正极连接，IGBT2的发射极和电容组145的负极连接，并且IGBT2的发射极和变换桥电容C的负极连接。在三个并联的双向Buck-Boost直流变换桥中，每个双向Buck-Boost直流变换桥的IGBT1的集电极和与之相邻的双向Buck-Boost直流变换桥的IGBT1的集电极连接。每个双向Buck-Boost直流变换桥的IGBT2的发射极和与之相邻的双向Buck-Boost直流变换桥的IGBT2的发射极连接。这样，三个双向Buck-Boost直流变换桥并联后和变换桥电容C并联。变换桥电容C的正极和直流母线的正极连接，变换桥电容C的负极和直流母线的负极连接。

本优选实施方式中，参数采集器还包括逆变器参数采集器161。控制器还包括能量控制器162。显示器包括能量显示器163。能量控制器162可以是可编程控制器(例如PLC)。通讯器还包括能量通讯器164。本优选实施方式中，如图1所示，能量管理装置160包括逆变器参数采集器161、能量控制器162、能量显示器163与能量通讯器164。逆变器参数采集器161可以包括电压传感器和电流传感器，逆变器参数采集器161分别连接直流母线150和能量控制器162，以实时检测直流母线150上的电流和电压，即检查逆变器170的直流输入端的电流和电压。然后将直流母线150上的电流和电压传送至能量控制器162。能量控制器162根据直流母线150上的电流和电压，通过调速器113控制内燃机111的转速。进而使发电机112的输出功率和实时负载相适应。

本优选实施方式中，能量通讯器164通过串口、CAN、以太网、DP通讯等方式分别和整流桥通讯器124、变换桥通讯器134与电容组通讯器(未示出)通信。进而实现能量控制器162分别和整流桥控制器122、变换桥控制器132与电容组控制器144交换信息。由此，整流桥控制器122将整流桥125的参数传送至能量控制器162。变换桥控制器132将变换桥135的低压侧电压和高压侧电压传送至能量控制器162。电容组控制器144将电容组145的参数传送至能量控制器162。能量显示器163和能量控制器162连接以显示整流桥125的参数，直流母线上的电压和电流，变换桥135的低压侧电压和高压侧电压，以及电容组145的参数。能量控制器162根据直流母线150上的电流和电压，整流桥125的参数，变换桥135的低压侧电压和高压侧电压，以及电容组145的参数，分别向整流桥信号控制器，与变换桥控制器132发送控制指令，实时控制调速器、整流桥125、与变换桥135，进而整体调整船舶电力推进系统的各个部件的运行。即通过能量控制器162调节发电机112的下垂特性曲线和电容组145的下垂特性曲线。使船舶电力推进系统适应于电力推进器的负载的突变。

以下结合附图说明本发明的技术方案的有益效果。

如图5所示，本优选实施方式中，当船舶电力推进系统稳定运行时，此时电力推进器180的负载稳定，直流母线150的电压为额定电压V1。发电机112的下垂特性曲线为a，输出功率为PDG1。电容组145的下垂特性曲线为b，输出功率为PUC1，此时PUC1为0，说明此时只有发电机112的输出功率提供整个船舶电力推进系统的能量消耗。当船舶电力推进系统的能量消耗突然增加，即电力推进器180的负载突然增加时，直流母线150的电压降至V2。由于电容组145的下垂特性曲线的调差系数较小(b线和P轴的夹角小于a线和P轴的夹角)，因此发电机112的输出功率下降的速度大于电容组145的输出功率的下降速度，即电容组145的功率输出特性更硬。根据发电机112的下垂特性曲线和电容组145的下垂特性曲线，可知此时发电机的输出功率为PDG2，电容组的输出功率为PUC2，PUC2>PDG2。说明在直流母线150的电压下降至V2时，即在船舶电力推进系统的能量消耗突然增加时，电容组145放电。此时电容组145和发电机112共同提供船舶电力推进系统的能量消耗。并且电容组145的输出功率分担了大部分的船舶电力推进系统的突然增加的能量消耗。

此时，能量控制器162控制调速器113，以节能优化的方式逐渐提高内燃机111的转速，进而逐渐提高发电机112的输出功率。同时，能量控制器162控制变换桥控制器132，进而控制变换桥135的开关管的通断，使电容组145的下垂特征曲线逐渐下移(由下垂特征曲线b下移成下垂特征曲线c)，电容组145的输出功率逐渐降低，直至直流母线150的电压值降至V3。此时电容组145的特性曲线为c，电容组145的输出功率降为0，电容组145不在放电，发电机112提供电力船舶电力推进系统所需的全部能量。待船舶电力推进系统的能量消耗稳定后，此时直流母线150的电压变化较小，能量控制器162向整流桥控制器122和变换桥控制器132发送控制命令，控制调速器113、变换桥135与整流桥125，以使发电机112和电容组145的下垂特性曲线的截距点提升，即使发电机112的下垂特性曲线和V轴的交点向上移动，以及使电容组145的下垂特性曲线和V轴的交点向上移动，直至直流母线150的电压恢复到额定电压。上述的截距点指下垂特性曲线和V轴的交点，例如电容组145的下垂特性曲线b和V轴的交点V₁、电容组145的下垂特性曲线c和V轴的交点V₂、发电机112的下垂特性曲线a和V轴的交点。

电力推进器的负载降低和制动能量回收的工况下，船舶电力推进系统的能量消耗突然减小，直流母线150的电压突然提升，此时能量控制器162控制发电机112的输出功率降低，电容组145的输出功率呈现负值，即电容组145处于充电状态。具体运行过程与船舶电力推进系统的能量消耗突然增加的过程相反，这里不再赘述。

本发明还公开了一种船舶，船舶包括电力推进器180，以及和电力推进器180连接的船舶电力推进系统，船舶电力推进系统为前述的船舶电力推进系统。

根据本发明的船舶，船舶包括船舶电力推进系统和电力推进器180。由于船舶电力推进系统的电容组145具有充放电能力，当船舶电力推进系统的负载小于发电机112的输出功率时，发电机112提供船舶电力推进系统的负载消耗的同时，还为电容组145充电。当船舶电力推进系统的负载大于发电机112的输出功率时，电容组145通过直流母线150放电，此时电容组145和发电机112共同提供船舶电力推进系统的负载消耗，避免电力推进器180的功率不足。即当船舶推进系统的负载发生突变时，绝大部分的突变的负载由电容组145承担，从而显著降低船舶推进系统的负载突变对于内燃机111运行状态的冲击，在船舶推进系统的负载突变时，降低内燃机111的碳烟排放。

本优选实施方式中，当能量控制器162功能异常时，整流桥控制器122和变换桥控制器132仍可控制电容组145分担电力推进系统的负载。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (10)

1.一种船舶电力推进系统，所述船舶电力推进系统包括内燃机和发电机，所述内燃机的转速可变，所述内燃机和所述发电机连接，以驱动所述发电机的转子转动，其特征在于，所述船舶电力推进系统还包括：

整流桥，所述整流桥的交流端和所述发电机连接，以将所述发电机的交流电压转换成直流电压；

逆变器，所述逆变器的直流端的正负极和所述整流桥的直流端的正负极对应连接，所述逆变器的交流端和所述船舶的电力推进器连接；

多个电容串联和/或并联构成的电容组；

变换桥，所述变换桥的高压侧的正负极和所述整流桥的直流侧的正负极对应连接，所述变换桥的低压侧的正负极的和所述电容组的正负极对应连接，以控制所述电容组充放电；

参数采集器，所述参数采集器用于检测所述逆变器直流端的电压和电流，以及所述电容组的参数；以及

控制器，所述控制器分别连接所述内燃机、所述参数采集器与变换桥，所述控制器根据所述逆变器直流端的所述电压和电流，以及电容组的参数控制所述变换桥的状态和所述内燃机的转速，以使得所述整流桥的直流端的输出功率与所述电容组的输入/输出功率之和与所述电力推进器的负载相适应。

2.根据权利要求1所述的船舶电力推进系统，其特征在于，所述参数采集器包括整流桥参数采集器和逆变器参数采集器，所述整流桥参数采集器用于检测所述整流桥的电压和电流，所述逆变器参数采集器用于检测所述逆变器直流端的电压和电流，所述控制器根据所述整流桥的电压和电流控制所述整流桥的状态。

3.根据权利要求1所述的船舶电力推进系统，其特征在于，所述电容组的参数包括所述电容组的电压、电流与温度，所述参数采集器还包括电容组参数采集器，所述电容组参数采集器用于检测所述电容组的参数，所述控制器根据所述电容组的参数控制所述电容组的状态，以均衡所述电容组的每个所述电容的电压。

4.根据权利要求3所述的船舶电力推进系统，其特征在于，所述船舶电力推进系统还包括均压控制电路，所述控制器通过所述均压控制电路控制所述电容组的状态。

5.根据权利要求1所述的船舶电力推进系统，其特征在于，所述参数采集器还包括变换桥参数采集器，所述变换桥参数采集器用于检测所述变换桥的电压和电流，所述控制器根据所述变换桥的电压和电流控制所述变换桥的状态。

6.根据权利要求1所述的船舶电力推进系统，其特征在于，所述船舶电力推进系统还包括显示器，所述显示器和所述控制器连接以显示所述逆变器直流端的电压和电流、所述电容组的参数。

7.根据权利要求1所述的船舶电力推进系统，其特征在于，所述船舶电力推进系统还包括连接在所述控制器和所述参数采集器之间的通讯器，所述通讯器用于传递所述控制器和所述参数采集器之间的信息。

8.根据权利要求1所述的船舶电力推进系统，其特征在于，所述变换桥包括多个相互并联的Buck-Boost电路。

9.根据权利要求1所述的船舶电力推进系统，其特征在于，所述船舶电力推进系统还包括和所述控制器连接的励磁结构，所述励磁结构用于调节所述发电机的输出电压，所述控制器控制所述励磁结构的励磁电流。

10.一种船舶，所述船舶包括电力推进器，以及和所述电力推进器连接的船舶电力推进系统，其特征在于，所述船舶电力推进系统为权利要求1至9中任一项所述的船舶电力推进系统。

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