CN111216863A - 基于无刷直流电机/发电机的船舶直流电力推进系统 - Google Patents

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    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

本发明涉及一种基于无刷直流电机/发电机的船舶直流电力推进系统。系统中，主发电机为输出为方波或矩形波交变电流的无刷直流发电机，主推进电机为方波或矩形波交变电流驱动的无刷直流电机。系统因此而在电源和负载的这两个根源上解决直流电网的波动问题，进而得以去除大容量电容、减小了短路故障电流，使系统可实现快速的短路故障保护以及可靠的系统完全选择性保护。

Description

基于无刷直流电机/发电机的船舶直流电力推进系统
技术领域
本发明涉及一种船舶直流电力推进系统，特别涉及一种基于无刷直流电机/发电机的船舶直流电力推进系统。
背景技术
船舶电力推进系统是将船舶的动力系统和电力系统进行整合，使船上的能量统一转化成电能，并提供给全船包括推进器在内的所有设备使用。经过几十年发展，基于交流电网的船舶交流电力推进系统已经广泛应用于各类船舶，特别是在海洋工程船上。
随着节能减排要求不断提升以及技术的进步，近年来，基于直流电网的船舶直流电力推进系统开始重新得到重视。船舶直流电力推进系统由于省去了交流电力推进系统所使用的移相变压器，节省了系统设备重量和设备占用的舱室空间；由于不再受限于交流电网所特有的频率约束，不但可以让发电机组根据负荷运行在高效转速区间，节省了燃油消耗，而且还方便了包括动力电池在内的多种能源接入，进一步提升节能减排效果。基于以上的优势，船舶直流电力推进系统成为了行业发展的一个重点。
基于交流发电机、交流电机构建的现代船舶直流电力推进系统，为抑制交变电流所导致的直流电网电压波动，在电网的电源侧整流器内，亦或者在负载侧的逆变器内，亦或者在直流电网上，需要接入大容量电容。这些电容在系统出现短路故障时，可在极短的时间内释放大量能量，让短路故障保护以及系统的选择性保护变得困难。
现行的船舶直流电力推进系统方案里面，多着眼于采用熔断器以及固态断路器来实现上述的短路故障隔离和系统选择性保护；这些方案，或者不能实现完全的选择性保护，或者成本过高并且系统控制过于复杂，系统的完全选择性保护仍是目前行业内公认的难点。
发明内容
针对现有船舶直流电力推进系统完全选择性保护不足或者成本过高、系统控制过于复杂的问题，本发明提出了一种基于无刷直流电机/发电机的船舶直流电力推进系统，可去除系统中的大容量电容，从而减小短路故障电流，可靠地实现船舶直流电网的短路保护和完全选择性保护。
本发明的技术方案是：一种基于无刷直流电机/发电机的船舶直流电力推进系统，包括两台或两台以上的主发电机、一台或一台以上的主推进电机、直流母线、整流器、逆变器、熔断器和隔离开关或断路器，其中，主发电机为输出为方波或矩形波交变电流的无刷直流发电机，主推进电机为方波或矩形波交变电流驱动的无刷直流电机。
本发明的有益效果在于：本发明提出的基于无刷直流电机/发电机的船舶直流电力推进系统，采用无刷直流发电机作为主发电机、采用无刷直流电机作为主推进电机，是在电源和负载的这两个根源上解决直流电网的波动问题，使系统得以去除大容量电容，减小了短路故障电流，系统进而采用简单的熔断器或机械式断路器即可快速切断短路故障、最小化故障涉及范围，实现完全选择性保护，让整个电力系统得以安全可靠地运行。
附图说明
图1是本发明实施例的基于无刷直流电机/发电机的船舶直流电力推进系统单线图；
图2是图1所示的主发电机G1定子绕组集与整流器的连接示意图；
图3是图1所示的主推进电机M1定子绕组集与逆变器的连接示意图。
具体实施方式
为了促进对本发明原理的理解，现在将参考附图中所图示的实施例对本发明予以说明。需要理解的是，实施例并非旨在限制本发明的范围。
图1为本发明实施例的基于无刷直流电机/发电机的船舶直流电力推进系统单线图。图1中所示的本实施例，包括两台主发电机G1和G2、两段直流母线DC BUS A和DC BUS B以及和两台主推进电机M1和M2。
在本实施例中，选用的上述两台主发电机规格型号相同，为三相多绕组无刷直流发电机；每台发电机的定子绕组分成四套相互独立的绕组集，各绕组集各自作为发电机的一路输出，向外部输出矩形波交变电流。
主发电机G1的四路输出，各自与整流器RU1和熔断器FU1、整流器RU2和熔断器FU2、整流器RU3和熔断器FU3、整流器RU4和熔断器FU4连接，组成四路相互独立的支路后，经隔离开关IS1连接至直流母线DC BUS A上的。
主发电机G2与直流母线DC BUS B之间的连接过程与上述主发电机G1与直流母线DC BUS A之间的连接同理，在此不再赘述。
在本实施例中，选用的上述两台主推进电机规格型号相同，为三相多绕组无刷直流电机；每台电机的定子绕组分成四套相互独立的绕组集，各绕组集各自作为一路输入，从外部获得交变的矩形波驱动电流。
主推进电机M1的四路输入，各自与逆变器IN1和熔断器FU9、逆变器IN2和熔断器FU10、逆变器IN3和熔断器FU11、逆变器IN4和熔断器FU12连接，组成四路相互独立的支路后，经隔离开关IS3连接至直流母线DC BUS A上的。
主推进电机M2与直流母线DC BUS B的连接过程与上述推进电机M1与直流母线DCBUS A连接过程相同，在此不再赘述。
直流母线DC BUS A和直流母线DC BUS B，通过隔离开关IS5和熔断器FU17连接。
图2为图1所示的主发电机G1定子绕组集与整流器的连接示意图。
主发电机G1定子绕组包括A相的WA1、WA2、WA3和WA4四个相互独立的绕组，B相的WB1、WB2、WB3和WB4四个相互独立的绕组，以及C相的WC1、WC2、WC3和WC4四个相互独立的绕组；上述绕组WA1、WB1和WC1组成绕组集WG1，上述绕组WA2、WB2和WC2组成绕组集WG2，上述绕组WA3、WB3和WC3组成绕组集WG3，上述绕组WA4、WB4和WC4组成绕组集WG4。
上述的绕组集WG1、WG2、WG3和WG4相互独立，各自所输出的矩形波交变电流，分别由整流器RU1、RU2、RU3和RU4整流转变为直流。
主发电机G2定子绕组集与整流器的连接方式与图2所示原理相同，本实施例不再赘述。
图3为图1所示的主推进电机M1定子绕组集与逆变器的连接示意图。主推进电机M1定子绕组包括A相的Wa1、Wa2、Wa3和Wa4四个相互独立的绕组，B相的Wb1、Wb2、Wb3和Wb4四个相互独立的绕组，以及C相的Wc1、Wc2、Wc3和Wc4四个相互独立的绕组；上述绕组Wa1、Wb1和Wc1组成绕组集Wg1，上述绕组Wa2、Wb2和Wc2组成绕组集Wg2，上述绕组Wa3、Wb3和Wc3组成绕组集Wg3，上述绕组Wa4、Wb4和Wc4组成绕组集Wg4。
上述的绕组集Wg1、Wg2、Wg3和Wg4相互独立，分别与逆变器IU1、IU2、IU3和IU4连接；各逆变器将直流逆变为交变的矩形波驱动电流后，提供至所连接的绕组集。
主推进电机M2定子绕组集与逆变器的连接方式与图3所示原理相同，本实施例不再赘述。

Claims (1)

1.一种基于无刷直流电机/发电机的船舶直流电力推进系统，包括两台或两台以上的主发电机、一台或一台以上的主推进电机、直流母线、整流器、逆变器、熔断器和隔离开关或断路器，其特征在于，主发电机为输出为方波或矩形波交变电流的无刷直流发电机，主推进电机为方波或矩形波交变电流驱动的无刷直流电机。
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