CN112566841A - 应用低压配电的船 - Google Patents

Abstract

本发明的第一方面的实施例涉及一种船，包括：与基本负载相关联的第一电力系统；和与服务负载相关联的第二电力系统。

Description

应用低压配电的船

技术领域

本公开涉及一种应用低压配电的船，更具体地说，涉及一种应用电力系统的船，其中电力系统被分成基本负载电力系统和服务负载电力系统，用于被分为基本&重要负载和服务负载的船电力负载中的每一个，从而通过低压(例如，440伏)交流(AC)或直流(DC)配电向负载供电。

背景技术

船是典型的海上运输工具，近年来，随着船建造技术和电子技术的发展，在船上安装电负载的趋势越来越明显。

船上的电负载包括与航行相关的基本&重要负载和与航行无关的服务负载。推力器马达是用于大型船入坞/出坞的高容量(约2MW)负载，一般集装箱船包括安装在前部的两个推力器马达。

在集装箱船的情况下，基本负载包括推力器马达、燃油供应泵和燃料阀冷却泵，服务负载包括冷藏集装箱。

此外，船的基本负载和服务负载可以包括在行驶期间具有恒定功耗的连续负载，以及根据行驶特性具有变化功耗量的可变负载，例如变频驱动(VFD)负载和冷藏集装箱负载。一般来说，船使用交流(AC)供电系统，并且连续负载和可变负载放在一起并且连接到单个电力系统，因此整个系统具有很高的负载容量。

一般来说，在大型集装箱船的情况下，单个电力系统具有10MW或更高的非常高的容量。当在单个系统内向大型船的所有负载供电时，供电电缆的数量迅速增加。此外，由于船的临界负载具有690伏或更低的低额定电压，当电力系统被设计成以690伏或更低的低压供电时，配电电压低于系统容量，因此配电盘中流动非常高的电流。因此，由于系统中的高电流，需要高价的高压切断设备来防止系统事故。当额定电流等于或高于4000-5000A时，市场上没有可用的切断设备，因此单个电力系统由于容量限制，对基于低压的供电有限制。

因此，在应用特定规模或更大规模的电力系统的船的情况下，为了解决由低压高电流引起的电缆数量和系统容量限制，供电系统不可避免地需要生成在高压下的电力，将其转换成低压并将电力供应给负载。

图1是示出根据相关技术的实施例的船用供电系统的系统架构的图，该供电系统被配置为单个系统，在该单个系统中，连续负载和可变负载被放在一起

参考图1，在船用供电系统中，连续负载和可变负载一起放在单个电力系统中，船用供电系统包括：高压发电单元10；高压配电盘20；至少一个降压变压器30，用于降低高压配电盘20的高压电信号；低压配电盘40；负载单元50，其中连续负载和可变负载放在一起；和应急配电盘60。

如图1所示，当船的单个供电系统被应用于大型船时，在系统处于预定规模或更大规模的情况下，即使负载的额定电压是低压，高压配电也应用于主配电，并且当分支到负载所连接的子系统时，通过将高压转换成低压的降压变压器30来供电。

图1的供电系统被配置为单个电力系统，因此在发电效率方面具有低性能。

在AC电力系统的情况下，当负载系数达到70-80％时，发电效率最佳。因此，图1的供电系统使用固定RPM发电机来发电，使得负载系数为70-80％。基于连续负载和可变负载的最大负载功率来计算发电单元10中包括的固定RPM发电机的发电容量。因此，当行驶特性(如可变负载)所需的功率低于最大负载功率时，发电机的负载系数降低，发电效率降低。

例如，当图1的供电系统应用于集装箱船时，集装箱船可以包括冷藏集装箱，其是典型的可变负载。一艘大型集装箱船运载约1000FEU的冷藏集装箱，冷藏集装箱的最大功耗约为4.5-5MW。冷藏集装箱的功耗根据外部温度和货物类型而变化。平均而言，冷藏集装箱的负载系数约为系统中负载终端的30-40％。冷藏集装箱的低平均负载系数导致单个电力系统中整个系统的负载系数降低，结果，整个单个电力系统的发电效率降低。也就是说，当可变负载在整个负载中的比率较高时，图1的系统的发电效率显著降低。

此外，近来，根据航行特性，有向中央冷却系统以及基于VFD的负载增加的趋势，以优化负载终端的功耗。这种趋势影响总负载系数的降低，导致发电效率降低。

此外，由于图1的供电系统是基于高压配电而配置的，因此对船的空间利用率有限制。

当6.6千伏的高压施加到图1的配电盘20时，对负载的供电过程如下：6.6千伏发电机->6.6千伏高压的高压主配电盘->6.6千伏/440伏变压器->440伏低压子配电盘。也就是说，图1的船用供电系统生成高压电力，将其转换成低压，并将电力供应给负载。

图2是用于描述具有图1的船用供电系统的先前船的内部结构的图。

参考图2，船1000包括发动机室1030。发动机室1030在其中包括各种发动机机器，例如发电机和连接到发动机机器的其他机器，并且包括用于控制发动机的发动机控制室(ECR)和/或作为放置配电盘的空间的ECR-配电盘室1005，以及作为放置降压变压器30的空间的变压器室1007。

如上文所描述，应用了部分高压配电的图1的电力系统需要高容量降压变压器40来向负载供电。由于高压配电在具有高容量负载的船中进行，其中放置降压变压器40的变压器室1007的尺寸非常大。

例如，在图1的情况下，每个降压变压器40的规格是6600/440VAC、3400kVA、3ph，并且当八个具有宽度(2.6m)×长度(2.65m)×高度(1.6m)尺寸的降压变压器40安装在船上时，相当大的空间被用作变压器室。例如，尺寸为宽度(13-15米)×长度(6-8米)×高度(6-8米)(例如，13.25米×6.06米×6.62米)的船(发动机室)中的两个空间用作两个变压器室。结果，船上的可用空间减少了相当于相对应变压器室的大小。

发电效率降低或船空间利用率降低的问题不仅可能发生在集装箱船上，也可能发生在其他类型的船上，例如液化天然气(LNG)运输船或液化石油气(LPG)运输船。具体而言，下面将参考图13和图21更详细地描述在LNG运输船或LPG运输船中可能出现的发电效率降低或船空间利用率降低的问题。

[相关文献]

[专利文献]

[专利文献1]韩国专利公开第10-2017-0118285号

发明内容

【技术问题】

根据本公开的第一方面，提供了一种供电系统和应用该供电系统的船，该供电系统被分成用于被分为基本负载和服务负载的船电负载中的每一个的基本负载电力系统和服务负载电力系统，使得通过低压(例如，440伏)配电向负载供电。

根据本公开的第二方面，提供了一种液化天然气(LNG)运输船，LNG运输船的供电系统应用于该LNG运输船，其中供电系统被分成用于被分为基本负载和服务负载的船电负载中每一个电负载的基本负载电力系统和服务负载电力系统，使得通过低压(例如，440伏)配电向负载供电。

根据本公开的第三方面，可以提供一种供电系统和应用该供电系统的LPG运输船，该供电系统被分为用于被分为基本负载和服务负载的液化石油气(LPG)运输船的电负载中的每一个电负载的基本负载电力系统和服务负载电力系统，使得每个电力系统属于用于高燃料效率的负载系数范围或者具有接近的负载系数。

【技术解决方案】

在根据本公开的第一方面的实施例中，具有基本负载和服务负载的船可以包括与基本负载相关联的第一电力系统；和与服务负载相关联的第二电力系统。

优选地，第一电力系统可以包括第一发电单元、第一配电盘和第一负载单元，第一负载单元包括船航行所需的基本负载。

优选地，第二电力系统可以包括第二发电单元和第二配电盘；和包括可变负载的第二负载。

优选地，第一电力系统和第二电力系统可以仅包括低压配电盘，低压配电盘通过施加低压向负载供电。

优选地，在交流电(AC)的情况下，1000伏或更低(例如，440伏)的电压可以施加到低压配电盘。

优选地，第一负载单元的至少一些负载可以在没有变压器的情况下电连接到第一配电盘。

优选地，第二负载单元的至少一些负载可以在没有变压器的情况下电连接到第二配电盘。

优选地，基本负载可以包括推力器马达、发动机燃料供应泵、润滑油泵或冷却泵中的至少一个。

优选地，当船是集装箱船时，服务负载可以包括冷藏集装箱。

优选地，第一电力系统或第二电力系统中的至少一个包括可变RPM发电机。

优选地，第一发电单元可以包括固定RPM发电机或可变RPM发电机。

优选地，当第一发电单元包括可变RPM发电机时，第一发电单元可以进一步包括交流/直流(DC)转换器，以接收AC电信号并转换成DC电信号，并且第一负载单元可以进一步包括DC/AC逆变器，以接收DC电信号并转换成AC电信号。

优选地，第二发电单元可以包括固定RPM发电机或可变RPM发电机。

优选地，当第二发电单元包括可变RPM发电机时，第二发电单元可进一步包括AC/DC转换器以接收AC电信号并转换成DC电信号，第二负载单元可进一步包括DC/AC逆变器以接收DC电信号并转换成AC电信号。

优选地，基本负载可以包括推力器马达、发动机燃料供应泵、润滑油泵或基于变频驱动(VFD)的负载中的至少一者。

优选地，当第二发电单元包括固定RPM发电机时，其可以被配置成生成具有与第二配电盘的频率相匹配的频率的电力。

优选地，第二发电单元可以包括多个发电机，并且第二配电盘可以包括多条母线。

优选地，在船上，多个发电机中只有一个可以在中或低负载部分中发电，并且第二配电盘可以由封闭母线控制。

在根据本公开的第一方面的另一实施例中，具有基本负载和服务负载的船可以包括与基本负载相关联的第一电力系统；和与服务负载相关联的第二电力系统。这里，第二电力系统生成低压电力并将电力供应给服务负载。

优选地，第二电力系统可以包括第二发电单元、第二配电盘和用于船服务的服务负载。这里，服务负载包括冷藏集装箱。

优选地，第二配电盘是低压配电盘，并且位于后部的发动机室中。

优选地，冷藏集装箱的至少一部分可以通过设置在前部的冷藏面板从第二配电盘接收电力。

优选地，第二电力系统可以进一步被配置成将第二配电盘的低压电力转换成高压电力并传输到冷藏面板。

优选地，第二电力系统包括：升压变压器，以将第二配电盘的低压电力转换成高压电力；以及降压变压器，用于将高压电力转换成低压电力并输出到冷藏面板。

优选地，升压变压器可以位于发动机室中。

优选地，降压变压器可以位于下方容纳空间(Accom under space)中。

优选地，第一电力系统和第二电力系统可以包括固定RPM发电机。

在根据本公开的第一方面的又一实施例中，具有基本负载和服务负载的船可以包括与基本负载相关联的第一电力系统；和与服务负载相关联的第二电力系统。这里，推力器马达连接到第二电力系统。

优选地，第二电力系统可以包括第二发电单元、第二配电盘、用于船服务的服务负载、推力器马达以及位于服务负载与推力器马达之间的切换单元。

优选地，切换单元可以被配置为互锁以用于从第二配电盘到服务负载或推力器马达的供电。

优选地，当推力器马达操作时，切换单元可以被切换以通过第二配电盘从第二发电单元向推力器马达供电。

优选地，当推力器马达不操作时，切换单元可以被切换以通过第二配电盘从第二发电单元向服务负载供电。

优选地，船可以进一步包括设置在第二配电盘与切换单元之间的升压变压器；以及位于切换单元与服务负载之间的降压变压器。

优选地，第一电力系统和第二电力系统可以包括固定RPM发电机。

优选地，第二发电单元可以包括可变RPM发电机。

优选地，可以进一步包括电力转换器，以用于使从可变RPM发电机接收的功率的频率与第二配电盘的频率相匹配。

优选地，在根据本公开的第二方面的实施例中，具有基本负载和服务负载的(LNG)运输船可以包括：与基本负载相关联的第一电力系统；和与服务负载相关联的第二电力系统。

优选地，第一电力系统可以包括第一发电单元、第一配电盘和包括船航行所需的连续负载的第一负载单元。

优选地，第二电力系统可以包括第二发电单元和第二配电盘；和包括可变负载的第二负载单元。

优选地，第一电力系统和第二电力系统可以仅包括低压配电盘，以向负载供应低压电力。

优选地，第一电力系统和第二电力系统可以包括固定RPM发电机。

优选地，第一电力系统可包括固定RPM发电机，第二电力系统可包括可变RPM发电机。

优选地，第二电力系统可以进一步包括电力转换器，用于使从可变RPM发电机接收的电信号的频率与第二配电盘的频率相匹配。

优选地，第二电力系统可以包括：AC/DC转换器，以将从发电单元输出的AC电信号转换成DC电信号；和DC/AC逆变器，以将DC电信号转换成AC电信号。

优选地，至少第二电力系统可以包括高压配电盘，以向负载供应高压电力。

优选地，第一电力系统和第二电力系统可以包括固定RPM发电机。

优选地，第一电力系统可包括固定RPM发电机，第二电力系统可包括可变RPM发电机。

在根据本公开第二方面的另一实施例中，具有基本负载和服务负载的LNG运输船可以包括：与基本负载相关联的第一电力系统；和与服务负载相关联的第二电力系统。这里，推力器马达连接到第二电力系统。

优选地，LNG运输船可以进一步包括：切换单元，其被配置为切换以将由第一电力系统生成的电力传输到第二电力系统的推力器马达。

优选地，切换单元被配置为：当推力器马达开始操作时，切换以将由第一电力系统生成的电力传输到第二电力系统的推力器马达。

优选地，切换单元被配置为：当推力器马达完成操作时，切换以将由第一电力系统生成的电力传输到基本负载。

优选地，切换单元可以包括单刀双掷(SPDT)。

优选地，第一电力系统可以被配置为执行低压配电，第二电力系统可以被配置为执行高压配电。另外，LNG运输船还可以包括：变压器，以从切换单元接收低压电信号并转换成高压电信号。

在根据本公开的第三方面的实施例中，具有基本负载和服务负载的液化石油气(LPG)运输船可以包括：与LPG运输船的基本负载相关联的第一电力系统；和与第一电力系统分开的、与LPG运输船的服务负载相关联的第二电力系统。

优选地，第一电力系统可以包括第一发电单元、第一配电盘和LPG运输船航行所需的基本负载。

优选地，第二电力系统可以包括第二发电单元、第二配电盘和用于运输LPG的服务负载。

优选地，发电单元可以包括固定RPM发电机。

优选地，第二发电单元可以包括可变RPM发电机。

优选地，当第二负载单元具有随时间变化的负载部分时，可变RPM发电机被控制为对应于基于服务负载预设的负载部分的RPM。

优选地，第二发电单元可以进一步包括AC/AC转换器，该AC/AC转换器被配置成将从可变RPM发电机生成的AC电信号的频率转换成第二配电盘的特定频率。

优选地，第二发电单元可以进一步包括AC/DC转换器，以接收从可变RPM发电机生成的AC电信号，并转换成DC电信号。这里，第二负载单元可以进一步包括DC/AC逆变器，以接收AC/DC转换器的DC电信号并转换成AC电信号。

优选地，服务负载可以包括货物压缩机、货物泵、货物喷淋泵、扫舱泵、深井泵或增压泵中的至少一种。

在根据本公开第三方面的实施例中，具有基本负载和服务负载的LPG运输船可以包括：与LPG运输船的基本负载相关联的第一电力系统；与LPG运输船的服务负载相关联的第二电力系统；冗余单元，用于从未发生事故的电力系统向已发生事故的电力系统的负载单元供电；以及，控制单元，用于监控第一电力系统或第二电力系统的电信号，基于监控结果确定发生事故的电力系统，并从未发生事故的电力系统向发生事故的电力系统的负载单元供电。

优选地，第二电力系统可以包括第一发电单元，该第一发电单元包括多个发电机、第一配电盘和第一负载单元，该第一负载单元包括LPG运输船航行所需的基本负载。这里，多个发电机中的至少一个可以是在普通航行期间不操作的备用发电机。

优选地，第二电力系统可以包括第二发电单元、第二配电盘和包括服务负载的第二负载单元。

优选地，当在第二电力系统的发电机中检测到事故时，控制单元被配置为执行从备用发电机到第二负载单元的供电。

优选地，冗余单元被配置为执行从第一电力系统的备用发电机到第二电力系统的服务负载的供电。

优选地，冗余单元可以包括用于被配置为将备用发电机的电力传输到第二配电盘的母线连接的开关。

优选地，冗余单元可以包括SPDT。这里，SPDT被配置为连接从备用发电机延伸到第一配电盘的第一路径，或者从备用发电机延伸到第二配电盘的第二路径。

优选地，冗余单元可以包括SPDT。这里，当第二发电单元还包括AC/DC转换器以接收从可变RPM发电机生成的AC电信号并转换成DC电信号时，SPDT被配置为连接从备用发电机延伸到第一配电盘的第一路径，或者从备用发电机延伸到AC/DC转换器的第二路径。

优选地，服务负载可以包括货物压缩机、货物泵、货物喷淋泵、扫舱泵、深井泵或增压泵中的至少一种。

【有利效果】

根据本公开的第一方面，根据负载特性，船的基于低压配电的电力系统被分成基本负载电力系统和服务负载电力系统。

在集装箱船的情况下，基本负载电力系统包括船行驶所必需的基本负载(例如，推力器马达和发动机润滑油泵马达)，并且大部分基本负载对应于连续负载。服务负载电力系统包括对于船的行驶不是必需的，但是与船提供服务相关的负载(例如，诸如冷藏集装箱之类的货物存储负载)，并且大部分服务负载对应于可变负载。

由于负载分开，与现有技术的单个系统相比，每个电力系统的容量减小，因此可以仅使用低压配电盘向每个电力系统中的负载供电。结果，可以消除对高压配电的需要，并且消除对高压配电盘和高容量降压变压器的需要。

如上文所描述，由于不使用多个降压变压器，在集装箱船的情况下，就资本支出(CAPEX)而言，可能获得每艘船约2.5亿的成本节约效果。

此外，为降压变压器提供的空间(即变压器室)可以用于各种其他目的。一般来说，由于相对应的降压变压器设置在设备密度高的发动机室中，因此它极大地影响了船中空间利用率的改进。

另外，由于用于基本负载的电力系统和用于服务负载的电力系统是分开配置的，所以可以增加每个系统的稳定性。当在服务负载终端中发生系统事故时，由于现有技术系统被配置为单个系统，所以基本负载受到影响。在系统分开配置的情况下，当服务负载终端发生事故时，相对应的系统事故仅在用于服务负载的电力系统中蔓延，因此不影响用于基本负载的电力系统。同样，在系统分开的情况下，当基本负载终端中发生事故时，相对应的事故不会蔓延到服务负载终端。

另外，由于电力系统是分开的，每个电力系统可以具有独立的系统配置。例如，每个电力系统的发电机类型、配电电压或电信号类型可以被独立配置和操作。

在一个实施例中，该系统被设计成配置和操作最适合于负载特性的发电机，以具有高发电效率。例如，通过在主要包括连续负载的电力系统中安装固定RPM发电机来供电，并且在主要包括可变负载的电力系统中安装可变RPM发电机来供电。

在一个实施例中，在集装箱船的情况下，具有指示连续负载供电的最佳效率的发电容量的发电机安装在基本负载电力系统中并以固定RPM被驱动，并且具有可变负载系数的、用于优化可变负载发电效率的可变RPM发电机安装在服务负载电力系统中。

在冷藏集装箱(其是集装箱中典型的服务负载)的情况下，平均负载系数是系统中整个负载终端的30-40％。当与使用固定RPM发电机向服务负载供电的图1的电力系统相比较时，基于35％的负载系数用于生成1kmh电力的燃料消耗量从大约216克减少到大约190克。也就是说，在根据本公开的集装箱船的情况下，可以将燃料消耗改进大约13％。

因此，在一艘使用$640/吨的马林瓦斯油(Marin Gas Oil，MGO)作为燃料的集装箱船上，当以燃料消耗改进被简化为10％来计算时，可获得OPEX24000美元/年的燃料成本节约效果(＝9636美元/天×改进效率(10％)×航海天数(一般为250天))。

在另一个实施例中，当可变RPM发电机安装在基本负载电力系统中时，可变RPM发电机可以连接到包括在基本负载终端中的基于变频驱动(VFD)的负载。结果，当基于VFD的负载的负载系数根据船的航行特性降低时，可以解决由于降低的功耗量而由负载系数降低导致的发电效率降低的问题。

此外，每个电力系统中的配电方法可以被配置为能够进行低压直流(DC)配电和/或低压交流(AC)配电。也就是说，与难以进行DC配电的先前供电系统相反，可以自由设定配电类型，从而根据发电单元和负载的特性实现灵活的供电。

在另一个实施例中，船用供电系统可以使用固定RPM发电机向主要包括可变负载的供电系统供电。使用固定RPM发电机，可以降低发电机成本，并消除应用可变发电机时所需的电力转换器的需要。

在又一个实施例中，船用供电系统可以使用升压变压器高效地执行从设置在后部的发动机室的低压配电盘到设置在前部的冷藏面板的长距离供电。

在又一个实施例中，在设置在前部并且仅在进入/离开港口时被驱动的推力器马达152的供电中，服务负载电力系统可以供电，从而降低基本负载电力系统的发电容量，其中服务负载电力系统被配置为配电给前部的服务负载以向冷藏集装箱供电。

根据本公开的第二方面，液化天然气(LNG)运输船的基于低压配电的电力系统根据负载特性被分成基本负载电力系统和服务负载电力系统。基本负载电力系统包括与LNG运输船的行驶相关的基本负载(例如，推力器马达、推进马达和发动机润滑油泵马达)，并且大部分基本负载对应于连续负载。服务负载电力系统包括对于LNG运输船的行驶不是必需的，但是与LNG运输船提供服务相关的负载(例如，货物泵、重型(HD)压缩机、轻型(LD)压缩机和汽化器)，并且大部分服务负载对应于可变负载。

由于负载分开，与先前的单个系统相比，每个电力系统的容量减小，因此可以仅通过低压配电向每个电力系统中的负载供电。因此，可以消除对高压配电的需要，并且消除对将高压转换成低压的高容量降压变压器的需要。由于没有使用降压变压器，所以可以在资本支出(CAPEX)方面获得成本节约效果。

此外，为降压变压器提供的空间(即变压器室)可以用于各种其他目的。一般来说，由于相对应的降压变压器设置在设备密度高的发动机室中，因此它极大地影响了船中空间利用率的改进。

另外，由于用于基本负载的电力系统和用于服务负载的电力系统是分开配置的，所以可以增加每个系统的稳定性。当在服务负载终端中发生系统事故时，由于先前系统被配置为单个系统，所以基本负载受到影响。在系统分开配置的情况下，当服务负载终端中发生事故时，相对应的系统事故只在用于服务负载的电力系统中蔓延，不影响用于基本负载的电力系统。同样，在系统分开的情况下，当基本负载终端中发生事故时，相对应的事故不会蔓延到服务负载终端。

另外，由于电力系统是分开的，每个电力系统可以具有独立的系统配置。例如，每个电力系统的发电机类型、配电电压或电信号类型可以独立配置和操作。

在一个实施例中，该系统被配置成配置和操作最适合于负载特性的发电机，以具有高发电效率。例如，更适于连续负载供电的固定RPM发电机安装在主要包括连续负载的电力系统中，并以固定RPM被驱动，以具有指示用于连续负载供电的最佳效率的发电容量，而更适于可变负载供电的可变RPM发电机安装在主要包括可变负载的电力系统中，并以具有用于可变负载供电的最佳效率的可变RPM被驱动。

因此，可以减少LNG运输船消耗的燃料量。

在另一个实施例中，该系统可以使用固定RPM发电机向主要包括可变负载的电力系统供电。使用固定RPM发电机，可以降低发电机成本，并消除应用可变发电机时所需的电力转换器的需要。

此外，每个电力系统中的配电方法可以被配置为能够进行低压DC配电和/或低压AC配电。也就是说，与难以进行DC配电的先前供电系统相反，可以自由设置配电类型，从而根据发电单元和负载的特性实现灵活的供电。

在一个实施例中，该系统被配置成使得服务负载电力系统向设置在前部并且仅在进入/离开港口时被驱动的推力器马达供电。因此，可以降低基本负载电力系统的发电容量。

根据本公开的第三方面，液化石油气(LPG)运输船的基于低压配电的电力系统根据负载特性被分成基本负载电力系统和服务负载电力系统。基本负载电力系统包括与LPG运输船的行驶相关的t个基本负载(例如，冷却泵、发动机润滑油泵马达和压载泵)，并且大部分基本负载对应于连续负载。服务负载电力系统包括对于LPG运输船的行驶不是必需的，但是与LPG运输船提供服务相关的负载(例如，货物压缩机、货物喷淋泵和扫舱泵)，并且大部分服务负载对应于可变负载。

由于负载分开，与先前的单个系统相比，每个电力系统的容量减小，因此可以减小基本负载电力系统中发电机(或发动机)的容量。因此，可以降低发电机安装成本并增加发动机室中的空间利用率。

此外，由于负载分开，每个电力系统都属于高燃料效率的负载系数范围或具有接近的负载系数。因此，与单个系统结构相比，供电系统可以获得改进的发电效率。

此外，每个分开的电力系统可以具有独立的系统配置。在一个示例中，基本负载电力系统(其大部分是连续负载)被配置为包括固定RPM发电机，而服务负载电力系统(其大部分是可变负载)被配置为包括可变RPM发电机。通过考虑负载特性的发电机的应用，供电系统具有高燃料效率(特别是在服务负载电力系统中，在中/低负载部分的情况下)。在另一个示例中，服务负载电力系统可以被配置为能够进行部分DC配电。

在一个实施例中，分开的电力系统可以进一步被配置为通过连接装置(例如，母线联络断路器或单刀双掷(SPDT))连接。因此，服务负载电力系统不需要额外的发电机或增加的容量来向服务负载供电。

此外，当连接装置被配置为在服务负载电力系统的发电机中发生事故时被连接时，可以通过控制储存LPG的货舱的温度和压力来安全地运输LPG。如上文所描述，由于供电系统被设计成具有冗余结构，所以可以增强服务负载电力系统的稳定性和可靠性。

本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将从所附权利要求中清楚地理解这里没有提到的其他效果。

附图说明

以下是对实施例描述中的必要附图的简要介绍，以更清楚地描述本公开的实施例或先前技术的技术方案。应当理解，附图仅用于描述本公开的实施例的目的，并不旨在限制本公开。另外，为了描述清楚，附图可以示出各种修改的元件，例如放大和省略的元件。

图1是示出根据相关技术的实施例的船用供电系统的系统架构的图，该供电系统被配置为单个系统，在该单个系统中，连续负载和可变负载被放在一起。

图2是用于描述具有图1的基于高压配电的单个电力系统的先前船的内部结构的图。

图3是在根据本公开的第一方面的实施例中，包括分开的电力系统的船用供电系统的示意性系统架构图。

图4是示出电力系统中负载终端的负载系数与向负载终端供电的发电机的燃料消耗量之间的关系的图。

图5是在根据本公开的第一方面的实施例中船用供电系统的示意性系统架构图，该供电系统被配置有用于基本负载电力系统的AC配电和用于服务负载电力系统的DC配电。

图6是在根据本公开的第一方面的另一个实施例中船用供电系统的示意性系统架构图，该供电系统被配置有用于基本负载电力系统的DC配电和用于服务负载电力系统的AC配电。

图7是在根据本公开的第一方面的又一实施例中船用供电系统的示意性系统架构图，该供电系统配置有用于基本负载电力系统和服务负载电力系统的DC配电。

图8是在根据本公开的第一方面的又一实施例中船用供电系统的示意性系统架构图，该供电系统被配置有用于基本负载电力系统和服务负载电力系统的基于固定RPM的AC配电。

图9是在根据本公开的第一方面的另一实施例中船用供电系统的示意性系统架构图，该供电系统将先前变压器室的空间用于除集装箱装运之外的任何目的。

图10是其中放置了图9的升压变压器和降压变压器的集装箱船的侧结构图。

图11是在根据本公开的第一方面的一实施例中包括分开的电力系统的船用供电系统的示意性系统架构图。

图12是在根据本公开的第一方面的另一实施例中包括分开的电力系统的船用供电系统的示意性系统架构图。

图13是示出根据相关技术的另一实施例的LNG运输船用的供电系统的系统架构的图，该供电系统被配置为单个系统，在该单个系统中，基本负载和服务负载被放在一起。

图14是用于描述具有图13的LNG运输船用的供电系统的先前LNG运输船的内部结构的图。

图15是在根据本公开的第二方面的实施例中，包括分开的电力系统的LNG运输船的供电系统的示意性系统架构图。

图16是在根据本公开的第二方面的实施例中LNG运输船用的供电系统的示意性系统架构图，该供电系统被配置成使得服务负载电力系统具有可变RPM发电机。

图17是示出电力系统中负载终端的负载系数与向负载终端供电的发电机的燃料消耗量之间的关系的图。

图18是在根据本公开的第二方面的实施例中LNG运输船用的供电系统的示意性系统架构图，该供电系统被配置成使得基本负载电力系统具有固定RPM发电机以执行AC配电，并且服务负载电力系统具有可变RPM发电机以执行部分DC配电。

图19是在根据本公开的第二方面的另一实施例中包括分开的电力系统的LNG运输船的供电系统的示意性系统架构图。

图20是在根据本公开的第二方面的又一实施例中包括分开的电力系统的LNG运输船的供电系统的示意性系统架构图。

图21是示出根据相关技术的再一实施例的LPG运输船的供电系统的系统架构的图，该供电系统被配置为单个系统，在该单个系统中，连续负载和可变负载被放在一起

图22是在根据本公开的第三方面的实施例中包括分开的电力系统的LPG运输船用的供电系统的示意性系统架构图。

图23是在根据本公开的第三方面的实施例中LPG运输船用的供电系统的示意性系统架构图，该供电系统被配置成使得服务负载电力系统具有可变RPM发电机。

图24是示出电力系统中负载终端的负载系数与向负载终端供电的发电机的燃料消耗量之间的关系的图。

图25是在根据本公开第三方面的实施例中LPG运输船用的供电系统的示意性系统架构图，该供电系统被配置成使得基本负载电力系统具有固定RPM发电机以执行AC配电，并且服务负载电力系统具有可变RPM发电机以执行部分DC配电。

图26是在根据本公开第三方面的实施例中LPG运输船用的供电系统的示意性系统架构图，该供电系统进一步被配置为在紧急情况下给服务负载配电。

图27是在根据本公开的第三方面的另一实施例中LPG运输船用的供电系统的示意性系统架构图，该供电系统进一步被配置为在紧急情况下给服务负载配电。

图28是在根据本公开的第三方面的实施例中LPG运输船用的供电系统的示意性系统架构图，该供电系统进一步被配置为向服务负载配电，具有可变RPM发电机，以在紧急情况下执行部分DC配电。

[主要元件的详细描述]

1：船用供电系统

200：服务负载电力系统

100：基本负载电力系统

210：服务负载发电机单元

110：基本负载发电机单元

111、112：发电机

113：开关

116：AC/DC转换器

120：冗余单元

125：切换单元

130：配电盘

131、132：主母线

133：母线联络断路器

150：基本负载单元

152：推力器马达

153：升压变压器

154：子配电盘

155：变压器

156：DC/AC逆变器

160：应急配电盘

211、212：发电机

213：开关

214：AC/AC转换器

216：AC/DC转换器

220：DC配电盘

221：DC主母线

226：DC/AC逆变器

230：配电盘

231、232：主母线

233：母线联络断路器

250：服务负载单元

256：DC/AC逆变器

260：变换单元

261：升压变压器

266：降压变压器

270：第一子配电盘

280：第二子配电盘

具体实施方式

这里使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。除非上下文明确指出，否则单数形式也包括复数形式。当在本说明书中使用时，术语“包括”或“包含”指定所陈述的特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在或添加。

除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。应当理解，术语，例如在常用词典中定义的那些术语，应当被解释为具有与它们在相关技术文献的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文明确定义，否则不以理想化或过度正式的意义来解释。

这里使用的术语“船”是指包括船航行所必需的基本负载和除了航行之外的任何功能另外使用的服务负载的船，并且指各种船，例如集装箱船、燃料运输船和客船。在下文中，将基于集装箱船、液化天然气(LNG)运输船和液化石油气(LPG)运输船来描述本公开，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，本公开不限于这些船类型。

在本说明书中，分为基本负载系统和服务负载系统的负载系统表示基本负载和服务负载被一起放在同一个系统中，例如通过同一个配电盘供电。不同的分开系统被配置为分别由其中包括的不同主配电盘供电。负载系统的分开不是永久性的，不同的负载系统可以通过能够电连接供电元件的任何元件(例如，单刀双掷(SPDT)开关或母线联络断路器)来连接。

在说明书中，实施例涉及船的电力系统。就船而言，国际规定将直流(DC)低压定义为1500伏或更低，将交流(AC)低压定义为1000伏或更低，除非另有定义，否则此处使用的术语“低压”是指在DC情况下对应于1500伏或更低的电压，在AC情况下对应于1000伏或更低的电压。

根据本公开的实施例的船用供电系统被配置成使得电力系统被分成主要包括基本负载的基本负载电力系统和主要包括服务负载的服务负载电力系统。

由于系统的分开，与单个电力系统相比，每个电力系统的负载容量减小，从而实现低压配电。

在下文中，将参考附图描述本公开的实施例。

图3是在根据本公开的第一方面的实施例中，包括分开的电力系统的船用供电系统的示意性系统架构图。

参考图3，船用供电系统1包括至少一个电力系统100、200。电力系统100包括发电单元110、包括主配电盘的配电盘130和包括基本负载的基本负载单元150。电力系统200包括发电单元210、包括主配电盘的配电盘230和包括服务负载的服务负载单元250。

另外，船用供电系统1还可以包括控制单元(未示出)，以监控电力系统的状况并控制供电。控制单元可以包括电力管理系统(PMS)、能量管理系统(EMS)或能量电力管理系统(EPMS)中的至少一个。

在下文中，为了描述清楚，船用供电系统1被描述为包括两个电力系统100、200，但是不被解释为局限于此。另外，在一些情况下，两个元件的详细描述代表一个元件的详细描述。

如图3所示，船用供电系统1被配置成使得电力系统被分开用于基本负载和服务负载中的每一个。基本负载和服务负载不共享同一个配电盘。

发电单元110通过配电盘130向基本负载单元150供电，以允许基本负载单元150的负载消耗电力并使其操作。

发电单元110输出AC电信号，并且包括多个发电机(例如，图3的发电机111、112)。发电机111、112的属性和发电容量取决于负载。例如，当用于船操作的马达负载是恒定的输出负载时，可以使用AC发电机。另外，当发电机的容量系数为85％并且负载容量为1MW时，发电机的发电容量可以为大约1.2MW。

在一个实施例中，当在基本负载电力系统100中操作的发电机(例如，111)中发生事故时，供电系统1被配置为从基本负载电力系统100中包括的备用发电机(例如，112)向基本负载单元150供应电力。

发电机111、112可包括柴油发电机、混合燃料发电机、气体燃料发电机和燃气轮机，但不限于此。

另外，发电单元110可以进一步包括至少一个开关和/或切断器，以根据情况控制供电。例如，如图3所示，当船用供电系统1包括两个发电机111、112时，船用供电系统1可以进一步包括两个开关113A、113B。

开关和/或切断器不是用于高压的高价电力连接装置，而是用于低压的电力连接装置。

配电盘130执行AC供电。在一个实施例中，配电盘130可以包括电力系统100的主配电盘。主配电盘可以包括母线电缆，并且在这种情况下，母线电缆可以被称为主母线。

另外，在一些实施例中，配电盘130可以包括多条母线电缆。例如，配电盘130可以包括多条母线电缆，例如电连接到发电机111的主母线131、电连接到发电机112的主母线132。在这种情况下，配电盘130可以进一步包括母线联络断路器133，其在正常情况下电连接多条主母线131、132，但是在紧急情况和/或事故的情况下切断电连接。

由于低压可被施加到配电盘130，电力系统100能够进行低压配电。例如，通过向图3的主母线131和主母线132施加440伏的AC电压来向负载供电。

电力系统100的元件可以彼此电连接以用于它们的相互作用。例如，船用供电系统1可以使用从发电单元110通过配电盘130电连接到基本负载单元150的供电线来向基本负载供电。

电力系统100的基本负载单元150包括船航行操作基本所需的基本负载。基本负载包括海洋船舶规则定义的基本负载和船航行操作基本所需、但不包括在根据海洋船舶规则的基本负载中的次级基本负载(例如，重要负载)。

用于集装箱船操作的基本负载可以包括例如推力器马达152、润滑油泵、发动机燃料供应泵和冷却泵，但不限于此。包括在基本负载单元150中的大部分基本负载对应于具有几乎不变的负载系数的连续负载。

在一些实施例中，基本负载单元150可以进一步包括基于变频驱动(VFD)的负载。基于VFD的负载是根据航行特性优化负载终端的功耗的基本负载，例如中央冷却系统。例如，VFD负载包括被配置为控制冷却泵的温度和压力的基本负载，该冷却泵被配置为控制冷却水的温度。

如上文所描述，配电盘130被配置成执行低压配电。因此，如图3所示，至少一些基本负载可以经由直接电连接供电，而无需单独的变压器。

在一个实施例中，基本负载单元150可以进一步包括：供电线(未示出)，以将推力器马达152与配电盘130电连接；以及升压变压器153，以更高效地向推力器马达152供电。

推力器马达152是用于船入坞/出坞的马达。与其他连续负载相比，推力器马达152是消耗高容量功率的高负载。例如，图3的推力器马达152A、152B具有大约2MW的负载容量。因此，对于由被施加诸如440伏低压的低压配电盘130供电，需要安装8-10股横截面积为150平方毫米(SQMM)的电缆270A，并且在船1000中安装供电线可能不容易。

供电线是从配电盘130电连接到推力器马达152的元件，并且在一个示例中，供电线可以是电缆。

升压变压器153是增加由配电盘130供应的低压的变压器，并且升压变压器153的输出电压对应于推力器马达152的操作电压。升压变压器153是与图1的降压变压器40不同的变压器，并且升压变压器153具有比配电盘130的电压更高的输出电压，但是仍然被配置为输出1500伏或更低的低压。

电压通过升压变压器153从低压增加到高压，并且通过升压变压器153减小相对应的供电线中的电流的大小。结果，可以减小电压降，从而减小电缆的横截面积和/或股数。在一个实施例中，电缆的横截面积可以是50平方毫米，在另一个实施例中，电缆的横截面积可以是50平方毫米至75平方毫米。另外，船用供电系统1可以使用一股电缆向推力器马达152供电。

结果，在图3中，当不包括升压变压器153时，需要8-10股横截面积为150平方毫米的电缆，但是如图3所示，当使用升压变压器153时，可以使用一股50平方毫米的电缆向负载容量为2MW的推力器马达152供电。

另外，在一些实施例中，基本负载单元150可以进一步包括至少一个子配电盘154，以比配电盘130的电压更低的电压(例如，220伏)供电。在这种情况下，基本负载单元150可以进一步包括位于配电盘130与子配电盘154之间的变压器155，以降低电压。例如，如图3所示，基本负载单元150可以包括配电盘130(例如，对其施加450伏)与子配电盘154A、154B(例如，对其施加220伏)之间的变压器155A、155B。

基本负载电力系统100的容量低于图1的单个电力系统的容量，因此基本负载单元150的变压器是具有比图1的变压器更低容量的小变压器。因此，在变压器安装成本和空间利用率方面有好处。

另外，电力系统100可以进一步包括在紧急情况(例如停电)下供电的应急发电机，以及包括在该时间运行的负载的应急配电盘160。应急配电盘160可以包括岸电和应急负载(E.L.)。

电力系统200的元件和操作在很大程度上类似于电力系统100的元件和操作。配电盘230还被配置成执行低压配电。因此，将基于与电力系统100的不同来描述电力系统200。

相比之下，电力系统200的服务负载单元250包括另外用于除船航行之外的任何目的的服务负载。可变负载单元250可以进一步包括至少一个子配电盘(未示出)，以比配电盘230更低的电压供电。

在集装箱船的情况下，服务负载包括用于存储货物的货物存储负载和用于方便船上乘客的用户便利负载。当船是集装箱船时，服务负载单元250包括冷藏集装箱，船的货物存储在该冷藏集装箱中，但不限于此。

冷藏集装箱被配置成随着时间改变存储温度。因此，大部分服务负载对应于具有可变负载系数的可变负载。

如上文所描述，由于LPG运输船用的供电系统1的每个分开的电力系统100、200具有独立的系统配置，所以电力系统100、200可以根据设计目的而被以各种方式或不同地配置。

在一个实施例中，每个电力系统100、200被配置成针对其中主要包括的负载类型来配置和操作最佳类型的发电机。

例如，基本负载电力系统100可包括固定RPM发电机，服务负载电力系统200可包括可变RPM发电机。在这种情况下，在图3中，基本负载电力系统的发电机111、112可以是固定RPM发电机，服务负载电力系统200的发电机211、212可以是可变RPM发电机。

在连续负载的情况下，由于恒定的输出特性，没有负载变化，因此负载系数几乎没有变化，而可变负载在负载系数方面变化。

由于基本负载电力系统100的大部分负载对应于具有不变负载系数的连续负载，所以固定RPM发电机驱动以在最佳效率范围内操作。例如，图3的发电机111、112被配置为在最佳效率范围(即，75％至85％的负载系数范围)内操作。

图1所示的先前的基于单个系统的供电系统具有负载部分，在该负载部分中，因为LNG运输船的电负载被一起放在单个系统中，因此由于可变负载，整个系统的负载系数低。因此，固定RPM发电的发电效率降低。

相反，在图4的供电系统1中，LNG运输船的大部分可变负载与电力系统100分开，因此由服务负载电力系统200的可变负载引起的负载系数的变化不会影响基本负载电力系统100的基本负载。

同时，由于服务负载电力系统200的大部分负载是具有可变负载系数的可变负载，所以当可变RPM发电机随着负载系数变化而可变地操作时，可变RPM发电机驱动。

如上文所描述，当通过可变负载电力系统的可变RPM发电机将发电机的转速控制为对于每个负载部分具有最佳发电效率的RPM时，与连续负载和可变负载一起放在单个系统中的情况相比，可以改进向可变负载供电的发电机的燃料效率。

图4是示出电力系统中负载终端的负载系数与向负载终端供电的发电机的燃料消耗量之间的关系的图。

如上文所描述，先前的单个电力系统使用固定RPM发电机向可变负载(例如冷藏集装箱)供电。整个冷藏集装箱的负载系数平均为最大功耗的30-40％。当如常规使用固定RPM发电机向整个冷藏集装箱供电时，基于35％的负载系数(图4中的点P_F)，消耗大约216g/kwh的燃料。相反，根据本公开的实施例，可以使用可变RPM发电机向可变负载供电。当如在本公开的实施例中使用可变RPM发电机供电时，基于35％的相同负载系数(图4中的P_V)，消耗大约190g/kwh的燃料。

结果，在生成相同的电力时，图3的供电系统1具有改进了大约13％的燃料消耗率的效果。

因此，在一艘使用$640/吨马林瓦斯油(MGO)作为燃料的集装箱船上，当以简化为10％的燃料消耗改进来计算时，可获得OPEX 24000美元/年的燃料成本节约效果(＝9636美元/天×改进效率(10％)×航海天数(一般为250天))。

此外，当服务负载被配置为具有负载系数随时间变化的负载部分时，可以通过将发电机的转速控制为对于每个负载部分具有最佳发电效率的RPM来进一步提高发电效率。

在船负载中，低负载部分L1是负载系数为10-40％的部分，燃料消耗量约为285-210g/kwh。中负载部分L2是负载系数为40-60％的部分，燃料消耗量约为210-194g/kwh。高负载部分L3是负载系数为80-100％的部分，燃料消耗量约为185-190g/kwh。在高负载部分L3中，图3的供电系统1具有与图1的供电系统几乎相似的燃料消耗。然而，在低负载部分L1中，每kwh的燃料消耗率与图1相比改进了约6-10％，在中负载部分L2中，每kwh的燃料消耗率与图1相比改进了约10-35％。

如上文所描述，图3的服务电力系统200的可变RPM发电机可以通过基于每个负载部分的负载系数控制RPM来提高发电单元210的发电效率。

同时，当服务负载电力系统200执行AC配电时，配电盘230可以被配置为具有特定频率(例如，50Hz或60Hz)。在这种情况下，发电单元210被配置为基于每个负载部分的负载系数来生成AC电力，并输出具有与配电盘230的频率匹配的频率(例如，50Hz或60Hz)的AC电信号。

在一个实施例中，发电单元210包括设置在发电机211与配电盘230之间的AC/AC转换器(未示出)。AC/AC转换器(未示出)被配置成将由可变RPM发电机生成的AC电信号的频率转换成配电盘230的特定频率(例如，50Hz或60Hz)。

结果，即使基于每个负载部分的负载系数，可变RPM发电机211的RPM发生变化，发电单元210也可以输出具有配电盘230的特定频率的AC电信号。

参考图4描述的燃料改进效果是针对服务负载电力系统200描述的，但不限于此。

如上文所描述，基本负载单元150可以包括基于VFD的负载，以控制与船航行相关的温度、压力和冷却水。为了控制温度、压力和冷却水，基于VFD的负载的负载系数可发生变化。因此，基于VFD的负载根据船的航行特性具有多个负载部分。

在另一个实施例中，当船是除集装箱船之外的任何其他类型的船(例如，LNG船)时，可变RPM发电机可以被包括在基本负载电力系统100中。当应用船用供电系统1的船不是集装箱船时，可变负载在服务负载中的比率可以更低。另外，当多个基于VFD的负载被安装在船上时，基本负载电力系统100可以通过相对关系被视为可变负载电力系统。

当由基本负载电力系统100中的可变RPM发电机执行供电时，可变RPM发电机与基本负载单元150的基于VFD的负载连接。

如上文所描述，当通过基本负载电力系统100的可变RPM发电机将发电机的转速控制为对于每个负载部分具有最佳发电效率的RPM时，与连续负载和可变负载一起放在单个系统中的情况相比，可以改进向可变负载供电的发电机的燃料效率。这类似于上述服务负载电力系统200的实施例，并且在此省略其详细描述。

此外，由于船用供电系统1能够进行低压配电，所以每个电力系统100、200中的分配方法可以被配置为实现低压DC配电和/或低压AC配电。

在一个实施例中，当船上的负载具有AC电压作为额定电压时，配置部分配电结构，其中在配电盘部分中执行DC配电。

当执行DC配电时，可以防止由频率和相位同步以及无功功率引起的功率损耗。

图5是在根据本公开第一方面的实施例中船用供电系统的示意性系统架构图，该供电系统配置有用于基本负载电力系统的AC配电和用于服务负载电力系统的DC配电。

参考图5，其被进一步配置为能够在服务负载电力系统200中进行DC配电。在这种情况下，发电机111、112可以是固定RPM发电机，发电机211、212可以是可变RPM发电机。

在一个实施例中，发电单元210可进一步包括AC/DC转换器216以接收AC电信号并转换成DC电信号，第二负载单元可进一步包括DC/AC逆变器256以接收DC电信号并转换成AC电信号。

如图5所示，当电力系统200包括两个发电机211、212时，电力系统200可以包括将发电机211、212分别电连接到配电盘230的两个AC/DC转换器216A、216B，以及将配电盘230电连接到每个服务负载的多个DC/AC逆变器256A至256D。通过AC/DC转换器216和DC/AC逆变器256，电力系统200能够在配电盘230部分中进行DC配电。

施加到服务负载电力系统200中的配电盘230的电压可以被设定用于适当的DC配电，并且可以不同于施加到基本负载电力系统100中的配电盘130的电压。例如，440伏的电压可以施加到配电盘130，而690伏的电压可以施加到其中执行部分DC配电的配电盘230。

如上文所描述，供电系统1可以配置有用于基本负载电力系统的基于固定RPM发电机的AC配电和用于服务负载电力系统的基于可变RPM发电机的DC或AC配电。

图6是在根据本公开的第一方面的另一实施例中船用供电系统的示意性系统架构图，该供电系统配置有用于基本负载电力系统的DC配电和用于服务负载电力系统的AC配电。

参考图6，其进一步被配置为能够在基本负载电力系统100中进行DC配电。在这种情况下，发电机111、112可以是可变RPM发电机，发电机211、212可以是固定RPM发电机。

在一个实施例中，发电单元110可进一步包括AC/DC转换器116以接收AC电信号并转换成DC电信号，第二负载单元可进一步包括DC/AC逆变器156以接收DC电信号并转换成AC电信号。

如图6所示，当电力系统100包括两个发电机111、112时，可以包括两个AC/DC转换器116A、116B以将发电机111、112分别电连接到配电盘130，以及多个DC/AC逆变器156A至156M以将配电盘130电连接到每个基本负载。通过AC/DC转换器116和DC/AC逆变器156，电力系统100能够在配电盘130部分中进行DC配电。

如上文所描述，供电系统1可以配置有用于基本负载电力系统100的基于可变RPM发电机的AC或DC配电，以及用于服务负载电力系统200的基于固定RPM发电机的AC配电。

图7是在根据本公开的第一方面的又一实施例中船用供电系统的示意性系统架构图，该供电系统配置有用于基本负载电力系统和服务负载电力系统的DC配电。

在一个实施例中，基本负载电力系统100和服务负载电力系统200都可以被配置为能够进行DC配电。在这种情况下，服务负载电力系统200类似于图5的服务负载电力系统200，基本负载电力系统100类似于图6的基本负载电力系统100的结构，因此在此省略其详细描述。

此外，电力系统100、200可以在部件供应方面被高效地配置。

图8是在根据本公开的第一方面的又一实施例中船用供电系统的示意性系统架构图，该供电系统配置有用于基本负载电力系统和服务负载电力系统的基于固定RPM的AC配电。

图8的供电系统类似于图3的供电系统的配置，并且将基于差异进行描述。

船用供电系统1可以被配置为使得在部件提供方面，基本负载电力系统100的发电单元110和服务负载电力系统200的发电单元210以固定RPM被驱动来发电。

参考图8，服务负载电力系统200包括发电单元210、低压配电盘230和服务负载单元250。

由于系统分开，配电盘230执行低压配电。当配电盘230分配交流电时，配电盘230的频率是特定频率(例如，50Hz或60Hz)。

在一些实施例中，配电盘230可以包括多条母线。例如，配电盘230包括两条母线231、232，如图8所示。在这种情况下，配电盘230可以进一步包括母线联络断路器233，其在正常情况下电连接多条主母线231、232，但是在紧急情况和/或事故的情况下切断电连接。

发电单元210被配置成生成具有与配电盘230的频率相匹配的频率(例如，50Hz或60Hz)的电力。例如，发电单元210可包括固定RPM发电机，其以固定RPM驱动，以实现与配电盘230的频率相匹配的频率。

在一些实施例中，发电单元210可以包括多个固定RPM发电机211、212。固定RPM发电机211、212的发电容量可以等于或高于服务负载250的发电容量。固定RPM发电机211或212具有足够的发电容量，以在中或低负载部分中向服务负载电力系统200供电。

服务负载单元250可以包括负载系数不快速变化的负载(例如冷藏集装箱)。在船用供电系统1中，服务负载电力系统200在中或低负载部分中将母线231、232作为封闭母线来操作，使得两个发电机中的一个向服务负载单元250供应电力。

服务负载电力系统200可以进一步包括低压配电盘230与服务负载单元250之间的至少一个电力转移元件，以将配电盘230的电力供应给服务负载单元250。

电力转移元件可以包括例如变压器和中间接线盒(J/B)，如图8所示，但不限于此，并且包括固定RPM发电机的先前电力系统可以包括将低压配电盘连接到负载的各种电力转移元件。

由于发电单元210与配电盘230之间的频率匹配结构，服务负载电力系统200可以在配电盘230中执行低压AC配电，而不需要用于在低压配电盘与发电单元之间进行频率匹配的附加电力装置(例如，电力转换器)。

例如，服务负载电力系统200的发电机211或212是可变RPM发电机，并且可以根据速度生成具有在可变频率范围(例如，37Hz至60Hz)内的频率的电力。在这种情况下，在具有特定频率(例如，50Hz或60Hz)的配电盘230与可变RPM发电机211之间需要电力转换器(例如，矩阵转换器)，以将从发电单元210输出的电力的频率转换成配电盘230的频率，以用于频率匹配，并且不容易提供用于转换船中使用的发电机的发电容量(例如，3MW)的高容量转换器。此外，可变RPM发电机的价格通常高于固定RPM发电机的价格。

结果，图8的服务负载电力系统200可以维持低压配电的优点，并且以较低的成本在船上构建基于低压配电的供电系统，而不需要额外的电力装置(例如，电力转换器)以用于当应用可变发电机时所要求的在低压配电盘230与可变RPM发电单元210之间进行频率匹配。此外，可以基于先前可用的固定RPM发电来配置服务负载电力系统200的部分，从而使其易于设计。

如上文所描述，根据本公开的实施例的船用供电系统1被配置成使得电力系统根据船电力负载的特性被分成用于用于基本负载的电力系统和用于服务负载的电力系统。

因此，每个系统的稳定性都会提高。当在服务负载终端中发生系统事故时，由于先前系统被配置为单个系统，基本负载受到影响。在系统被分开配置的情况下，当在服务负载终端中发生事故时，相对应的系统事故只在用于服务负载的电力系统中蔓延，不影响用于基本负载的电力系统。同样，在系统被分开的情况下，当在基本负载终端中发生事故时，相对应的事故不会蔓延到服务负载终端。

此外，各个电力系统的规模小于单个电力系统。例如，在单个电力系统具有14MW电力容量的情况下，基本负载电力系统100的规模为9MW，服务负载电力系统200的规模为5MW，并且当如图3所示分开时，各个电力系统的规模分别从14MW减小到9MW，和从14MW减小到5MW。

此外，可以通过被施加低压(例如，440伏)而不是6.6千伏或更高的高压的主配电盘供电。因此，不再需要图1的高容量降压变压器40。因此，就资本支出(CAPEX)而言，每艘船可以实现约2.5亿美元的成本节省。

此外，可以更高效地使用由图2的降压变压器40(即，先前的变压器室)1007占据的空间。

返回参考图2，当图3的供电系统1被应用于集装箱船时，可以放置八个降压变压器40的变压器室1007的空间可以进一步用于集装箱的装运。

常用的标准集装箱是20英尺当量单位(TEU)集装箱，其尺寸为6.058米×2.591米×2.438米。当使用TEU集装箱作为标准参考来计算尺寸为13.25米×6.06米×6.62米的两个变压器室的空间中可装载的集装箱数量时，在先前的变压器室1007上最多可装载26(＝13×2)个TEU集装箱。也就是说，与具有图1的船用供电系统的先前集装箱船相比，具有图3的船用供电系统1的船可额外装载最多26个TEU集装箱。在一些实施例中，即使考虑到用于装载和卸载集装箱任务的额外空间，也可以额外装载大约20(＝10×2)个集装箱。

另外，除非使用降压变压器，否则有可能在与降压变压器的使用相关联的空间上装载更多的集装箱。例如，由于在先前变压器室1007中在甲板表面上存在竖直设置的变压器40，因此可能已经安装了预先限定的结构。然而，由于变压器40是不必要的，因此预先限定的结构也是不必要的，因此额外的集装箱可以被竖直装载在甲板表面上。在这种情况下，当甲板表面上额外装载5(水平)×10(竖直)个集装箱时，可以额外装载100个集装箱。

因此，由于不使用降压变压器40，船1000上可额外装载最多约120个集装箱。以说明的方式提供了额外装载在变压器室1007的空间上的集装箱的数量，并且根据集装箱的类型以及变压器室和变压器的大小，可以额外装载120个或更多个集装箱。

此外，由于图3的船用供电系统1的应用，预先定位在除变压器室1007之外的空间中的物体可以移动到变压器室1007的空间中。在这种情况下，由于预先定位的物体的移动，物体最初被设置所在的空间变成了空的空间。集装箱可以额外地放置在额外创建的空的空间中，而不是直接装载在变压器室1007的空间上。

替代地，变压器室的空间可用于除集装箱装运以外的各种目的。

图9是在根据本公开的第一方面的再一实施例中船用供电系统的示意性系统架构图，该供电系统将变压器室的空间用于除集装箱装运之外的任何目的。

图9的服务负载电力系统200类似于图8的服务负载电力系统200，并且将基于差异进行描述。

参考图9，服务负载电力系统200包括变换单元260，以在配电盘230与冷藏面板R之间变换电压。在一个实施例中，变换单元260包括升压变压器261和降压变压器266。

升压变压器261安装在低压配电盘230与前部的冷藏面板R之间。升压变压器261被配置为接收配电盘230的低压电力，并输出具有比配电盘230的电压高的电压(例如，1.5千伏至6.6千伏)的电力。

降压变压器266被配置为接收从升压变压器261输出的高压电力并输出具有较低电压的电力。降压变压器266的输出电力被供应给连接到前部的冷藏面板R的冷藏集装箱。

在一些实施例中，服务负载电力系统200包括多个升压变压器261和多个降压变压器266，以连接前部的每个冷藏面板R与配电盘230之间的每个电力路径。例如，如图9所示，服务负载电力系统200包括两个升压变压器261A、261B和两个降压变压器266A、266B。

图10是应用了图9的供电系统的船的侧结构图。

包括冷藏集装箱的集装箱船通常包括四个冷藏面板R。两个冷藏面板R位于前部，两个冷藏面板R位于后部。对冷藏集装箱的供电是通过发电单元210中的每个部分的冷藏面板R和设置在后部的发动机室1030中的配电盘230来执行的。

从位于发动机室1030中的低压配电盘230到设置在前部的两个冷藏面板R的距离取决于船的规模，但通常为几百米。为了从被施加低压的配电盘230向前部的冷藏面板以低压供应电力，需要大量的电缆来连接它们。

参考图10，在总长度为350米的船(例如集装箱船)中，设置有配电盘230的后部的发动机室1030与将电力传输到前部的冷藏集装箱的前部的冷藏面板R之间的距离约为120-130米。当不使用升压变压器261时，需要约10-15股具有120平方毫米横截面的237A电缆。

相反，使用升压变压器261，可以使用一股电缆实现几百米的长距离供电。

此外，尽管服务负载电力系统200还包括升压变压器261和/或降压变压器266，但是升压变压器261和/或降压变压器266位于船中，以不减小装载在船上的货物的规模(例如冷藏集装箱)。

在一个实施例中，升压变压器261可以安装在主变压器室1007中，先前单个电力系统的降压变压器安装在该主变压器室1007中。由于电力系统的分开降低了一个电力系统中的负载容量，因此升压变压器261小于降压变压器。另外，有可能在未被升压变压器261占据的剩余空间中装载额外的货物，例如集装箱。

此外，降压变压器266定位在这样的位置处，即，在该位置处，即使电力以低压被供应到前部的冷藏面板R也不需要相当大重量的电缆，同时不影响装载在船上的货物的规模。例如，降压变压器266可以位于不放置货物的下方容纳空间中。

如图10所示，在总长度为350米的船(例如，集装箱船)中，从包括变压器室1007的发动机室1030到下方容纳空间的距离约为180米。当升压变压器261从配电盘230的低压(例如，440伏)电力输出高压电力时，可以使用更少量的电缆(例如，一股具有120平方毫米横截面的电缆)将电力供应到前部的冷藏面板R

如上文所描述，使用图9的服务负载电力系统200，可以减少到前部的冷藏面板R的电缆重量，并简化电缆安装。

升压变压器261和/或降压变压器266的放置不限于上述空间，它们可以被放置在船内的其他空间中，其中，装载在船上的货物的规模不会减小。

此外，船用供电系统1可以被配置成使得推力器马达152和基本负载电力系统100不彼此连接。

图11是在根据本公开第一方面的实施例中，包括分开的电力系统的船用供电系统的示意性系统架构图。

图11的供电系统1类似于图9的供电系统1的配置，并且将基于差异进行描述。

在图9中，连接到推力器马达152的基本负载电力系统100的发电容量基于推力器马达152的电力容量和连续供应电力所需的连续负载的电力容量(由海洋船舶规则定义为基本负载)来设定。推力器马达152在进入/离开港口时仅被短时间驱动，但这是因为推力器马达152是船航行所必需的高容量负载。

如上文所描述，当推力器马达152连接到包括大部分连续负载的基本负载电力系统100时，基本负载电力系统100在推力器马达152不操作的船的大部分航行时间期间在发电容量与负载的功耗容量之间具有相当大的差异。也就是说，有必要安装具有超过基本负载电力系统100实质所需的发电容量的超规格的发电机，这需要比实质所需的发电机成本更高的发电机成本。

在一个实施例中，推力器马达152连接到服务负载电力系统200(其是不同于基本负载电力系统100的电力系统)，并且被配置为在设定基本负载电力系统100的发电容量时不考虑推力器马达152的电力容量。此外，尽管服务负载电力系统200连接到高容量负载(即，推力器马达152)，但是服务负载电力系统200在推力器马达152操作的短时间内以交流方式使用电力，以不增加额外的发电容量。

参考图11，推力器马达152通过配电盘230接收发电单元210的电力。发电单元210包括固定RPM发电机。

推力器马达152是在功能方面对船航行很重要的重要负载，但是对应于在船航行期间不需要连续供电的次级基本负载。因此，即使推力器马达152没有连接到向基本负载连续供电的基本负载电力系统100，它也不会对船航行造成很大影响。

另外，服务负载电力系统200包括切换单元240，以防止发电单元210的发电容量由于推力器马达152的额外连接而增加。

在一个实施例中，切换单元240包括被配置成互锁的自动开关(以下称为“互锁开关”)。互锁开关位于配电盘230与服务负载电力系统200的负载(即，包括推力器马达152和服务负载单元250)之间。互锁开关是一种由船的控制单元自动切换的自动开关。

如图11所示，互锁开关安装在到推力器马达152的电力路径或到服务负载单元250的电力路径之间，以执行互锁操作，用于允许向任何一个负载终端(例如，推力器马达152终端)供电，而不允许向另一个负载终端(例如，服务负载单元250)供电。

另外，可以包括升压变压器261、降压变压器266以及作为配电盘230的子配电盘的第一子配电盘270和第二子配电盘280，以通过较少数量的电缆高效地执行配电盘230与推力器马达152以及设置在船前部的冷藏面板R之间的长距离供电。

升压变压器261位于切换单元240与配电盘230之间，以接收配电盘230的低压电力(例如，440伏电力)并输出高压电力(例如，6.6千伏电力)。升压变压器261的高压电力通过第一子配电盘270和切换单元240的切换路径传输到推力器马达152或服务负载单元250。

当推力器马达152不驱动时(例如，在船的普通航行期间)，切换单元240被切换以通过配电盘230和第一子配电盘270将发电单元210的电力传输到服务负载单元250。从切换单元240输出的高压电力通过降压变压器266传输到被施加低压的第二子配电盘280，然后传输到除推力器马达152之外的其他负载。

当推力器马达152驱动时(例如，当船进入或离开港口时持续大约30分钟)，切换单元240被切换以通过配电盘230和第一子配电盘270将具有固定RPM的发电单元210的电力传输到推力器马达152。

通过这种切换结构，即使当推力器马达152额外地连接到服务负载电力系统200时，服务负载电力系统200的发电容量也没有额外增加。

此外，当服务负载单元250包括作为服务负载的冷藏集装箱时，通过切换到推力器马达152来停止对冷藏集装箱的供电不会影响冷藏集装箱的功能。通常，即使在冷藏集装箱持续大约30至40分钟没有被供电时，冷藏集装箱也维持恒温。

另外，在对设置在前部的推力器马达152和其他负载(例如冷藏集装箱)的供电中，供电系统1可以使用升压变压器261获得电缆减少效果，如参考图9和图10所述。

在多个推力器马达152的情况下，服务负载电力系统200可以配置有多个路径用于向每个推力器马达152供电。

例如，如图11所示，当推力器马达152A、152B连接到服务负载电力系统200时，可以形成用于推力器马达152A的路径和用于推力器马达153A的路径，并且可以包括多个升压变压器261A、261B，用于向多个推力器马达152A、152B高效供电。另外，可以包括多个降压变压器266A、266B，以将多个升压变压器261A、261B的高压电力转换成低压电力。

图12是根据本公开的另一实施例的包括分开的电力系统的船用供电系统的示意性系统架构图。

图12是根据本公开的第一方面的另一实施例中的包括分开的电力系统的船用供电系统的示意性系统架构图。

在一个实施例中，在其中推力器马达152连接到除基本负载电力系统100之外的电力系统(例如，服务负载电力系统200)的供电系统1中，服务负载电力系统200使用可变RPM发电机向推力器马达152或服务负载250供应电力。

参考图12，发电单元210包括可变RPM发电机211。另外，服务负载电力系统200可以包括用于在可变RPM发电机211与配电盘230之间进行频率匹配的电力转换器220。在这种情况下，可以通过控制发电机211的驱动速度来提高发电效率。

如图11和图12所示，供电系统1可以将推力器马达152连接到除基本负载电力系统100之外的电力系统，并且根据服务负载电力系统中的负载终端的特性来配置固定或可变RPM发电机。

同时，参考图11和图12描述的供电系统1可以以各种形式修改和实施。

在一个实施例中，以类似于图8的方式，服务负载电力系统200被配置为能够进行从配电盘230到服务负载250的低压配电。另外，服务负载电力系统200被配置成使得推力器马达152通过升压变压器261和/或启动器面板(S/T)从配电盘230接收电力。

在另一个实施例中，服务负载电力系统200可以包括升压变压器261和/或配电盘230与推力器马达152之间的启动器面板，以用于向推力器马达152供电，并且可以包括独立于配电盘230与服务负载单元250之间的升压变压器261和降压变压器266的升压变压器(未示出)，以用于向服务负载单元250供电。

此外，供电系统1可以控制发电机的驱动，并根据时间间隔(或操作模式)调整供应给负载单元的电量。例如，当电力系统100的基本负载单元150不需要两个发电机111、112的发电容量时，船用供电系统1可以将至少一个发电机(例如，发电机111)设定为备用发电机，以停止驱动并将电力供应到基本负载单元150，并且在必要时使用备用发电机来用于其他目的。

如上文所描述，与被配置为用于基本负载和服务负载的单个电力系统的先前船相反，具有被分成基本负载电力系统100和服务负载电力系统200的供电系统1的船能够进行低压配电，从而消除了对用于高压的高价切断设备的需求。此外，可以解决发电效率降低或船空间利用率降低的问题。尽管上文已经基于集装箱船描述了系统架构和效果，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，本公开的实施例不限于集装箱船。

在下文中，本公开的其他方面将参考LNG运输船和LPG运输船作为除集装箱船之外的不同类型的船来更详细地描述。

首先，下面将描述关于LNG运输船的本公开的实施例。

一般来说，LNG储存在专门制造的货舱中，在非常低的温度(例如-160℃)下以液态由海路运输。在普通航行中，如果不控制货舱的温度和压力，就不可能由海路运输LNG。

因此，LNG运输船被配置为推进船并由海路安全运输LNG。

LNG运输船中的电负载可能包括与航行相关的基本负载(例如，基本负载-燃油供应泵、燃料阀冷却泵)和与航行无关的服务负载(例如，服务负载)。

LNG运输船中的基本负载是用于推进和航行的电动马达，例如，推力器马达、推进马达、冷却海水泵和润滑油泵。LNG运输船中的服务负载包括LNG储存负载和用于使用从LNG生成的汽化气体(BOG)作为燃料的LNG燃料的负载，该LNG储存负载被配置为允许冷却和压缩处理系统根据LNG运输船的管道和货舱的外部温度进行操作。

LNG运输船的基本负载和服务负载可以包括在行驶期间具有恒定功耗的连续负载，以及根据行驶特性具有变化功耗量的可变负载。一般来说，LNG运输船使用AC供电系统，并且连续负载和可变负载被放在一起，并连接到单个电力系统。

在先前系统的情况下，用于推进的基本负载和服务负载(例如LNG存储负载和用于LNG燃料的负载)被配置为单个系统，因此整个系统的电力容量非常高。

因此，在应用特定规模或更大规模的电力系统的LNG运输船的情况下，为了解决由低压高电流引起的电缆数量和系统容量限制，LNG运输船不可避免地具有生成高压下的电力、将其转换成低压并将电力供应给负载的供电系统。也就是说，与先前的集装箱船类似，先前的LNG运输船具有通过高压配电供电的供电系统。

图13是示出根据相关技术的另一实施例的LNG运输船的供电系统的系统架构的图，该供电系统被配置为单个系统，在该单个系统中，基本负载和服务负载被放在一起。

参考图13，在其中基本负载和服务负载被一起放在单个电力系统中的LNG运输船的先前供电系统包括高压发电单元10；高压配电盘21；变压器31、32、33、34，用于降低高压配电盘21的高压电信号；低压配电盘41、42、43；以及在其中连续负载和可变负载被放在一起的负载单元50。

如图13所示，当用于LNG运输船的基于单个系统的供电系统被应用于LNG运输船时，在系统规模是预定大小或更大的情况下，即使负载的额定电压是低压，高压配电也被应用于主配电，并且当分支到负载所连接的子系统时，电力通过降压变压器31、32、33、34被供应，降压变压器31、32、33、34将高压转换成低压。

当6.6千伏的高压被施加到图13的配电盘20时，对负载的供电过程如下：6.6千伏发电机->6.6千伏高压主配电盘->6.6千伏/440伏变压器->440伏或更低的低压子配电盘。也就是说，图13的LNG运输船用的供电系统生成高压电力，将其转换成低压，并将电力供应给负载。

图14是用于描述具有图13的LNG运输船用的供电系统的先前LNG运输船的内部结构的图。

参考图14，LNG运输船1000包括发动机室1030。发动机室1030在其中包括各种发动机机器，例如发电机和连接到发动机机器的其他机器，并且包括用于控制发动机的发动机控制室(ECR)和/或作为放置配电盘的空间的ECR配电盘室1005，以及作为放置降压变压器31、32、33、34的空间的变压器室1007。

如上文所描述，应用了部分高压配电的图13的电力系统需要高容量降压变压器31、32、33、34来向负载供电。由于高压配电在具有高容量负载的LNG运输船中进行，降压变压器31、32、33、34所在的变压器室1007的大小非常大。

结果，船中的可用空间减少了与由多个降压变压器(图13中的31、32、33、34)占据的空间一样多的大小。

另外，图13的供电系统被配置为单个电力系统，因此在发电效率方面具有低性能。

应用于LNG运输船的发电机通常是固定RPM发电机。当固定RPM发电机生成电力使得负载系数为约75％至85％之间的值时，固定RPM发电机具有高燃料效率。

同时，基于连续负载和可变负载的最大负载功率来计算发电单元10中包括的固定RPM发电机的发电容量。由于LNG运输船的大部分基本负载是连续负载，因此基本负载的负载系数变化不大。

相比之下，执行与船推进无关但与LNG储罐操作和LNG燃料供应相关的操作的LNG运输船的大部分服务负载对应于可变负载，可变负载的负载系数随时间变化。

例如，LNG运输船可以包括作为服务负载的货物部分负载。在应用图13的系统的LNG运输船中，整个货物部分的负载容量约为5.5MW，并且对于每种操作模式具有约30至100之间的快速负载系数。

因此，应用固定RPM发电机的图13的供电系统包括一起放在单个系统中的服务负载和基本负载，因此在中或低负载部分中供电系统的发电效率降低。

结果，先前的LNG运输船还存在发电效率降低或船内空间利用率降低的问题。

图15是在根据本公开的第二方面的实施例中，包括分开的电力系统的LNG运输船的供电系统的示意性系统架构图。

参考图15，LNG运输船的供电系统1包括至少一个电力系统100、200。电力系统100包括发电单元110、包括主配电盘的配电盘130和包括基本负载的基本负载单元150。电力系统200包括发电单元210、包括主配电盘的配电盘230和包括服务负载的服务负载单元250。

另外，LNG运输船用的供电系统1可以进一步包括控制单元(未示出)，以监控电力系统的状况并控制供电。控制单元可以包括电力管理系统(PMS)、能源管理系统(EMS)或能源电力管理系统(EPMS)中的至少一个。

在下文中，为了描述清楚，LNG运输船用的供电系统1被描述为包括两个电力系统100、200，但是不被解释为局限于此。另外，在一些情况下，两个元件的详细描述代表一个元件的详细描述。

如图15所示，LNG运输船用的供电系统1被配置成使得电力系统被分开用于基本负载和服务负载中的每一个。

发电单元110通过配电盘130向基本负载单元150供电，以允许基本负载单元150的负载消耗电力并使其操作。

发电单元110输出AC电信号，并且包括多个发电机(例如，图15的发电机111、112)。发电机111、112的发电类型和发电容量取决于负载。例如，当用于LNG运输船操作的马达负载是恒定输出负载时，可以使用AC发电机。另外，当发电机的容量系数为85％并且负载容量为1MW时，发电机的发电容量可以为大约1.2MW。

发电单元110中包括的一个发电机的容量具有足够的容量，以在普通航行模式下向基本负载单元150供电。在这种情况下，多个发电机111、112中的至少一个被指定为备用发电机，并且备用发电机被设定为在普通航行期间不操作。

在一个实施例中，当在基本负载电力系统100中操作的发电机(例如，111)中发生事故时，供电系统1被配置为将电力从包括在基本负载电力系统100中的备用发电机(例如，112)供应到基本负载单元150。

在一个实施例中，基本负载电力系统100的备用发电机可以操作来向服务负载电力系统200的服务负载供电。下面将参考图19和20对其进行更详细的描述。

发电机111、112可包括柴油发电机、混合燃料发电机、气体燃料发电机和燃气轮机，但不限于此。另外，发电单元110可以进一步包括至少一个开关和/或切断器，以根据情况控制电源。例如，如图15所示，当LNG运输船用的供电系统1包括两个发电机111、112时，LNG运输船用的供电系统1可以进一步包括两个开关。

配电盘130执行AC供电。在一个实施例中，配电盘130可以包括电力系统100的主配电盘。主配电盘可以包括母线电缆，并且在这种情况下，母线电缆可以被称为主母线。

另外，在一些实施例中，配电盘130可以包括多条母线电缆。例如，配电盘130可以包括多条母线电缆，例如电连接到发电机111的主母线131和电连接到发电机112的主母线132。在这种情况下，配电盘130可以进一步包括母线联络断路器133，其在正常情况下电连接多条主母线131、132，但是在紧急情况和/或事故的情况下切断电连接。

由于低压可被施加到配电盘130，电力系统100能够进行低压配电。例如，可以通过向图15的主母线131和主母线132施加440伏的低压来向负载供电。

电力系统100的元件可以彼此电连接以用于它们的相互作用。例如，LNG运输船用的供电系统1可以使用通过配电盘130从发电单元110电连接到基本负载单元150的供电线来向基本负载供应电力。

电力系统100的基本负载单元150包括船航行基本所需的基本负载。基本负载包括由海洋船舶规则定义的基本负载和船航行操作基本所需、但不包括在根据海洋船舶规则的基本负载中的次级基本负载(如重要负载)。

用于LNG运输船操作的基本负载可包括例如推进马达、压载泵、润滑油泵、发动机燃料供应泵、冷却泵和喷水泵，但不限于此。包括在基本负载单元150中的大部分基本负载对应于具有几乎不变的负载系数的连续负载。

在一些实施例中，基本负载单元150可以进一步包括基于VFD的负载。基于VFD的负载是根据航行特性优化负载终端功耗的基本负载，例如中央冷却系统。例如，VFD负载包括被配置为控制冷却泵的温度和压力的基本负载，该冷却泵被配置为控制冷却水的温度。

如上文所描述，配电盘130被配置成执行低压配电。因此，如图15所示，至少一些基本负载可以经由电连接供电，而无需单独的变压器。

另外，基本负载单元150可以包括至少一个子配电盘，以等于或低于配电盘130的电压的电压供电。在这种情况下，基本负载单元150可以进一步包括位于配电盘130与子配电盘之间的变压器155，以降低电压。例如，如图2所示，基本负载单元150可以包括配电盘130(例如，被施加450伏)与子配电盘(例如，被施加220伏)之间的变压器155A、155B、155C、155D。

变压器155是降低电压(例如，降低到220伏)的变压器，并且与将高压转换成低压的图13的降压变压器31、32、33、34相比，具有最小化的变换规格。

另外，电力系统100可以进一步包括在紧急情况(例如停电)下供电的应急发电机，以及包括在该时间操作的负载的应急配电盘。应急配电盘可能包括岸电和应急负载。

电力系统200的元件和操作在很大程度上类似于电力系统100的元件和操作，并且将基于差异进行描述。

相比之下，电力系统200的服务负载单元250包括额外用于除了LNG运输船的航行之外的其他目的的服务负载。另外，可变负载单元250可以进一步包括至少一个子配电盘(未示出)，从而以比配电盘230更低的电压供电。

服务负载单元250包括用于存储LNG的LNG存储负载和用于方便LNG运输船的乘客的用户便利负载。

LNG是一种易燃材料，LNG运输船需要控制货舱或管道的温度和压力，以方便装卸LNG。此外，为了由海路安全运输LNG，即使在普通航行期间，也有必要连续控制货舱的温度和压力。

因此，包括操作用于在LNG运输船中装载、卸载和储存LNG的负载和操作用于在航行期间管理储存的LNG的负载(例如，LNG冷却和压缩)的LNG储存负载对应于可变负载。

此外，服务负载单元250可以包括用于使用汽化气体(BOG)作为燃料的LNG燃料的负载。

LNG运输船需要根据环境法规安装和操作双燃料发动机系统。双燃料发动机系统可以在气体模式或HFO模式下控制用于LNG燃料的负载的至少部分。这里，气体模式是这样一种模式，其中在货舱中自然生成的BOG和强制气化的BOG被用作LNG运输船的燃料，而HFO模式是这样一种模式，其中诸如高硫燃油和船用油的重燃油(HFO)被用作LNG运输船的燃料。

因此，用于使用BOG作为燃料的LNG燃料的负载也对应于可变负载。因此，大部分服务负载对应于具有可变负载系数的可变负载。

LNG储存负载包括例如重型(HD)压缩机、货物泵和货物辅助机器，但不限于此。

用于LNG燃料的负载包括例如轻型(LD)压缩机和汽化器，但不限于此。

另外，可变负载单元250可以进一步包括至少一个子配电盘(未示出)，以比配电盘230更低的电压供电。

在一些实施例中，如图15所示，基本负载单元150或服务负载单元250的至少一些电负载可以包括控制负载操作期间接收的电量的元件(例如，启动器面板(S/T))。

另外，由于LNG运输船用的供电系统1的每个分开的电力系统100、200具有独立的系统配置，所以可以增加每个系统的稳定性。当在服务负载终端中发生系统事故时，由于先前系统被配置为单个系统，基本负载受到影响。在系统分开配置的情况下，当服务负载终端中发生事故时，相对应的系统事故只在用于服务负载的电力系统中蔓延，不影响基本负载的电力系统。同样，在系统分开的情况下，当基本负载终端中发生事故时，相对应的事故不会蔓延到服务负载终端。

此外，各个电力系统的规模小于单个电力系统。例如，在单个电力系统具有14MW电力容量的情况下，基本负载电力系统100的规模为9MW，服务负载电力系统200的规模为5MW，并且当如图15所示分开时，各个电力系统的规模分别从14MW减小到9MW，和从14MW减小到5MW。

此外，可以通过被施加低压(例如，440伏)而不是6.6千伏或更高的高压的主配电盘供电。因此，不再需要图13的高容量降压变压器31、32、33、34。因此，就CAPEX而言，可以获得成本节约效果。

此外，由于不需要高容量降压变压器31、32、33、34，所以可以更高效地利用图2所示的变压器室1007的降压变压器31、32、33、34所占据的空间。例如，当图15的供电系统1应用于LNG运输船时，变压器室1007的空间可以用于其他目的(例如，货物装运)，而不是放置多个降压变压器。

此外，由于系统的分开，电力系统100、200可以根据设计目的以各种方式或不同地配置。

在一个实施例中，每个电力系统100、200被配置成针对主要包括在其中的负载特性来配置和操作最佳类型的发电机。例如，基本负载电力系统100可包括固定RPM发电机，服务负载电力系统200可包括可变RPM发电机。

图16是在根据本公开第二方面的实施例中LNG运输船用的供电系统的示意性系统架构图，该供电系统被配置成使得服务负载电力系统具有可变RPM发电机。

图16的供电系统1类似于图15的供电系统1，并且将基于差异进行描述。

参考图16，基本负载电力系统的发电机111、112是固定RPM发电机，服务负载电力系统200的发电机211、212是可变RPM发电机。在连续负载的情况下，由于恒定的输出特性，没有负载变化，因此负载系数几乎没有变化，而可变负载在负载系数方面有变化。

由于基本负载电力系统100的大部分负载对应于具有可变负载系数的连续负载，所以固定RPM发电机被驱动以在最佳效率范围(即，75％至85％的负载系数范围)内操作。

图1所示的先前的基于单个系统的供电系统具有负载部分，在该负载部分中，因为LNG运输船的电负载一起放在单个系统中，所以由于可变负载，整个系统的负载系数低。因此，固定RPM发电的发电效率降低。

相反，在图16的供电系统1中，LNG运输船的大部分可变负载与电力系统100分开，因此由服务负载电力系统200的可变负载引起的负载系数的变化不会影响基本负载电力系统100的基本负载。

因此，即使固定RPM发电机应用于基本负载电力系统100，在中或低负载部分中发电效率也是高的。

相反，如上文所描述，服务负载电力系统200的大部分负载是具有可变负载系数的可变负载。

因此，图15的供电系统1的服务负载电力系统200被配置成驱动可变RPM发电机，该可变RPM发电机随着电力系统200的负载系数的变化而可变地操作。

在包括可变RPM发电机的服务负载电力系统200中，当可变RPM发电机的转速被控制为对于每个负载部分具有最佳发电效率的RPM时，与连续负载和可变负载一起放在单个系统中的情况相比，可以改进向可变负载供电的发电机的燃料效率。

图17是示出电力系统中负载终端的负载系数和向负载终端供电的发电机的燃料消耗量之间的关系的图。

如上文所描述，先前的单个电力系统使用固定RPM发电机向可变负载(例如，LNG储存负载)供电。整个货物部分的服务负载具有30％至100％水平上的平均负载系数。

如上文所描述，当如常规地使用固定RPM发电机向LNG运输船的变为中或低负载的整个服务负载供电时，在具有低负载系数的中或低负载部分中，发电效率较低。

相反，与图13的供电系统相比，当如在本公开的实施例中使用可变RPM发电机向具有可变负载系数的服务负载供电时，在具有低负载系数的低负载部分中发电效率得到提高。

参考图17，作为低负载部分的示例，图13的供电系统在45％的负载系数下具有对应于P_F的燃料效率。相反，图16的供电系统1具有对应于P_V的燃料效率。当比较P_F与P_V时，它表示图16的供电系统1在生成1kwh功率时消耗更少的燃料量。结果，在生成用于LNG运输船的服务负载的相同电力时，与图13的供电系统相比，计算出图16的供电系统1具有大约8％的燃料消耗率的改进结果。

8％是以示例的方式提供的，并且当服务负载被配置为具有负载系数随时间变化的负载部分时，通过将发电机的转速控制为对应于负载部分的具有最佳发电效率的RPM，可以进一步提高发电效率。

在LNG运输船负载中，低负载部分L1是负载系数为10-40％的部分，燃料消耗量约为285-210g/kwh。中负载部分L2是负载系数为40-60％的部分，燃料消耗量约为210-194g/kwh。高负载段L3是负载系数为80-100％的部分，燃料消耗量约为185-190g/kwh。在高负载部分L3中，图15的供电系统1具有与图13的供电系统几乎相似的燃料消耗。然而，在低负载部分L1，每kwh的燃料消耗率与图13相比改进了约6-10％，在中负载部分L2，每kwh的燃料消耗率与图13相比改进了约10-35％。

如上文所描述，图16的服务电力系统200的可变RPM发电机可以通过基于每个负载部分的负载系数控制RPM来提高发电单元210的发电效率。

同时，当服务负载电力系统200执行AC配电时，配电盘230可以被配置为具有特定频率(例如，50Hz或60Hz)。在这种情况下，发电单元210被配置为基于每个负载部分的负载系数生成AC电力，并输出具有与配电盘230的频率匹配的频率(例如，50Hz或60Hz)的AC电信号。

在一个实施例中，发电单元210包括设置在发电机211与配电盘230之间的AC/AC转换器214。AC/AC转换器214被配置成将由可变RPM发电机生成的AC电信号的频率转换成配电盘230的特定频率(例如，50Hz或60Hz)。

结果，即使基于每个负载部分的负载系数，可变RPM发电机211的RPM发生变化，发电单元210也可以输出具有配电盘230的特定频率的AC电信号。

另外，由于LNG运输船用的供电系统1能够进行低压配电，所以每个电力系统100、200中的配电方法可以被配置为能够进行低压DC配电和/或低压AC配电。

图18是在根据本公开第二方面的实施例中LNG运输船用的供电系统的示意性系统架构图，该供电系统被配置成使得基本负载电力系统具有固定RPM发电机以执行AC配电，并且服务负载电力系统具有可变RPM发电机以执行部分DC配电。

图18的供电系统1类似于图16的供电系统1，并且将基于差异进行描述。

参考图18，服务负载电力系统200还被配置为能够进行部分DC配电。在供电系统1中，发电机111、112是固定RPM发电机，发电机211、212是可变RPM发电机。

在一个实施例中，发电单元210可进一步包括DC/AC转换器216以接收AC电信号并转换成DC电信号，第二负载单元可进一步包括DC/AC逆变器226以接收DC电信号并转换成AC电信号。

当执行DC配电时，可以防止由频率和相位同步以及无功功率引起的功率损耗。

另外，如图18所示，电力系统200还可以包括DC配电盘220，该DC配电盘220包括发电单元210与配电盘230之间的DC主母线221。DC配电盘220的使用使得能够高效地向位于运输船中的多个服务负载供电。在这种情况下，电力系统200可以包括多个DC/AC逆变器226A至226B，其电连接配电盘220和配电盘230中每一个的服务负载。

通过AC/DC转换器216和DC/AC逆变器226，电力系统200能够在发电单元210和配电盘230之间进行DC配电。

如上文所描述，供电系统1可以配置有用于基本负载电力系统的基于固定RPM发电机的AC配电和用于服务负载电力系统的基于可变RPM发电机的DC或AC配电。

另外，供电系统1可以被配置为使得每个电力系统100、200的配电电压彼此不同。

在一个实施例中，供电系统1被配置为通过基本负载电力系统100中的配电盘130执行低压配电，并且通过服务负载电力系统200中的配电盘230执行高压配电。这里，基本负载电力系统100的低压配电可以使用固定RPM发电机来执行，而服务负载电力系统200的高压配电可以使用可变RPM发电机来执行。在这种情况下，服务负载电力系统200的发电单元210被配置为向配电盘230输出高压(例如，6.6千伏)电信号。

此外，电力系统100、200可以在部件供应方面被高效地配置。

在一个实施例中，服务负载电力系统200可以通过配电盘230执行低压配电，并且低压配电可以使用固定RPM发电机来执行。返回参考图15，服务负载电力系统200包括发电单元210、低压配电盘230和服务负载单元250。

由于系统分开，配电盘230执行低压配电。当配电盘230分配交流电时，配电盘230的频率是特定频率(例如，50Hz或60Hz)。

发电单元210被配置成生成具有与配电盘230的频率相匹配的频率(例如，50Hz或60Hz)的电力。例如，发电单元210可以包括固定RPM发电机，以在与配电盘230的频率匹配的频率下以固定RPM操作。在高容量发电机的情况下，固定RPM发电机比可变RPM发电机价格更低，更容易获得。

在一些实施例中，发电单元210可以包括多个固定RPM发电机211、212。固定RPM发电机211、212的发电容量可以等于或高于服务负载250的发电容量。固定RPM发电机211或212具有足够的发电容量，以在中或低负载部分中向服务负载电力系统200供电。

由于发电单元210和配电盘230之间的频率匹配结构，服务负载电力系统200可以在配电盘230中执行低压AC配电，而不需要用于在低压配电盘与发电单元之间进行频率匹配的附加电力装置(例如，电力转换器)。

例如，服务负载电力系统200的发电机211或212是可变RPM发电机，并且可以根据速度生成频率在可变频率范围(例如，37Hz至60Hz)内的电力。在这种情况下，在具有特定频率(例如，50Hz或60Hz)的配电盘230与可变RPM发电机211之间需要电力转换器(例如，矩阵转换器)，以将从发电单元210输出的电力的频率转换成配电盘230的频率，以进行频率匹配，并且不容易提供用于转换船中使用的发电机的发电容量(例如，3MW)的高容量转换器。此外，可变RPM发电机的价格通常高于固定RPM发电机的价格。

结果，包括固定RPM发电机的服务负载电力系统200可以维持低压配电的优点，并且以较低的成本在船上构建基于低压配电的供电系统，而不需要额外的电力装置(例如，电力转换器)来与应用可变发电机时所需的低压配电盘进行频率匹配。此外，可以基于先前可用的固定RPM发电来配置服务负载电力系统200的部分，从而使其易于设计。

同时，包括固定RPM发电机的服务负载电力系统200不限于低压AC配电结构，在低压AC配电结构中通过向配电盘230施加低压来执行AC配电。在另一个实施例中，以类似于图18的方式，包括固定RPM发电机的服务负载电力系统200可以配置有低压DC配电结构。在又一实施例中，包括固定RPM发电机的服务负载电力系统200可以配置有高压AC配电结构。

此外，船用供电系统1可以被配置成使得推力器马达152和基本负载电力系统100彼此不连接。

图19是根据本公开的第二方面的另一实施例中的包括分开的电力系统的LNG运输船的供电系统的示意性系统架构图。

图19的供电系统1类似于图15的供电系统1的配置，并且将基于差异进行描述。

在图15中，连接到推力器马达152的基本负载电力系统100的发电容量基于推力器马达152的电力容量和连续供应电力所需的连续负载的电力容量(由海洋船舶规则定义为基本负载)来设定。当进入/离开港口时，推力器马达152仅被短时间驱动，但是这是因为推力器马达152是高容量负载并且对于船的航行是必要的，因此在图15的供电系统1中，推力器马达152被包括在基本负载电力系统100中。

同时，当推力器马达152连接到包括大部分连续负载的基本负载电力系统100时，基本负载电力系统100在推力器马达152不操作的船的大部分航行时间期间在发电容量与负载的电力消耗容量之间具有相当大的差异。也就是说，有必要安装具有超过基本负载电力系统100实质所需的发电容量的超规格的发电机，这需要比实质所需的发电机成本更高的发电机成本。

在一个实施例中，推力器马达152连接到作为除基本负载电力系统100之外的电力系统的服务负载电力系统200，并且被配置为在设定基本负载电力系统100的发电容量时不考虑推力器马达152的电力容量。此外，尽管服务负载电力系统200连接到高容量负载(即，推力器马达152)，但是服务负载电力系统200在推力器马达152操作的短时间内以交替方式使用电力，以不增加额外的发电容量。在这种情况下，LNG运输船用的供电系统1还被配置成根据推力器马达152是否在操作来控制供电。

参考图19，推力器马达152通过配电盘230接收发电单元210的电力。在一个实施例中，发电单元210包括可变RPM发电机。在另一个实施例中，发电单元210包括固定RPM发电机。

推力器马达152是在功能方面对船航行很重要的重要负载，但是对应于在船航行期间不需要持续供电的次级基本负载。因此，推力器马达152可以不连接到持续向基本负载供电的基本负载电力系统100。例如，如图19所示，推力器马达152A、152B连接到服务负载电力系统200的配电盘230。

如上文所描述，由于基本负载电力系统100和推力器马达152没有彼此连接，所以基本负载电力系统100在普通航行期间负载系数增加。结果，可以进一步改进燃料效率并节省操作成本。另外，与基本负载电力系统100连接到推力器马达152(例如，图15)时相比，基本负载电力系统100的发电容量降低，因此可以将最小化的发电机应用到基本负载电力系统100，从而降低发电机成本。

另外，服务负载电力系统200包括切换单元125，以防止发电单元210的发电容量由于推力器马达152的额外连接而增加。通过切换单元125，即使连接到服务负载电力系统200的推力器马达152操作，对其他服务负载的供电也不会不足。

在一个实施例中，切换单元125通过配电盘230向推力器马达152供应发电单元110的电力。如图19所示，切换单元125可以包括SPDT。SPDT被配置为连接从发电单元110(例如，发电机112)延伸到配电盘130的第一路径，或者从发电单元110(例如，发电机112)延伸到服务负载电力系统200的配电盘230的第二路径。

切换单元125的供电可以描述如下：对于LNG运输船的离开，切换单元125被控制单元切换以连接第二路径，并且发电单元110的电力通过配电盘230供应到推力器马达152。在LNG运输船离开港口后，切换单元125被控制单元切换以连接第一路径，并且推力器马达152在普通航行期间不操作。再次，对于LNG运输船的进入，切换单元125被控制单元切换以连接第二路径，并且发电单元110的电力通过配电盘230被供应到推力器马达152。

通过这种切换结构，即使当推力器马达152额外地连接到服务负载电力系统200时，服务负载电力系统200的发电容量也没有额外增加。

同时，图19的电力系统100、200不限于低压AC配电。如上文所描述，根据电力系统200的特性，可以应用固定RPM发电机或可变RPM发电机。另外，电力系统100、200可以配置有低压AC配电、高压AC配电或低压DC结构。

在一个实施例中，图19的电力系统100、200被配置成执行高压AC配电。在这种情况下，发电机110、210被配置为输出高压电信号(例如，6.6千伏)。

图20是在根据本公开的第二方面的又一实施例中，包括分开的电力系统的LNG运输船的供电系统的示意性系统架构图。

图20的供电系统1类似于图19的供电系统1，并且将基于差异进行描述。

参考图20，基本负载电力系统100被配置为通过配电盘130执行低压配电，服务负载电力系统200被配置为通过配电盘230执行高压配电。在这种情况下，发电单元110被配置为输出低压电信号(例如，440伏)，并且发电单元21被配置为输出高压电信号(例如，6.6千伏)。

在该实施例中，从发电单元110输出的电力通过用于交流电力的变压器126供应到推力器马达152。用于交流电力的变压器126增加从发电单元110输出的低压电信号，并通过被施加高压的配电盘230将其提供应给推力器马达152。用于交流电力的变压器126的输入电压取决于发电单元110的输出电压，并且变压器126的输出电压取决于配电盘230的施加电压。

如参考图19和图20所描述，LNG运输船用的供电系统1可以将推力器马达152连接到除基本负载电力系统100之外的电力系统，并且根据服务负载电力系统中的负载终端的特性应用多种发电机(例如，固定或可变RPM发电机)，或者配置多种配电结构(例如，低压DC配电、低压AC配电或高压AC配电)。

如上文所描述，电力系统被配置用于服务负载和基本负载中的每一个，从而解决了发电效率降低或船中空间利用率降低的问题。

另外，下面将描述关于LPG运输船的本公开的实施例。

一般来说，LPG储存在专门制造的货舱中，在低温(例如-50℃)下以液态由海路运输。在普通航行中，如果不控制货舱的温度和压力，就不可能由海路运输LPG。

因此，LPG运输船被配置为推进船并由海路安全运输LPG。

LPG运输船中的电负载可包括与航行相关的基本负载(例如，基本负载-燃油供应泵、燃料阀冷却泵)和与航行无关的服务负载(例如，服务负载)。

LPG运输船中的基本负载是推进和航行用的电动马达，例如，冷却海水泵、润滑油泵和压载泵。服务负载包括LPG储存负载，该LPG储存负载被配置成允许冷却和压缩处理系统根据管道和LPG运输船的货舱的外部温度来操作。

LPG运输船的基本负载和服务负载可以包括在行驶期间具有恒定功耗的连续负载，以及根据行驶特性具有不同功耗量的可变负载。LPG运输船一般采用AC供电系统，连续负载和可变负载放在一起并且连接到单个电力系统，因此LPG运输船具有很高的负载容量。

图21是示出根据相关技术的实施例的LPG运输船用的供电系统的系统架构的图，该供电系统被配置为单个系统，在该单个系统中基本负载和服务负载被放在一起。

参考图21，LPG运输船用的供电系统包括：发电单元10，其中基本负载和服务负载一起放在单个电力系统中；低压配电盘20，用于接收来自发电单元10的电力并将电力传输到负载或另一配电盘；负载单元50，在负载单元50中，基本负载和服务负载放在一起，通过低压配电盘20供电；和另一个低压配电盘60。

图21的供电系统被配置为单个电力系统，因此在发电效率方面具有低性能。

应用于LPG运输船的发电机通常是固定RPM发电机。当固定RPM发电机发电使得负载系数为约75％至85％之间的值时，固定RPM发电机具有高燃料效率。

同时，基于连续负载和可变负载的最大负载功率来计算发电单元10中包括的固定RPM发电机的发电容量。由于LPG运输船的大部分基本负载是连续负载，因此基本负载的负载系数变化不大。

相比之下，执行LPG货物的冷却、压缩、储存和卸载操作的LPG运输船的服务负载对应于可变负载，该可变负载的负载系数随时间而变化。例如，LPG运输船可以包括作为服务负载的货物部分负载。在应用图21的系统的LPG运输船中，货物部分的总服务负载的平均负载系数具有在大约30％和60％之间的值。

因此，当电力系统所需的电力以行驶特性(如可变负载)低于最大负载电力时，单个电力系统的整个系统的负载系数降低，导致系统的发电效率降低。

通常，图21的供电系统所应用的LPG运输船对于每种操作模式具有大约40至70％(例如，43-71％)之间的负载系数。

结果，当服务负载和基本负载一起放在单个系统中时，在中或低负载部分中供电系统的发电效率降低。

另外，由于单个电力系统，发电机的发电容量取决于单个电力系统的总负载容量。因此，当安装高容量发电机时，存在发动机室中空间利用率降低的问题。

在根据本公开第三方面的实施例中，LPG运输船用的供电系统被配置成使得电力系统被分成主要包括基本负载的基本负载电力系统和主要包括服务负载的服务负载电力系统。基本负载和服务负载不共用配电盘。该供电系统被应用于50k或以上且小于100k的中型LPG船，并配置成能够进行低压配电。

图22是根据本公开的实施例的包括分开的电力系统的LPG运输船的供电系统的示意性系统架构图。

参考图22，LPG运输船用的供电系统1包括至少一个电力系统100、200。电力系统100包括发电单元110、包括主配电盘的配电盘130和包括用于船航行操作的基本负载的基本负载单元150，并且在下文中被称为基本负载电力系统。电力系统200包括发电单元210、包括主配电盘的配电盘230和包括操作以运输LPG的服务负载的服务负载单元250。

另外，LPG运输船用的供电系统1可以进一步包括控制单元(未示出)，以监控电力系统的状况并控制供电。控制器可以包括电力管理系统(PMS)、能源管理系统(EMS)或能源电力管理系统(EPMS)中的至少一个。

在下文中，为了描述清楚，LPG运输船用的供电系统1被描述为包括两个电力系统100、200，但是不被解释为局限于此。另外，在一些情况下，两个元件的详细描述代表一个元件的详细描述。

如图22所示，LPG运输船用的供电系统1被配置成使得电力系统对于基本负载和服务负载中的每一个是分开的。

发电单元110通过配电盘130向基本负载单元150供电，以允许基本负载单元150的负载消耗电力并使其操作。

发电单元110输出AC电信号，并且包括多个发电机(例如，图22的发电机111、112)。发电机111、112的属性和发电容量取决于负载。例如，当用于LPG运输船的操作的马达负载是恒定输出负载时，可以使用AC发电机。另外，当发电机的容量系数为85％并且负载容量为1MW时，发电机的发电容量可以为大约1.2MW。

发电单元110中包括的一个发电机的容量具有足够的容量来在普通航行模式下向基本负载单元150供电。在这种情况下，多个发电机111、112中的至少一个被指定为备用发电机，并且备用发电机被设定为在普通航行期间不操作。

在一个实施例中，当在基本负载电力系统100中操作的发电机(例如，111)中发生事故时，供电系统1被配置为从包括在基本负载电力系统100中的备用发电机(例如，112)向基本负载单元150供应电力。

在一个实施例中，基本负载电力系统100的备用发电机可以操作来向服务负载电力系统200的服务负载供电。下面将参考图26至图28对其进行更详细的描述。

发电机111、112可包括柴油发电机、混合燃料发电机、气体燃料发电机和燃气轮机，但不限于此。另外，发电单元110可以进一步包括至少一个开关和/或切断器，以根据情况控制供电。例如，如图22所示，当LPG运输船用的供电系统1包括两个发电机111、112时，LPG运输船用的供电系统1还可以包括两个开关。

配电盘130执行AC供电。在一个实施例中，配电盘130可以包括电力系统100的主配电盘。主配电盘可以包括母线电缆，并且在这种情况下，母线电缆可以被称为主母线。

另外，在一些实施例中，配电盘130可以包括多条母线电缆。例如，配电盘130可以进一步包括多条母线电缆，例如电连接到发电机111的主母线131和电连接到发电机112的主母线132。在这种情况下，配电盘130可以进一步包括母线联络断路器133，其在正常情况下电连接多条主母线131、132，但是在紧急情况和/或事故的情况下切断电连接。

电力系统100能够进行低压配电，并且被施加AC电压的配电盘130向负载供电。

电力系统100的元件可以彼此电连接以用于它们的相互作用。例如，LPG运输船用的供电系统1可以使用通过配电盘130从发电单元110电连接至基本负载单元150的供电线向基本负载供电。

电力系统100的基本负载单元150包括用于船航行操作基本所需的基本负载。基本负载包括海洋船舶规则定义的基本负载和船航行操作基本所需但不包括在根据海洋船舶规则的基本负载中的次级基本负载(例如，重要负载)。

用于LPG运输船操作的基本负载可以包括例如润滑油泵、发动机燃料供给泵、冷却泵和喷水泵，但不限于此。包括在基本负载单元150中的大部分基本负载对应于具有几乎不变的负载系数的连续负载。

在一些实施例中，基本负载单元150可以进一步包括基于VFD的负载。基于VFD的负载是一种基本负载，它根据航行特性优化负载终端的功耗，例如中央冷却系统。例如，VFD负载包括被配置为控制冷却泵的温度和压力的基本负载，该冷却泵被配置为控制冷却水的温度。

另外，如图22所示，基本负载单元150可以包括至少一个子配电盘，该子配电盘以等于或低于配电盘130电压的电压供电。在这种情况下，基本负载单元150可以进一步包括位于配电盘130与子配电盘之间的变压器，以降低电压。

基本负载电力系统100的容量低于图1的单个电力系统的容量，因此基本负载单元150的变压器是比图1的变压器具有更低容量的小变压器。因此，在变压器安装成本和空间利用率方面有益处。

另外，电力系统100可以进一步包括在紧急情况(例如停电)下供电的应急发电机，以及包括在该时间内操作的负载的应急配电盘。应急配电盘可能包括岸电和应急负载。

电力系统200的元件和操作在很大程度上类似于电力系统100的元件和操作，并且将基于差异进行描述。

相比之下，电力系统200的服务负载单元250包括额外用于除了LPG运输船的航行之外的任何目的的服务负载。另外，可变负载单元250可以进一步包括至少一个子配电盘(未示出)，以比配电盘230更低的电压供电。

服务负载包括用于储存LPG的LPG储存负载和用于方便LPG运输船乘客的用户便利负载。

LPG是一种易燃材料，LPG运输船需要控制货舱或管道的温度和压力，以高效、稳定地装卸LPG。此外，为了安全地由海路运输LPG，即使在普通航行期间，也需要连续控制货舱的温度和压力。

因此，包括操作用于在LPG运输船中装载、卸载和储存LPG的负载和操作用于在航行期间管理储存的LPG(例如，LPG冷却和压缩)的负载的LPG储存负载对应于可变负载。因此，大部分服务负载对应于具有可变负载系数的可变负载。

LPG储存负载包括例如货物压缩机、货物泵、货物喷淋泵、扫舱泵、深井泵和增压泵，但不限于此。

如上文所描述，由于LPG运输船用的供电系统1的每个分开的电力系统100、200具有独立的系统配置，所以电力系统100、200可以根据设计目的而以各种方式或不同地配置。

在一个实施例中，每个电力系统100、200被配置成针对主要包括在其中的负载类型来配置和操作最佳类型的发电机。

例如，基本负载电力系统100(例如，发电单元110)可以包括固定RPM发电机，服务负载电力系统200可以包括可变RPM发电机。

图23是根据本公开的实施例的被配置成使得服务负载电力系统具有可变RPM发电机的LPG运输船用的供电系统的示意性系统架构图。

图23的供电系统1类似于图22的供电系统1，并且将基于差异进行描述。

参考图23，基本负载电力系统100的发电机111、112是固定RPM发电机，服务负载电力系统200的发电机211是可变RPM发电机。在连续负载的情况下，由于恒定的输出特性，没有负载变化，因此负载系数几乎没有变化，而可变负载在负载系数方面有变化。

基本负载电力系统100的大部分负载对应于具有不变负载系数的连续负载。图23的发电机111、112被配置成在最佳效率范围(即，75％至85％的负载系数范围)中操作。

图1所示的先前的基于单个系统的供电系统，其中LPG运输船的船负载一起放在单个系统中，对于LPG运输船的每种操作模式，供电系统的负载系数在大约40至70％(例如，43至71％)的范围内。

相反，在图22的供电系统1中，LPG运输船的船负载被分成船负载电力系统100、200，因此由服务负载电力系统200的可变负载引起的负载系数的变化不会影响基本负载电力系统100的基本负载。

另外，在图23的供电系统1中，LPG运输船的船负载被分成电力系统100、200，因此包括基本负载的电力系统的总负载容量低于包括图1中的基本负载的电力系统(即，图1的整个供电系统)的总负载容量。因此，与图1的供电系统相比，可以减小用于向基本负载供电的发电机(或发动机)的容量。结果，可以降低用于基本负载的发电机的安装成本，并增加发动机室中的空间利用率。

相反，如上文所描述，服务负载电力系统200的大部分负载是具有可变负载系数的可变负载。

因此，图23的供电系统1的服务负载电力系统200被配置成驱动可变RPM发电机，该可变RPM发电机随着电力系统200的负载系数的变化而可变地操作。

在包括可变RPM发电机的服务负载电力系统200中，当可变RPM发电机的转速被控制为对于每个负载部分具有最佳发电效率的RPM时，与连续负载和可变负载一起放在单个系统中的情况相比，可以改进向可变负载供电的发电机的燃料效率。

图24是示出电力系统中负载终端的负载系数与向负载终端供电的发电机的燃料消耗量之间的关系的图。

如上文所描述，先前的单个电力系统使用固定RPM发电机向可变负载(例如，LPG储存负载)供电。整个货物部分的服务负载具有在30％至60％水平的平均负载系数。

如上文所描述，当如常规地使用固定RPM发电机向LPG运输船的变为中或低负载部分的整个服务负载供应电力时，在具有低负载系数的中或低负载部分中，发电效率较低。

相反，如在本公开的实施例中，当使用可变RPM发电机向具有可变负载系数的服务负载供电时，与图1的供电系统相比，在具有低负载系数的低负载部分中，发电效率得到提高。

参考图24，作为低负载部分的示例，图1的供电系统在45％的负载系数下具有对应于P_F的燃料效率。相反，图23的供电系统1具有对应于P_V的燃料效率。当比较P_F与P_V时，它表示图23的供电系统1在生成1kwh功率时消耗更少的燃料量。结果，在为LPG运输船的服务负载生成相同电力时，计算出图23的供电系统1与图1的供电系统相比具有大约8％的燃料消耗率的改进结果。

8％以示例性的方式提供并且当服务负载被配置为具有负载系数随时间变化的负载部分时，通过将发电机的转速控制为对应于负载部分的具有最佳发电效率的RPM，可以进一步提高发电效率。

在LPG运输船负载中，低负载部分L1是负载系数为10-40％的部分，燃料消耗量约为285-210g/kwh。中负载部分L2是负载系数为40-60％的部分，燃料消耗量约为210-194g/kwh。高负载段L3是负载系数为80-100％的部分，燃料消耗量约为185-190g/kwh。在高负载部分L3中，图23的供电系统1具有与图1的供电系统几乎相似的燃料消耗。然而，在低负载部分L1中，每kwh的燃料消耗率与图1相比改进了约6-10％，在中负载部分L2中，每kwh的燃料消耗率与图1相比改进了约10-35％。

如上文所描述，图23的服务电力系统200的可变RPM发电机可以通过基于每个负载部分的负载系数控制RPM来改进发电单元210的发电效率。

同时，当服务负载电力系统200能够进行AC配电时，配电盘230可以被配置为具有特定频率(例如，50Hz或60Hz)。在这种情况下，发电单元210被配置为基于每个负载部分的负载系数生成AC电力，并输出频率(例如，50Hz或60Hz)与配电盘230的频率匹配的AC电信号。

在一个实施例中，发电单元210包括设置在发电机211与配电盘230之间的AC/AC转换器214。AC/AC转换器214被配置成将由可变RPM发电机生成的AC电信号的频率转换成配电盘230的特定频率(例如，50Hz或60Hz)。

结果，即使基于每个负载部分的负载系数，可变RPM发电机211的RPM发生变化，发电单元210也可以输出具有配电盘230的特定频率的AC电信号。

另外，由于LPG运输船用的供电系统1能够进行低压配电，所以每个电力系统100、200中的配电方法可以被配置成能够进行低压DC配电和/或低压AC配电。

图25是根据本公开的实施例的LPG运输船用的供电系统的示意性系统架构图，该供电系统被配置成使得基本负载电力系统具有固定RPM发电机以执行AC配电，并且服务负载电力系统具有可变RPM发电机以执行部分DC配电。

图25的供电系统1类似于图23的供电系统1，并且将基于差异进行描述。

参考图25，服务负载电力系统200还被配置为能够进行部分DC配电。在供电系统1中，发电机111、112可以是固定RPM发电机，发电机211可以是可变RPM发电机。

在一个实施例中，发电单元210可进一步包括AC/DC转换器216以接收AC电信号并转换成DC电信号，第二负载单元可进一步包括DC/AC逆变器226以接收DC电信号并转换成AC电信号。

当执行DC配电时，可以防止由频率和相位同步以及无功功率引起的功率损耗。

另外，如图25所示，电力系统200还可以包括DC配电盘220，该DC配电盘220包括发电单元210与配电盘230之间的DC主母线221。DC配电盘220的使用使得能够高效地向位于运输船中的多个服务负载供电。在这种情况下，电力系统200可以包括多个DC/AC逆变器226A至226B，其电连接配电盘220和配电盘230中每一个的服务负载。

通过AC/DC转换器216和DC/AC逆变器226，电力系统200能够在发电单元210和配电盘230之间进行DC配电。

如上文所描述，供电系统1可以配置有用于基本负载电力系统的基于固定RPM发电机的AC配电和用于服务负载电力系统的基于可变RPM发电机的DC或AC配电。

此外，LPG运输船用的供电系统1还被配置为监控电力系统的状况并控制供电。

图26是根据本公开的实施例，进一步被配置为在紧急情况下将配电给服务负载的LPG运输船用的供电系统的示意性系统架构图。

图26的供电系统1类似于图22的供电系统1，并且将基于差异进行描述。

如上文所描述，基本负载电力系统100包括多个发电机(例如，图26的111、112)，并且多个发电机包括在航行期间操作的发电机(例如，图26的111)和当发电机中发生事故时操作的备用发电机(例如，图26的112)。

在一个实施例中，当在服务负载电力系统200的发电机211中发生事故时，供电系统1被配置成使得基本负载电力系统100的备用发电机向服务负载单元250供电。

参考图26，基本负载电力系统100包括冗余单元120，以使得能够向服务负载电力系统200供电。

当基本负载电力系统100和服务负载电力系统200被配置为基于交流的电力系统时，冗余单元120包括用于母线连接的开关，以将配电盘130连接到配电盘230。

图26的供电系统1监控电力系统200的电信号或供电状况(例如，通过控制单元)，并基于监控结果检测电力系统200的发电机中事故的发生。供电系统1被配置为通过响应于检测到发电机中的事故而控制冗余单元120，将基本负载电力系统100的配电盘130电连接到彼此分开的服务负载电力系统200的配电盘230，并且使用备用发电机维持对发生事故的电力系统的负载单元(即服务负载单元250)的供电。

当发电单元210的电信号在预定阈值范围内时，控制单元将确定为没有发生事故的正常情况。相反，当发电单元210的电信号超过预定阈值范围时，确定发生了事故。阈值范围可以根据发电机的发电规模和发电系统而不同地设定。

同时，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，参考图26描述的被配置为通过控制冗余单元120向服务负载电力系统200供电的供电系统1不限于图26的配置。例如，图26的供电系统1可以被实施为发电机211是固定RPM发电机，并且发电单元210不包括AC/AC转换器214的实施例。

图27是根据本公开的另一实施例的LPG运输船用的供电系统的示意性系统架构图，该供电系统进一步被配置为在紧急情况下向服务负载分配电力。

图27的供电系统1类似于图26，并且将基于与图26的差异来描述。

参考图27，冗余单元120可以包括SPDT。SPDT被配置为连接从备用发电机(例如，112)延伸到配电盘130的第一路径，或者连接从备用发电机延伸到服务负载电力系统200的配电盘230的第二路径。

在图27中，当发电机211中发生事故时，通过控制冗余单元120来维持对服务负载单元250的供电的控制操作类似于图26，并且在此省略其详细描述。

图28是根据本公开的实施例的LPG运输船用的供电系统的示意性系统架构图，该供电系统进一步被配置为向具有可变RPM发电机的服务负载分配电力，以在紧急情况下执行部分DC配电。

图28的供电系统1类似于图25的供电系统，并且将基于与图25的差异来描述。

参考图28，服务负载电力系统200被配置成执行部分DC配电。另外，基本负载电力系统100包括冗余单元120，以使得能够从备用发电机(例如，112)向服务负载单元250供电。

在一个实施例中，冗余单元120包括SPDT。SPDT被配置为连接从备用发电机(例如，112)延伸到配电盘130的第一路径，或者连接从备用发电机延伸到服务负载电力系统200的AC/DC转换器216的第二路径。

图28的冗余单元120被配置成允许发电单元110的备用发电机通过预先设计的AC/DC转换器216向服务负载单元250供电，从而消除了在服务负载电力系统200内对将备用发电机的电力转换成DC的附加转换器的需要。

当发电机211中发生事故时，图28的冗余单元120被控制以使备用发电机能够向服务负载单元250供电，并允许备用发电机的电力通过AC/DC转换器216和DC/AC逆变器226传输，从而在紧急情况下，供电系统1通过DC配电将备用发电机的电力供应给服务负载单元250。

在图28中，当发电机211中发生事故时，通过控制冗余单元120来维持对服务负载单元250的供电的控制操作类似于图26和图27，并且在此省略其详细描述。

参考图26至图28描述的供电系统1可以向服务负载单元250供电，即使在分开的服务负载电力系统200内的发电机中发生事故时。因此，可以维持对LPG储存负载(例如储存LPG的货舱)的供电，并因此保持对货舱的温度和压力的控制，从而安全地运输LPG。

如上文所描述，电力系统被分成基本负载和服务负载，并被设计成具有冗余结构，从而提高服务负载电力系统的稳定性和可靠性。

在说明书中，基于图3示出的供电系统1的结构可以根据船环境(例如船中包括的负载容量)而不同。例如，电力系统100中可以包括三个发电机。另外，三个发电机的发电容量可以相等或不相等。

另外，施加到图3的配电盘130的440伏电压是低于图1的6.6千伏电压的一个示例，并且在一些情况下，配电盘130、230可以以不同的电压供电。例如，可以根据不同负载的额定电压向配电盘130施加450伏，或者可以通过AC/DC转换器向配电盘230施加690伏。

此外，供电系统1可以控制发电机的驱动，并根据时间间隔(或操作模式)调整供应给负载单元的电量。例如，当电力系统100的基本负载单元150不需要两个发电机111、112的发电容量时，船用供电系统1可以将至少一个发电机(例如，发电机111)设定为备用发电机，以停止驱动并将电力供应到基本负载单元150，并且在必要时使用备用发电机用于其他目的。

虽然上文已经参考附图中所示的实施例描述了本公开，但是这仅仅是为了说明的目的而提供的，并且本领域技术人员将会理解，可以对其进行各种修改和变化。然而，应当注意，这种修改落入本公开的技术保护范围内。因此，本公开的真正技术保护范围应该由所附权利要求的技术精神来限定。

【工业适用性】

根据本公开的实施例的船可以具有基本负载电力系统和服务负载电力系统，基本负载电力系统包括对应于根据海洋船舶规则的基本负载的负载和不对应于根据海洋船舶规则的基本负载但是船航行所需的次级基本负载(例如，重要负载)。因此，能够进行低压配电，因此不需要用于高压的高价关断设备和用于将高压转换成低压的高容量降压变压器，从而降低系统安装成本。

此外，预计系统发电效率和船空间利用率的改进将为船领域的利用提供高可能性。

Claims (7)

1.一种具有基本负载和服务负载的船，所述船包括：

与所述基本负载相关联的第一电力系统；和

与所述服务负载相关联的第二电力系统。

2.根据权利要求1所述的船，其中，所述第一电力系统和所述第二电力系统包括固定RPM发电机。

3.根据权利要求1所述的船，其中，所述第一电力系统包括第一发电单元、第一配电盘和所述船航行所需的所述基本负载，并且

所述第二电力系统包括第二发电单元、第二配电盘和用于所述船的服务的所述服务负载。

4.根据权利要求2所述的船，其中，所述第二发电单元的所述固定RPM发电机被配置成生成具有与所述第二配电盘的频率相匹配的频率的电力。

5.根据权利要求2所述的船，其中，所述第二发电单元包括多个发电机，并且

所述第二配电盘包括多条母线。

6.根据权利要求5所述的船，其中，所述多个发电机中只有一个发电机在中负载部分或低负载部分中发电，并且所述第二配电盘由封闭母线控制。

7.根据权利要求1所述的船，其中，所述第一电力系统和所述第二电力系统仅包括低压配电盘，所述低压配电盘以低压向所述负载供电。

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