CN116134691A - 电能量供应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电能量供应系统(1，10)，特别是用于孤岛电网的电能量供应系统，其具有直流电压总线(2，20)，其中，设有用于对直流电压总线(2，20)馈电的第一整流器(3)和第二整流器(4)，其中，第一整流器(3)是二极管整流器，并且第二整流器(4)具有可开关的功率半导体(5)，其中，第一整流器(3)和第二整流器(4)能够借助于发电机(7)馈电。用于对直流电压总线(2)馈电的整流器(3，4)能够根据负载(9，11)在不同时间点被接通。

Description

电能量供应系统
技术领域
本发明涉及一种电能量供应系统，电能量供应系统尤其在孤岛电网中使用。孤岛电网的示例是船舶、石油钻井平台、专业平台等。
背景技术
为了在孤岛电网中进行电能量供应，例如设有至少一个柴油机(柴油发动机)和/或燃气轮机，借助所述柴油机(柴油发动机)和/或燃气轮机能够驱动发电机。发电机例如是异步发电机或同步发电机。同步发电机能够是外励的或自励的。永久励磁的同步电机是自励机。同步电机既能够用作为发电机，也能够用作为发动机。这也适用于异步电机。在孤岛电网中，电能能够经由直流电压总线进行分配或传输。直流电压总线能够借助于至少一个整流器馈电。一个或多个整流器从一个或多个发电机获得电能，能够例如借助于柴油机或燃气轮机来驱动发电机。
例如能够在生产成本方面和/或在重量方面和/或在运行可靠性方面改进电能量供应系统。在该上下文中，能够为一个或多个异步电机/同步电机找出一种或多种整流器。整流器尤其在柴油发动机转速不同的情况下能够实现恒定的中间电路电压。需要不同的柴油发动机转速，以使柴油发动机即使在部分负荷的情况下在具有最佳消耗曲线的转速范围内运行。这种问题尤其能够在具有直流电压中间电路的柴油电力船舶驱动器中出现。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种改进的用于供应电能量的系统，其中，这尤其涉及孤岛电网，尤其是船舶上的电能量供应系统。
目的通过根据权利要求1的电能量供应系统或通过根据权利要求12的用于运行电能量供应系统的方法来实现。本发明的设计方案例如根据权利要求2至11或根据权利要求13得出。
一种电能量供应系统，特别是用于孤岛电网的电能量供应系统具有直流电压总线，其中，船舶具有孤岛电网，其中，直流电压总线是可分区段的或是分区段的，其中，设有用于对直流电压总线馈电的第一整流器和第二整流器。第一整流器是二极管整流器并且第二整流器是可开关的整流器，即具有可开关的功率半导体。二极管整流器具有二极管功率半导体。例如，可开关的功率半导体例如是IGBT或晶闸管。直流电压总线具有两个区段，尤其至少两个区段，其中，尤其区段(31，32，33)之一仅具有一个馈电部(21，22，23，24，25)，其中，这一个馈电部是外部馈电部。例如，外部馈电部是来自联合电网(Verbundnetz)的馈电部或浮动装置的馈电部。浮动装置与直流电压总线局部分离，或与直流电压总线所位于的装置局部分离。外部馈电部的另一实例是用于船舶的港口供电装置。特别地，直流电压总线的区段能够被分离和/或(或)连接。为此，尤其设有开关。例如，开关能够例如以机械的方式、借助于功率半导体和/或以混合方式(机械和功率半导体)构造成。直流电压总线的两个区段分别具有至少一个馈电部。因此，直流电压总线的部分能够彼此分开地运行。特别地，也能够分开地进行馈电。例如，能够馈电到仅一个区段中，其中，其他区段无电压，即不进行馈电。例如，这能够在位于港口中的或停泊的船舶中会是有利的。因此，例如能够在不需要整个孤岛电网无电压的情况下执行维修或维护工作。如果存在特定的运行类型，则通过可选的区段分开地进行电供应(即相应的馈电)也能够是有利的。例如，在港口中，具有孤岛电网的船舶能够经由港口供电装置获得馈电。例如，也能够在港口中进行基于环境友好的能量载体的馈电，这例如是柴油机或者是燃气轮机，柴油机借助船舶柴油运行，燃气轮机借助气体运行。第一整流器和第二整流器能够借助于发电机馈电。不同的整流器有不同的优缺点。例如二极管整流器的制造成本低廉。可开关的整流器增加了灵活性和技术方面的使用可行性。
在电能量供应系统的一个设计方案中，电能量供应系统具有多个发电机，其中，直流电压总线的第一区段能够借助于第一发电机馈电，并且直流电压总线的第二区段能够借助于第二发电机馈电，其中，设有用于分区段的开关。为了将两个区段分区段，也能够设有多个开关。开关、尤其具有功率半导体的开关能够设置用于快速分离。与其串联的另一机械开关能够设置用于安全机械分离。因此能够确保不同的区段能够安全地彼此分开地被供应电能量，其中，为此能够选择确保可靠供应消耗器的馈电部。如果具有高能量需求的消耗器(例如用于船舶的驱动机)在直流电压总线处是激活的，则例如具有二极管整流器的馈电部能够是激活的。例如，如果消耗器只需要少量的能量，那么例如仅一个馈电部能够是激活的(即馈电)，该馈电部具有带有可开关的功率半导体的整流器。因此，孤岛电网能够有效地运行。
在电能量供应系统的一个设计方案中，电能量供应系统具有电网接口，其中，特别地，能量供应系统能够局部地与电网接口保持距离。这尤其涉及具有孤岛电网的船舶，孤岛电网能够在港口中借助于港口供电装置供应电能，并且在行驶时与港口供电装置分离并保持距离。
在电能量供应系统的一个设计方案中，能够借助于燃气轮机或借助于柴油机来驱动发电机。因此，为了驱动发电机，特别设有燃气轮机或柴油机。用于一个区段的、更具体说是直流电压总线的一个区段的馈电部基于柴油机和/或燃气轮机。例如，馈电部也能够基于港口供电装置。港口供电装置例如与联合电网连接或其本身具有柴油机或燃气轮机。柴油机和燃气轮机(在孤岛电网中和/或在港口供电网络中)都能够在不同的运行状态下运行。这些运行状态具有不同的效率。通过使用不同类型的整流器，系统能够更好地设置于柴油或燃气轮机的不同的运行状态或运行点。
在电能量供应系统的一个设计方案中，发电机是异步电机或同步电机，其中，发电机具有开环电路。通过使用开环电路(无星点(Standpunkt))，能够将两个整流器连接到相同的发电机，而无需将其并联。这两个整流器有利地是不同类型的整流器，即特别是可开关的整流器和不可开关的二极管整流器。
在电能量供应系统的一个设计方案中，直流电压总线是船舶的直流电压总线，其中，能够经由直流电压总线对用于驱动船舶的发动机馈电。船舶具有不同的消耗器。消耗器是用于驱动一个或多个船舶螺旋桨的一个或多个发动机。此外，例如，船载电网供应装置能够视作为消耗器，其中，船载电网用于对空调设施的控制电子装置、厨房等供电。例如，在游轮的情况下，在行驶时，被称为酒店负载的负载比驱动负载大得多。通过不同的整流器能够对特定船舶的相应的预期的负载分布作出反应。
在电能量供应系统的一个设计方案中，不同的消耗器能够经由不同的区段尤其彼此分开地馈电。消耗器是例如电驱动发动机、空调设施、厨房、洗衣房、电运行机构、例如计算机、照明装置等。根据孤岛电网及其消耗器的状态和运行条件，能够对直流电压总线进行优化的馈电。
在电能量供应系统的一个设计方案中，发电机与第一整流器和/或第二整流器的电连接具有滤波器。借助所述滤波器能够稳定直流电压总线或改进直流电压总线中的直流电压质量。
在电能量供应系统的一个设计方案中，第一整流器具有第二整流器的至少1/3的功率，并且第二整流器具有第一整流器的至少1/3的功率。尤其在船舶的情况下争取该范围，因为在该范围中，驱动功率占总功率的主要部分。
在电能量供应系统的一个设计方案中，第二整流器具有IGBT三相电桥。具有IGBT三相电桥的整流器具有高度的灵活性。
在电能量供应系统的一个设计方案中，直流电压总线具有电容。通过所述电容能够改进直流电压总线中的直流电压的质量。
本发明还涉及一种方法。根据用于运行具有分区段(可分区段的)的直流电压总线的电能量供应系统的方法，其中，尤其开关(尤其一个开关)将直流电压总线分区段，因此，直流电压总线能够被分区段，其中，设有用于对直流电压总线馈电的第一整流器和第二整流器，其中，第一整流器是二极管整流器并且第二整流器具有可开关的功率半导体，其中，根据负载在不同的时间点接通整流器以对直流电压总线馈电。直流电压总线的两个区段分别具有至少一个馈电部，其中馈电部负载相关地进行。当根据孤岛电网的运行状态得到不同的负载、即消耗器时，这尤其是有利的。负载例如是船舶的酒店负载或驱动负载。由于整流器的类型不同，可行的是：使直流电压总线中的直流电压质量保持足够高，并降低安装和运行整流器所需的成本。
在该方法的一个设计方案中，使用已经描述或在下面描述的类型的电能量供应系统。
附图说明
在下文中，根据附图示例性地更详细地说明和解释本发明。附图中所示的特征能够由本领域技术人员组合成新的实施方式而不偏离本发明。附图示出：
图1示出具有二极管整流器的电能量供应系统；
图2示出具有有源整流器的电能量供应系统；
图3示出具有无源整流器和升压转换器的电能量供应系统；
图4示出具有两个整流器的电能量供应系统，和
图5示出具有带有分区段的直流电压总线的电能量供应系统。
具体实施方式
根据图1的视图示出具有二极管整流器3的电能量供应系统10。发电机7借助于柴油机8(柴油机器(DM))驱动。发电机例如是同步电机。发电机7三相地对二极管整流器3馈电。作为不受控的整流器的二极管整流器3对直流电压总线20馈电。在满载或最大柴油机转速的情况下，机器能够处于弱场区域中。直流电压总线20以及其他直流电压总线也能够同时是中间电压电路。直流电压总线20具有电容18。借助于逆变器12能够实现从直流电压总线20提取电能量并驱动发动机9。发动机9表示负载。
类似于图1，根据图2的视图示出电能量供应系统20，其中，与图1中所示的电能量供应系统20相反，根据图2，有源整流器4代替二极管整流器被用作为用于对直流电压总线20馈电的整流器。有源整流器4能够具有典型的IGBT六组(旋转逆变器)。例如，异步电机或同步电机能够用作为发电机7。
类似于图1，图2示出电能量供应系统20，其中，与图1中所示的电能量供应系统20相比，根据图2，除了无源整流器3之外，还使用了升压转换器19。
根据图4的视图示出具有两个整流器、即第一整流器3和第二整流器4的电能量供应系统1。借助柴油机8(柴油机器(DM))驱动发电机7。也能够使用燃气轮机代替柴油机8，虽然燃气轮机未被示出。发电机7例如是同步电机或异步电机。发电机7接入开环电路中。发电机7对二极管整流器3三相馈电。作为不受控的整流器的二极管整流器3对直流电压总线2馈电。二极管整流器3具有功率半导体二极管6。此外，发电机7还对第二整流器4三相馈电。第二整流器4具有可开关的功率半导体5。功率半导体根据IGBT三相电桥17来划分。因此，在单独使用并在图2中所示的“典型IGBT六组”的替代方案中，电机、即发电机7的功率被分配到两个转换器3和4(一个IGBT六组和一个不受控的整流器)上。直流电压总线2还具有电容18。借助于逆变器12和13可行的是：从直流电压总线2中提取电能并驱动发动机9或11。发动机9或11为负载。发动机中的至少一个特别用于驱动船舶。第一整流器3的馈电电流的质量能够经由具有电阻15和电容的滤波器14来改进。滤波器14电连接在第一整流器3与发电机7之间。交流滤波器是可选的，并且也能够用于附加地影响工作点。在直流电压总线2中借助所连接的、用于例如驱动器和船载电网的变换器得到直流负载分布。与单独使用二极管整流器相比，在使用两个所述类型的整流器的情况下得到电机的最佳利用还有标准化可行性。这适用于异步电机和同步电机(还有PEM)。与单独使用有源整流器相比，在使用两个所述类型的整流器的情况下得到以下结果：仅为IGBT半导体需求的一半，或者由此仅为整流器成本的约60％。
根据图5的视图示出具有电容18、18'和18”的直流电压总线30，该直流电压总线具有区段31、32和33。消耗器28、29、9和11经由逆变器12连接到直流电压总线30。直流电压总线30的第一区段31具有带有第一整流器3的第一馈电部21和具有第二整流器4的第二馈电部22，其中，两个整流器3和4都能够借助于发电机7馈电，其中，能够借助于柴油机8驱动发电机7。第二区段32具有两个馈电部，即馈电部23和24，其中，将整流器3'与馈电部23相关联，并且将整流器4'与馈电部24相关联。整流器3'借助于发电机7'馈电，其中，能够借助于柴油机8'驱动发电机7'。整流器4'借助于发电机7”馈电，其中，能够借助于燃气轮机27驱动发电机7”。第三区段33具有馈电部25，其中，整流器4”与馈电部25相关联并且可经由开关26与电网36连接。电网36尤其是联合电网。区段31、32和33借助于开关34和35来分为区段。开关34和35能够将区段电连接或分离。

Claims (13)

1.一种电能量供应系统(1，10)，特别是用于孤岛电网的电能量供应系统，所述电能量供应系统具有可分区段的直流电压总线(2，20，30)，其中，设有用于对所述直流电压总线(2，20，30)馈电的第一整流器(3)和第二整流器(4)，其中，所述第一整流器(3)是二极管整流器并且所述第二整流器(4)具有可开关的功率半导体(5)，其中，所述第一整流器(3)和所述第二整流器(4))能够借助于发电机(7)馈电，其中，所述直流电压总线(2，20，30)的两个区段(31，32，33)分别具有至少一个馈电部(21，22，23，24，25)，其中，特别地，区段(31，32，33)之一仅具有一个馈电部(21，
22，23，24，25)，其中，所述一个馈电部是外部的馈电部。
2.根据权利要求1所述的电能量供应系统(1，10)，其中，所述电能量供应系统(1，10)具有多个发电机(7，7'，7”)，其中，所述直流电压总线(2，20，30)的第一区段(31)能够借助于第一发电机(7)馈电，并且所述直流电压总线(2，20，30)的第二区段(32)能够借助于第二发电机(7')馈电，其中，设有用于分区段的开关(34，35)。
3.根据权利要求1或2所述的电能量供应系统(1，10)，其中，所述电能量供应系统具有电网接口(26)，其中，特别地，能量供应系统(1，10)能够局部地与所述电网接口(26)保持距离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电能量供应系统(1，10)，其中，为了驱动所述发电机(7，7'，7”)设有燃气轮机(27)或柴油机(8)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电能量供应系统(1，10)，其中，所述发电机(7)是异步电机或同步电机，其中，所述发电机(7)具有开环电路。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电能量供应系统(1，10)，其中，所述直流电压总线(2，20，30)是船舶的直流电压总线(2，20)，其中，能够经由直流电压总线(2，20)对用于驱动船舶的发动机(9，11)馈电。
7.根据权利要求1所述的电能量供应系统(1，10)，其中，不同的消耗器(9，11，28，29)能够经由不同的区段(31，32，33)馈电，特别是彼此分开地馈电。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电能量供应系统(1，10)，其中，所述发电机(7)与所述第一整流器(3)和/或所述第二整流器(4)的电连接具有滤波器(14)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电能量供应系统(1)，其中，所述第一整流器(3)具有所述第二整流器(4)的至少1/3的功率，并且所述第二整流器(4)具有所述第一整流器(3)的至少1/3的功率。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电能量供应系统(1，10)，其中，所述第二整流器(4)具有IGBT三相电桥(17)。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的电能量供应系统(1，10)，其中，所述直流电压总线(2，20，30)具有电容(18)。
12.一种用于运行电能量供应系统(1，10)的方法，所述电能量供应系统具有可分区段的直流电压总线(2，20，30)，其中，设有用于对所述直流电压总线(2，20，30)馈电的第一整流器(3)和第二整流器(4)，其中，所述第一整流器(3)是二极管整流器并且所述第二整流器(4)具有可开关的功率半导体(5)，其中，根据负载(9，11，28，29)在不同的时间点接通整流器(3，4)以对所述直流电压总线馈电，其中，所述直流电压总线(2，20，30)的两个区段(31，32，33)分别具有至少一个馈电部(21，22，23，24，25)，其中，所述馈电部(21，22，23，24，25)负载相关地激活。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，使用根据权利要求1至11中任一项所述的电能量供应系统(1，10)。
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