CN111409807A - 船舶交直流组网的柴电混合电力推进系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶交直流组网的柴电混合电力推进系统，包括：柴发机组、蓄电池组、超级电容组、有源整流器、变/定频逆变器、双向DC‑DC单元，交流母线、直流母线、日用电源变压器、岸电接口；柴发机组由并车控制器控制的开关连接交流母线，每段交流母线由开关母联，交流母线通过有源整流器连接直流母线，每段直流母线由开关母联，直流母线通过双向DC‑DC单元与蓄电池组连接，超级电容组通过双向DC‑DC单元与直流母线连接，直流母线通过变频逆变器连接推进电机，日用电源变压器上端通过两个开关切换，连接交流母线或定频逆变器，日用电源变压器下端连接船舶日用负载，本发明即有交流组网的成熟可靠性，又有直流组网的节能经济性。

Description

船舶交直流组网的柴电混合电力推进系统

技术领域

本发明涉及一种应用于船舶动力推进系统，特别涉及一种船舶交直流组网的柴油发电机组与动力蓄电池混合动力推进系统。

背景技术

在船舶工程中，传统的推进系统一般采用柴油机为原动机，推进系统由柴油机、减速齿轮箱、轴系和推进器组成，柴油机的轴通过减速齿轮箱与推进器轴连接在一起，整个轴系占用船舱大部分空间，而且震动与噪音强，当船舶负载变化较大时，柴油机不能迅速跟随变化，使柴油机运行工况变差，油耗变高。

随着技术的发展，出现了船舶交流组网电力推进系统，为节约船舶轴系布局空间，提高船舶电气驱动响应速度和可操作性。船舶交流组网电力推进系统由各柴油机驱动同步发电机发电，产生恒频恒压的交流电进行同步并车或解列，由交流配电屏进行交流组网建立船舶交流电网，船舶交流电网配电至交-直-交变频器，由交-直-交变频器驱动船舶推进电机，推进电机驱动船舶推进器推动船舶运行。当船舶负载发生变化时，通过柴油发电机组的同步并车或解列，来适应负载功率变化，是非线性切换方式。船舶交流组网方式，在经济巡航推进时，可使柴油机运行在最佳功率效率点上，在低负荷低速推进时，会造成柴油机不能运行在最佳功率效率点上，其特性是成熟可靠皮实。

近年来出现直流组网电力推进系统，船舶上每台发电机组各自连接整流器，整流后的直流电连接至公共直流母线上，公共直流母线上并联多路逆变器，每个逆变器连接各自推进电机，每个推进电机与各自船舶推进器连接。当船舶负载发生变化时，可连续动态调节每台柴油机转速，使柴油机运行在最佳燃油功耗点上，实现柴油机变速运行，减低柴油机油耗。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种船舶交直流组网的柴电混合电力推进系统，是一种高度冗余的，追求船舶运行的安全可靠性与船舶运营的节能经济性的技术问题。

为达到以上目的，通过以下技术方案实现的。

一种船舶交直流组网的柴电混合电力推进系统，包括：a柴油发电机组和b柴油发电机组与c柴油发电机组及d柴油发电机组，交流母线，a有源整流器、b有源整流器、c有源整流器、d有源整流器、e有源整流器及f有源整流器，a双向DC-DC单元、b双向DC-DC单元、c双向DC-DC单元、d双向DC-DC单元、e双向DC-DC单元及f双向DC-DC单元，a蓄电池组和b蓄电池组,a日用电源变压器和b日用电源变压器, a日用负载和b日用负载，a定频逆变器和b定频逆变器, 直流母线, a变频逆变器和b变频逆变器与c变频逆变器及d变频逆变器, a主推进电机和b侧推进电机与c侧推进电机及d主推进电机，a超级电容组和b超级电容组与c超级电容组及d超级电容组,a岸电接口和b岸电接口。

a柴油发电机组和b柴油发电机组与c柴油发电机组及d柴油发电机组,每台都由同步发电机组和受控于并车控制器的开关组成，每台配置并车控制器，通过受控于并车控制器的开关与交流母线连接。其中：a主柴油发电机组与a母线连接，b柴油发电机组与b母线连接，c柴油发电机组与c母线连接，d主柴油发电机组与d母线连接。在交流模式下，各发电机组通过受控于并车控制器的开关同步并入交流母线或从交流母线上解列。在直流模式下，各发电机组独立调速运行。

交流母线包括：a母线和b母线与c母线及d母线、a开关和b开关与c开关。

a有源整流器、b有源整流器、c有源整流器、d有源整流器、e有源整流器及f有源整流器，都由LC滤波器和AC-DC变换器组成，输入端与交流母线连接，输出端通过快速熔断器与直流母线连接。在直流模式下， a有源整流器和b有源整流器与c有源整流器及d有源整流器，分别受电于：a柴油发电机组和b柴油发电机组与c柴油发电机组及d柴油发电机组，且每台发电机组独立调速运行，每台有源整流器的输入端电压和频率随调速变化，每台有源整流器的输出端通过快速熔断器连接输至直流母线，而且输出端的直流电压恒定。e有源整流器和f有源整流器的输出端通过快速熔断器与直流母线连接，其输入端分别与a岸电接口和b岸电接口连接。在船舶靠岸时将岸电整流成直流电输送至直流母线，通过a双向DC-DC单元和b双向DC-DC单元，分别向a蓄电池组和b蓄电池组充电。

a双向DC-DC单元、b双向DC-DC单元、c双向DC-DC单元、d双向DC-DC单元、e双向DC-DC单元及f双向DC-DC单元，都由直流电抗器和DC-DC变换器组成，电能可以双向流动，所有双向DC-DC单元的DC-DC变换器端通过快速熔断器与直流母线连接。其中：a双向DC-DC单元和b双向DC-DC单元的直流电抗器端分别与a蓄电池组和b蓄电池组连接。 c双向DC-DC单元和d双向DC-DC单元与e双向DC-DC单元及f双向DC-DC单元的直流电抗器端分别连接于：a超级电容组和b超级电容组与c超级电容组及d超级电容组。

a蓄电池组和b蓄电池组，由高能量密度单元组成。a蓄电池组和b蓄电池组分别通过a双向DC-DC单元和b双向DC-DC单元连接直流母线，a蓄电池组和b蓄电池组分别通过a双向DC-DC单元和b双向DC-DC单元向直流母线放电，也可从直流母线上受电充电。

a日用电源变压器和b日用电源变压器，由隔离变压器及隔离变压器输入端的两组开关组成。一组开关与交流母线连接，另一组开关与定频逆变器的LC滤波器端连接，隔离变压器输出端与日用负载连接。其中：a日用电源变压器和b日用电源变压器输入端的一组开关分别与：a定频逆变器和b定频逆变器的LC滤波器端连接，其输出端分别与a日用负载和b日用负载连接。在交流模式下，与交流母线连接的开关合闸，与LC滤波器端连接的开关分闸。在直流模式下，与LC滤波器端连接的开关合闸，与交流母线连接的开关分闸开。

a定频逆变器和b定频逆变器，由LC滤波器和DC-AC变换器组成。其输入端通过快速熔断器与直流母线连接，其输出端分别与：a日用电源变压器和b日用电源变压器的输入端开关连接。在直流模式下，将直流母线上的直流电逆变成高品质固定频率的交流电，通过日用电源变压器供给日用负载使用。

直流母线包括：A母线和B母线与C母线及D母线、a快速熔断器和b快速熔断器及c快速熔断器、A开关和B开关与C开关。在交流模式下，A开关和B开关与C开关分闸，在直流模式下，A开关和B开关与C开关合闸。

a变频逆变器与b变频逆变器和c变频逆变器及d变频逆变器，其输入端通过快速熔断器与直流母线连接，其输出端分别与a主推进电机和b侧推进电机与c侧推进电机及d主推进电机连接，可控制推进系统转矩和功率及转速，当推进系统做逆功时可将电能馈至直流母线。其中:a主推进电机和b侧推进电机与c侧推进电机及d主推进电机所做的逆功，分别通过a变频逆变器与b变频逆变器和c变频逆变器及d变频逆变器将电能馈至直流母线。分别通过c双向DC-DC单元和d双向DC-DC单元与e双向DC-DC单元及f双向DC-DC单元,向a超级电容组和b超级电容组与c超级电容组及d超级电容组充电消纳。

a超级电容组和b超级电容组与c超级电容组及d超级电容组分别通过：c双向DC-DC单元和d双向DC-DC单元与e双向DC-DC单元及f双向DC-DC单元接入直流母线。在直流母线亏功时，a超级电容组和b超级电容组与c超级电容组及d超级电容组分别通过：c双向DC-DC单元和d双向DC-DC单元与e双向DC-DC单元及f双向DC-DC单元瞬时放电，注入直流母线电能。在直流母线盈功时，直流母线上的电能分别通过，c双向DC-DC单元和d双向DC-DC单元与e双向DC-DC单元及f双向DC-DC单元对：a超级电容组和b超级电容组与c超级电容组及d超级电容组瞬时充电，消纳直流母线的电能。实现功率平衡和故障穿越。

将交流母线上的a开关与b开关和c开关合闸，同时将直流母线上的A开关和B开关与C开关分闸，将a日用电源变压器和b日用电源变压器与交流母线连接的开关合闸，及将与a定频逆变器和b定频逆变器的LC滤波器端连接的开关分闸，即可进入交流组网模式。各柴油发电机组通过受控于并车控制器的开关同步并入交流母线或从交流母线上解列。 a有源整流器和b有源整流器与c有源整流器及d有源整流器分别与：a变频逆变器和b变频逆变器与c变频逆变器及d变频逆变器组合成完整的交-直-交变频器，分别控制驱动：a主推进电机和b侧推进电机与c侧推进电机及d主推进电机。由于a有源整流器和b有源整流器与c有源整流器及d有源整流器中配置的LC滤波器的作用，使交流母线上的谐波畸变率低于5%。 a主推进电机和b侧推进电机与c侧推进电机及d主推进电机的负载波动，分别通过：c双向DC-DC单元连接的a超级电容组、d双向DC-DC单元连接的b超级电容组、e双向DC-DC单元连接的c超级电容组和f双向DC-DC单元连接的d超级电容组，进行功率平衡。通过合闸a日用电源变压器和b日用电源变压器与交流母线连接的开关，使a日用电源变压器和b日用电源变压器受电于交流母线，分别为a日用负载和b日用负载提供电力。

将交流母线上的a开关与b开关和c开关分闸，同时将直流母线上的A开关和B开关与C开关合闸，将a日用电源变压器和b日用电源变压器与交流母线连接的开关分闸，及将与a定频逆变器和b定频逆变器的LC滤波器端连接的开关合闸，即可进入直流组网模式。 a柴油发电机组和b柴油发电机组与c柴油发电机组及d柴油发电机组各自独立调速运行，分别通过a有源整流器和b有源整流器与c有源整流器及d有源整流器向直流母线提供电力。 a蓄电池组和b蓄电池组，分别通过a双向DC-DC单元和b双向DC-DC单元向直流母线提供电力进行独立推进，也可与柴油发电机组联合推进，也可分别通过a双向DC-DC单元和b双向DC-DC单元从直流母线上受电，分别对a蓄电池组和b蓄电池组充电。将与a定频逆变器和b定频逆变器的LC滤波器端连接的开关合闸，使a日用电源变压器和b日用电源变压器，分别通过a定频逆变器和b定频逆变器受电于直流母线，分别为a日用负载和b日用负载提供低谐波高品质电力。

系统配置了交流母线和直流母线，在a有源整流器和d变频逆变器与d主柴油发电机组故障失效的第一种情况，与在d有源整流器和a变频逆变器与a主柴油发电机组故障失效的第二种情况，在此两种极端情况下，交流组网模式与直流组网模式都有可能使船舶主推进系统失去动力。在第一种极端情况可通过：电能由a柴油发电机组→a母线→a开关→b母线→b开关→c母线→c开关→d母线→d有源整流器→D母线→C开关→c快速熔断器→C母线→B开关→b快速熔断器→B母线→A开关→a快速熔断器→A母线→a变频逆变器→抵达a主推进电机的电能流向路径，使船舶左舷推进器得到动力来解决处理。第二种极端情况可通过：电能由d柴油发电机组→d母线→c开关→c母线→b开关→b母线→a开关→a母线→a有源整流器→A母线→a快速熔断器→A开关→B母线→b快速熔断器→B开关→C母线→c快速熔断器→C开关→D母线→d变频逆变器→抵达d主推进电机的电能流向路径，使船舶右舷推进器得到动力来解决处理。这样使整个电力推进系统更具冗余性与安全性，在定速巡航时使用交流模式使系统可靠皮实，在低速或进港时使用直流模式使系统节能低排放与静音经济。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

本发明共5幅附图,其中。

图1左舷右舷标准配置。

图2交流组网模式。

图3直流组网模式。

图4靠岸充电模式。

图5极端情况下的故障处理。

图中：1a、a主柴油发电机组，1b、b柴油发电机组， 1c、c柴油发电机组,1d、d柴油发电机组，1.1、同步柴油发电机组，1.2、受控于并车控制器的开关，2、交流母线，2.1a、a母线，2.1b、b母线，2.1c、c母线，2.1d、d母线，2.2a、a开关，2.2b、b开关，2.2c、c开关，3a、a有源整流器，3b、b有源整流器，3c、c有源整流器，3d、d有源整流器，3e、e有源整流器，3f、f有源整流器，3.1、LC滤波器，3.2、AC-DC变换器，4a、a双向DC-DC单元，4b、b双向DC-DC单元，4c、c双向DC-DC单元，4d、d双向DC-DC单元，4e、e双向DC-DC单元，4f、f双向DC-DC单元，4.1、直流电抗器，4.2、DC-DC变换器，5a、a蓄电池组，5b、b蓄电池组，6a、a日用电源变压器，6b、b日用电源变压器，6.1、输入端开关1，6.2、输入端开关2，6.3、隔离变压器，7a、a日用负载，7b、b日用负载，8a、a定频逆变器，8b、b定频逆变器，8.1、LC滤波器，8.2、DC-AC变换器，9、直流母线，9.1a、A母线，9.1b、B母线，9.1c、C母线，9.1d、D母线，9.2a、a快速熔断器，9.2b、b快速熔断器，9.2c、c快速熔断器，9.3a、A开关，9.3b、B开关，9.3c、C开关，10a、a变频逆变器，10b、b变频逆变器，10c、c变频逆变器，10d、d变频逆变器，11a、a主推进电机，11b、b侧推进电机，11c、c侧推进电机，11d、d主推进电机，12a、a超级电容组，12b、b超级电容组，12c、c超级电容组，12d、d超级电容组，13a、a岸电接口，13b、b岸电接口。

具体实施方式

如图1至图5所示的一种船舶交直流组网的柴电混合电力推进系统，包括：

a柴油发电机组1a和b柴油发电机组1b与c柴油发电机组1c及d柴油发电机组1d, 交流母线2、a母线2.1a、b母线2.1b、c母线2.1c和d母线2.1d，a开关2.2a和b开关2.2b及c开关2.2c，a有源整流器3a、b有源整流器3b、c有源整流器3c、d有源整流器3d、e有源整流器3e及f有源整流器3f，a双向DC-DC单元4a、b双向DC-DC单元4b、c双向DC-DC单元4c、d双向DC-DC单元4d、e双向DC-DC单元4e及f双向DC-DC单元4f，a蓄电池组5a和b蓄电池组5b, a日用电源变压器6a和b日用电源变压器6b, a日用负载7a和b日用负载7b，a定频逆变器8a和b定频逆变器8b, 直流母线9、A母线9.1a和B母线9.1b与C母线9.1c及D母线9.1d、a快速熔断器9.2a和b快速熔断器9.2b及c快速熔断器9.2c、A开关9.3a和B开关9.3b及C开关9.3c, a变频逆变器10a和b变频逆变器10b与c变频逆变器10c及d变频逆变器10d, a主推进电机11a和b侧推进电机11b与c侧推进电机11c及d主推进电机11d，a超级电容组12a和b超级电容组12b与c超级电容组12c及d超级电容组12d,a岸电接口13a和a岸电接口13c。

a柴油发电机组1a和b柴油发电机组1b与c柴油发电机组1c及d柴油发电机组1d,都由同步发电机组1.1和开关1.2组成，都配置并车控制器，通过受控于并车控制器的开关1.2与交流母线2连接。其中：a柴油发电机组1a与a母线2.1a连接，b柴油发电机组1b与b母线2.1b连接，c柴油发电机组1c与c母线2.1c连接，d柴油发电机组1d与d母线2.1d连接。在交流模式下，各发电机组通过并车控制器和开关1.2同步并入交流母线2或从交流母线2解列。在直流模式下，各发电机组独立调速运行。

交流母线2，由a母线2.1a和b母线2.1b与c母线2.1c及d母线2.1d、a开关2.2a和b开关2.2b与c开关2.2c组成。交流模式下，a开关2.2a和b开关2.2b与c开关2.2c合闸，直流模式下，a开关2.2a和b开关2.2b与c开关2.2c分闸。

a有源整流器3a、b有源整流器3b、c有源整流器3c、d有源整流器3d、e有源整流器3e及f有源整流器3f，由LC滤波器3.1和AC-DC变换器3.2组成，输入端与交流母线2连接，输出端通过快速熔断器与直流母线9连接。在直流模式下，a柴油发电机组1a独立调速运行，a有源整流器3a输入端电压和频率随调速变化，而a有源整流器3a输出端通过快速熔断器连接输至A母线9.1a的直流电压恒定。b柴油发电机组1b独立调速运行，b有源整流器3b输入端电压和频率随调速变化，而b有源整流器3b输出端通过快速熔断器连接输至B母线9.1b的直流电压恒定。c柴油发电机组1c独立调速运行，c有源整流器3c输入端电压和频率随调速变化，而c有源整流器3c输出端通过快速熔断器连接输至C母线9.1c的直流电压恒定。d柴油发电机组1d独立调速运行，d有源整流器3d输入端电压和频率随调速变化，而d有源整流器3d输出端通过快速熔断器连接输至D母线9.1d的直流电压恒定。 e有源整流器3e输出端通过快速熔断器与A母线9.1a连接，其输入端与a岸电接口13a连接，在船舶靠岸时将岸电整流将电能输送至A母线9.1a，通过a双向DC-DC单元4a向a蓄电池组5a充电。 f有源整流器3f输出端通过快速熔断器与D母线9.1d连接，其输入端与b岸电接口13b连接，在船舶靠岸时将岸电整流将电能输送至D母线9.1d，通过b双向DC-DC单元4b向b蓄电池组5b充电。

a双向DC-DC单元4a、b双向DC-DC单元4b、c双向DC-DC单元4c、d双向DC-DC单元4d、e双向DC-DC单元4e及f双向DC-DC单元4f，由直流电抗器4.1和DC-DC变换器4.2组成，电能可以双向流动。其中，a双向DC-DC单元4a的DC-DC变换器4.2端通过快速熔断器与A母线9.1a连接，其直流电抗器4.1端与a蓄电池组5a连接。b双向DC-DC单元4b的DC-DC变换器4.2端通过快速熔断器与D母线9.1d连接，其直流电抗器4.1端与b蓄电池组5b连接。c双向DC-DC单元4c的DC-DC变换器4.2端通过快速熔断器与A母线9.1a连接，其直流电抗器4.1端与a超级电容组12a连接。d双向DC-DC单元4d的DC-DC变换器4.2端通过快速熔断器与B母线9.1b连接，其直流电抗器4.1端与b超级电容组12b连接。e双向DC-DC单元4e的DC-DC变换器4.2端通过快速熔断器与C母线9.1c连接，其直流电抗器4.1端与c超级电容组12c连接。 f双向DC-DC单元4f的DC-DC变换器4.2端通过快速熔断器与D母线9.1d连接，其直流电抗器4.1端与d超级电容组12d连接。

a蓄电池组5a和b蓄电池组5b，由高能量密度单元组成。a蓄电池组5a通过a双向DC-DC单元4a接入A母线9.1a，a蓄电池组5a可以通过a双向DC-DC单元4a向A母线9.1a放电，也可通过a双向DC-DC单元4a从A母线9.1a上受电充电。b蓄电池组5b通过b双向DC-DC单元4b接入D母线9.1d，b蓄电池组5b可以通过b双向DC-DC单元4b向D母线（9.1d）放电，也可通过b双向DC-DC单元4b从D母线9.1d上受电充电。

a日用电源变压器6a和b日用电源变压器6b，由隔离变压器6.3及隔离变压器6.3的输入端的开关6.1和开关6.2组成。 a日用电源变压器6a的开关6.2与b母线2.1b连接，开关6.1与a定频逆变器8a的LC滤波器8.1端连接，隔离变压器6.3输出端与a日用负载7a连接。b日用电源变压器6b的开关6.2与c母线2.1c连接，开关6.1与b定频逆变器8b的LC滤波器8.1端连接，隔离变压器6.3输出端与b日用负载7b连接。交流模式下，与交流母线2连接的开关合闸，与LC滤波器8.1端连接的开关分闸。直流模式下，与LC滤波器8.1端连接的开关合闸，与交流母线2连接的开关分闸开。

a定频逆变器8a和b定频逆变器8b，由LC滤波器8.1和DC-AC变换器8.2组成。a定频逆变器8a输入端通过快速熔断器与B母线9.1b连接，输出端与a日用电源变压器6a的开关6.1连接。直流模式下，将B母线9.1b上的直流电逆变成高品质固定频率的交流电,供给a日用负载7a使用。 b定频逆变器8b输入端通过快速熔断器与C母线9.1c连接，输出端与b日用电源变压器6b的开关6.1连接。直流模式下，将C母线9.1c上的直流电逆变成高品质固定频率的交流电，供给b日用负载7b使用。

直流母线9，由A母线9.1a和B母线9.1b与C母线9.1c及D母线9.1d、a快速熔断器9.2a和b快速熔断器9.2b及c快速熔断器9.2c、A开关9.3a和B开关9.3b与C开关9.3c组成。交流模式下，A开关9.3a和B开关9.3b与C开关9.3c分闸。直流模式下，A开关9.3a和B开关9.3b与C开关（9.3c）合闸。

a变频逆变器10a与b变频逆变器10b和c变频逆变器10c及d变频逆变器10d，输入端通过快速熔断器与直流母线9连接，输出端与推进电机连接，可控制推进系统转矩和功率及转速，当推进系统做逆功时可将电能馈至直流母线9。其中：a变频逆变器10a控制a主推进电机11a，当a主推进电机11a做逆功时，a变频逆变器10a将电能馈至A母线9.1a,由c双向DC-DC单元4c向a超级电容组12a充电消纳。b变频逆变器10b控制b侧推进电机11b，当b侧推进电机11b做逆功时，b变频逆变器10b将电能馈至B母线9.1b, 由d双向DC-DC单元4d向b超级电容组12b充电消纳。c变频逆变器10c控制c侧推进电机11c，当c侧推进电机11c做逆功时，c变频逆变器10c将电能馈至C母线9.1c,由e双向DC-DC单元4e向c超级电容组12c充电消纳。d变频逆变器10d控制d主推进电机11d，当d主推进电机11d做逆功时，d变频逆变器10d将电能馈至D母线9.1d, 由f双向DC-DC单元4f向d超级电容组12d充电消纳。

a超级电容组12a和b超级电容组12b与c超级电容组12c及d超级电容组12d分别通过：c双向DC-DC单元4c和d双向DC-DC单元4d与e双向DC-DC单元4e及f双向DC-DC单元4f接入直流母线9。在A母线9.1a亏功时，a超级电容组12a通过c双向DC-DC单元4c瞬时放电注入A母线9.1a电能，在A母线9.1a的盈功时，a超级电容组12a通过c双向DC-DC单元4c瞬时消纳A母线9.1a的电能进行充电。在B母线9.1b亏功时，b超级电容组12b通过d双向DC-DC单元4d瞬时放电注入B母线9.1b电能，在B母线9.1b的盈功时，b超级电容组12b通过d双向DC-DC单元4d瞬时消纳B母线9.1b的电能进行充电。在C母线9.1c亏功时，c超级电容组12c通过e双向DC-DC单元4e瞬时放电注入C母线9.1c电能，在C母线9.1c的盈功时，c超级电容组12c通过e双向DC-DC单元4e瞬时消纳C母线9.1c的电能进行充电。在D母线9.1d亏功时，d超级电容组12d通过f双向DC-DC单元4f瞬时放电注入D母线9.1d电能，在D母线9.1d的盈功时，d超级电容组12d通过f双向DC-DC单元4f瞬时消纳D母线9.1d的电能进行充电。a超级电容组12a和b超级电容组12b与c超级电容组12c及d超级电容组12d实现功率平衡和故障穿越。

将交流母线2上的a开关2.2a和b开关2.2b与c开关2.2c合闸，同时将直流母线9上的A开关9.3a和B开关9.3b与C开关9.3c分闸，将a日用电源变压器6a和b日用电源变压器6b与交流母线2连接的开关合闸，同时将与LC滤波器8.1端连接的开关分闸，即可进入交流组网模式。各柴油发电机组通过并车控制器和开关1.2同步并入交流母线2或从交流母线2上解列。 a有源整流器3a和a变频逆变器10a组合成完整的交-直-交变频器控制驱动a主推进电机11a，由于a有源整流器3a和b有源整流器3b与c有源整流器3c及d有源整流器3d中的LC滤波器3.1的作用，使交流母线2上的谐波畸变率低于5%。a主推进电机11a的负载波动，通过c双向DC-DC单元4c连接的a超级电容组12a进行功率平衡。b有源整流器3b和b变频逆变器10b组合成完整的交-直-交变频器控制驱动b侧推进电机11b，b侧推进电机11b的负载波动，通过d双向DC-DC单元4d连接的b超级电容组12b进行功率平衡。c有源整流器3c和c变频逆变器10c组合成完整的交-直-交变频器控制驱动c侧推进电机11c，c侧推进电机11c的负载波动，通过e双向DC-DC单元4e连接的c超级电容组12c进行功率平衡。d有源整流器3d和d变频逆变器10d组合成完整的交-直-交变频器控制驱动d主推进电机11d，d主推进电机11d的负载波动，通过f双向DC-DC单元（4f）连接的d超级电容组（12d）进行功率平衡。通过合闸a日用电源变压器6a的开关6.2使a日用电源变压器6a受电于交流母线2，为a日用负载7a提供电力。通过合闸b日用电源变压器6b的开关6.2使b日用电源变压器6b受电于交流母线2，为b日用负载7b提供电力。

将交流母线2上的a开关2.2a和b开关2.2b与c开关2.2c分闸，同时将直流母线9上的A开关9.3a和B开关9.3b与C开关9.3c合闸，将a日用电源变压器6a上的开关6.2分闸，同时将开关6.1合闸，将b日用电源变压器6b上的开关6.2分闸，同时将开关6.1合闸，即可进入直流组网模式。a柴油发电机组1a和b柴油发电机组1b与c柴油发电机组1c及d柴油发电机组1d各自独立调速运行。 a柴油发电机组1a通过a有源整流器3a向直流母线9提供电力，b柴油发电机组1b通过b有源整流器3b向直流母线9提供电力，c柴油发电机组1c通过c有源整流器3c向直流母线9提供电力，d柴油发电机组1d通过d有源整流器3d向直流母线9提供电力。 a蓄电池组5a通过a双向DC-DC单元4a 向直流母线9提供电力进行独立推进，也可与柴油发电机组联合推进，也可通过a双向DC-DC单元4a从直流母线9上受电，对a蓄电池组5a充电。b蓄电池组5b通过b双向DC-DC单元4b向直流母线9提供电力进行独立推进，也可与柴油发电机组联合推进，也可通过b双向DC-DC单元4b从直流母线9上受电，对b蓄电池组5b充电。合闸a日用电源变压器6a的开关6.1与a定频逆变器8a连接，使a日用电源变压器6a通过a定频逆变器8a受电于直流母线9，为a日用负载7a提供低谐波高品质电力。合闸b日用电源变压器6b的开关6.1与b定频逆变器8b连接，使b日用电源变压器6b通过b定频逆变器8b受电于直流母线9，为b日用负载7b提供低谐波高品质电力。

系统配置了交流母线2和直流母线9，在a有源整流器3a和d变频逆变器10d与d柴油发电机组1d故障失效的第一种情况，与在d有源整流器3d和a变频逆变器10a与a柴油发电机组1a故障失效的第二种情况，在此两种极端情况下，交流组网模式与直流组网模式都有可能使船舶主推进系统失去动力。在第一种极端情况可通过：电能由a柴油发电机组1a→a母线2.1a→a开关2.2a→b母线2.1b→b开关2.2b→c母线2.1c→c开关2.2c→d母线2.1d→d有源整流器3d→D母线9.1d→C开关9.3c→c快速熔断器9.2c→C母线9.1c→B开关9.3b→b快速熔断器9.2b→B母线9.3b→A开关9.3a→a快速熔断器9.2a→A母线9.1a→a变频逆变器10a→抵达a主推进电机11a的电能流向路径，使船舶左舷推进器得到动力来解决处理。第二种极端情况可通过：电能由d柴油发电机组1d→d母线2.1d→c开关2.2c→c母线2.1c→b开关2.2b→b母线2.1b→a开关2.2a→a母线2.1a→a有源整流器3a→A母线9.1a→a快速熔断器9.2a→A开关9.3a→B母线9.1b→b快速熔断器9.2b→B开关9.3b→C母线9.1c→c快速熔断器9.2c→C开关9.3c→D母线9.1d→d变频逆变器10d→抵达d主推进电机11d的电能流向路径，使船舶右舷推进器得到动力来解决处理。使船舶右舷推进器得到动力解决。这样使整个电力推进系统更具冗余性与安全性，在定速巡航时使用交流模式使系统可靠皮实，在低速或进港时使用直流模式使系统节能低排放与静音经济。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上诉揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种船舶交直流组网的柴电混合电力推进系统，其特征在于：包括，a柴油发电机组（1a）和b柴油发电机组（1b）与c柴油发电机组（1c）及d柴油发电机组（1d）, 交流母线（2），a有源整流器（3a）、b有源整流器（3b）、c有源整流器（3c）、d有源整流器（3d）、e有源整流器（3e）及f有源整流器（3f），a双向DC-DC单元(4a)、b双向DC-DC单元（4b）、c双向DC-DC单元（4c）、d双向DC-DC单元（4d）、e双向DC-DC单元（4e）及f双向DC-DC单元（4f），a蓄电池组（5a）和b蓄电池组（5b）, a日用电源变压器（6a）和b日用电源变压器（6b）, a日用负载（7a）和b日用负载（7b），a定频逆变器（8a）和b定频逆变器（8b）, 直流母线（9）, a变频逆变器（10a）和b变频逆变器（10b）与c变频逆变器（10c）及d变频逆变器（10d）, a主推进电机（11a）和b侧推进电机（11b）与c侧推进电机（11c）及d主推进电机（11d），a超级电容组（12a）和b超级电容组（12b）与c超级电容组（12c）及d超级电容组（12d）,a岸电接口（13a）和b岸电接口（13c）；

所述a柴油发电机组（1a）和b柴油发电机组（1b）与c柴油发电机组（1c）及d柴油发电机组（1d）包括：同步发电机组（1.1）和开关（1.2），都配置并车控制器，通过受控于并车控制器的开关（1.2）与交流母线（2）连接；其中：a柴油发电机组（1a）与a母线（2.1a）连接，b柴油发电机组（1b）与b母线（2.1b）连接，c柴油发电机组（1c）与c母线（2.1c）连接，d柴油发电机组（1d）与d母线（2.1d）连接；

所述交流母线（2）包括：a母线（2.1a）和b母线（2.1b）与c母线（2.1c）及d母线（2.1d），a开关（2.2a）和b开关（2.2b）与c开关（2.2c）；

所述a有源整流器（3a）、b有源整流器（3b）、c有源整流器（3c）、d有源整流器（3d）、e有源整流器（3e）及f有源整流器（3f），由LC滤波器（3.1）和AC-DC变换器（3.2）组成，输入端与交流母线（2）连接，输出端通过快速熔断器与直流母线（9）连接；

其中：a有源整流器（3a）输入端与a母线（2.1a）连接，输出端通过快速熔断器连接输至A母线（9.1a）； b有源整流器（3b）输入端与b母线（2.1b）连接，输出端通过快速熔断器连接输至B母线（9.1a）；c有源整流器（3a）输入端与c母线（2.1b）连接，输出端通过快速熔断器连接输至C母线（9.1c）；d有源整流器（3d）输入端与d母线（2.1d）连接，输出端通过快速熔断器连接输至D母线（9.1d）；e有源整流器（3e）输出端通过快速熔断器与A母线（9.1a）连接，其输入端与a岸电接口（13a）连接；f有源整流器（3f）输出端通过快速熔断器与D母线（9.1d）连接，其输入端与b岸电接口（13b）连接；

所述a双向DC-DC单元(4a)、b双向DC-DC单元（4b）、c双向DC-DC单元（4c）、d双向DC-DC单元（4d）、e双向DC-DC单元（4e）及f双向DC-DC单元（4f），由直流电抗器（4.1）和DC-DC变换器（4.2）组成，电能可以双向流动；其中：a双向DC-DC单元(4a)的DC-DC变换器（4.2）端通过快速熔断器与A母线（9.1a）连接，其直流电抗器（4.1）端与a蓄电池组（5a）连接；b双向DC-DC单元(4b)的DC-DC变换器（4.2）端通过快速熔断器与D母线（9.1d）连接，其直流电抗器（4.1）端与b蓄电池组（5b）连接；c双向DC-DC单元(4c)的DC-DC变换器（4.2）端通过快速熔断器与A母线（9.1a）连接，其直流电抗器（4.1）端与a超级电容组（12a）连接；d双向DC-DC单元(4d)的DC-DC变换器（4.2）端通过快速熔断器与B母线（9.1b）连接，其直流电抗器（4.1）端与b超级电容组（12b）连接；e双向DC-DC单元(4e)的DC-DC变换器（4.2）端通过快速熔断器与C母线（9.1c）连接，其直流电抗器（4.1）端与c超级电容组（12c）连接,；f双向DC-DC单元(4f)的DC-DC变换器（4.2）端通过快速熔断器与D母线（9.1d）连接，其直流电抗器（4.1）端与d超级电容组（12d）连接；

所述a蓄电池组（5a）和b蓄电池组（5b），由高能量密度单元组成，可通过双向DC-DC单元向直流母线（9）放电，也可通过双向DC-DC单元从直流母线（9）上受电进行充电；其中：a蓄电池组（5a）与a双向DC-DC单元(4a)的直流电抗器（4.1）端连接，b蓄电池组（5b）与b双向DC-DC单元(4b)的直流电抗器（4.1）端连接；

所述a日用电源变压器（6a）和b日用电源变压器（6b），由隔离变压器（6.3）及隔离变压器（6.3）输入端的开关（6.1）和开关（6.2）组成；

其中：a日用电源变压器（6a）的开关（6.2）与b母线（2.1b）连接，开关（6.1）与a定频逆变器（8a）的LC滤波器（8.1）端连接，隔离变压器（6.3）输出端与a日用负载（7a）连接；b日用电源变压器（6b）的开关（6.2）与c母线（2.1c）连接，开关（6.1）与b定频逆变器（8b）的LC滤波器（8.1）端连接，隔离变压器（6.3）输出端与b日用负载（7b）连接；

所述a定频逆变器（8a）和b定频逆变器（8b），由LC滤波器（8.1）和DC-AC变换器（8.2）组成；其中：a定频逆变器（8a）输入端通过快速熔断器与B母线（9.1b）连接，输出端与a日用电源变压器（6a）的开关（6.1）连接；b定频逆变器（8b）输入端通过快速熔断器与C母线（9.1c）连接，输出端与b日用电源变压器（6b）的开关（6.1）连接；

所述直流母线（9）包括：A母线（9.1a）和B母线（9.1b）与C母线（9.1c）及D母线（9.1d），a快速熔断器（9.2a）和b快速熔断器（9.2b）及c快速熔断器（9.2c），A开关（9.3a）和B开关（9.3b）与C开关（9.3c）；

所述a变频逆变器（10a）与b变频逆变器（10b）和c变频逆变器（10c）及d变频逆变器（10d），其输入端通过快速熔断器与直流母线（9）连接，输出端与推进电机连接，可控制推进系统转矩和功率及转速，当推进系统做逆功时可将电能馈至直流母线（9）；

其中：a变频逆变器（10a）控制a主推进电机（11a），b变频逆变器（10b）控制b侧推进电机（11b），c变频逆变器（10c）控制c侧推进电机（11c），d变频逆变器（10d）控制d主推进电机（11d）；

所述a超级电容组（12a）和b超级电容组（12b）与c超级电容组（12c）及d超级电容组（12d），与双向DC-DC单元的直流电抗器（4.1）端连接；在直流母线（9）亏功时，通过双向DC-DC单元瞬时放电注入直流母线（9）电能；在直流母线（9）盈功时，通过双向DC-DC单元瞬时消纳直流母线（9）的电能进行充电；其中：a超级电容组（12a）与c双向DC-DC单元（4c）的直流电抗器（4.1）端连接，b超级电容组（12b）与d双向DC-DC单元（4d）的直流电抗器（4.1）端连接，c超级电容组（12c）与e双向DC-DC单元（4e）的直流电抗器（4.1）端连接，d超级电容组（12d）与f双向DC-DC单元（4f）的直流电抗器（4.1）端连接，实现功率平衡和故障穿越。

2.根据权利要求1所述的一种船舶交直流组网的柴电混合电力推进系统，其特征在于：将交流母线（2）上的a开关（2.2a）和b开关（2.2b）与c开关（2.2c）合闸，同时将直流母线（9）上的A开关（9.3a）和B开关（9.3b）与C开关（9.3c）分闸，将a日用电源变压器（6a）和b日用电源变压器（6b）与交流母线（2）连接的开关（6.2）合闸，同时将与LC滤波器（8.1）端连接的开关（6.1）分闸，即可进入交流组网模式。

3.根据权利要求1所述的一种船舶交直流组网的柴电混合电力推进系统，其特征在于,将交流母线（2）上的a开关（2.2a）和b开关（2.2b）与c开关（2.2c）分闸，同时将直流母线（9）上的A开关（9.3a）和B开关（9.3b）与C开关（9.3c）合闸，将a日用电源变压器（6a）和b日用电源变压器（6b）与交流母线（2）连接的开关（6.2）分闸，同时将与LC滤波器（8.1）端连接的开关（6.1）合闸，即可进入直流组网模式。

4.根据权利要求1所述的一种船舶交直流组网的柴电混合电力推进系统，配置了交流母线（2）和直流母线（9），使整个电力推进系统更具冗余性和安全性，交流组网模式与直流组网模式可相互切换，交流组网模式系统可靠皮实，直流组网模式系统节能低排放与静音经济。

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