CN116646909A - 用于电力生成和分配的电力系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于电力生成和分配的电力系统，尤其是一种用于海洋船舶(300)中的电力生成和分配的电力系统(200、201)。所述系统包括第一直流DC总线(210a)和第二DC总线(210b)，所述第一直流DC总线(210a)被配置用于为第一负载(呈第一电推进机器222a的形式)提供电力，所述第二DC总线(210b)被配置用于为第二负载(呈第二电推进机器222b的形式)提供电力。所述系统还包括发电机(250)，所述发电机至少包括第一绕组组(251a)和第二绕组组(251b)。所述第一绕组组被连接成用于为所述第一DC总线提供电力，并且所述第二绕组组被连接成用于为所述第二DC总线提供电力。还提供了包括这种电力系统(200、201)的海洋船舶(300)。

Description

用于电力生成和分配的电力系统
技术领域
本公开涉及海洋船舶中的电力生成和分配的领域。特别地，本公开涉及使用多条直流(DC)总线的电力生成和分配。
背景技术
随着海洋船舶(例如轮船)的越来越多的设备用电力工作，需要安全且高效的船载电力生成和分配方式。特别是对于电推进，配电盘系统使用母线(即，总线)将电力从例如发电机或电池传输到电推进机器。如果配备有多台电推进机器，则轮船通常将包括用于每台电推进机器的独立母线。
在轮船的正常操作期间，上述母线通常使用被称为“总线联络器(bus-tie)”的开关元件电联络(electricallytied)在一起。这允许各种电力源(例如电池组件和/或发电机组)在总线之间共享，并且消除了例如对具有用于每条总线的独立发电机组的需要。然而，随着直流电(DC)取代传统的交流电(AC)成为总线的事实标准，总线联络器变得复杂，因为它们必须能够处理包括大DC故障电流在内的故障情况。由于没有自然的零点交叉，DC故障电流比AC故障电流更难中断，因此需要总线联络器根据复杂的算法操作，以便例如在诸如这些总线中的一条总线上发生短路的情况下足够快速地将这一条总线与其它总线断开连接。此外，大的DC故障电流也可能需要增加总线的尺寸，从而导致包括这种通常联络在一起的多条总线的电力系统的成本、重量和构造体积的增加。
基于上述情况，需要一种改进的用于使用多条DC总线来生成和分配电力的电力系统。
发明内容
为了至少部分地解决使用多条DC总线进行电力生成和分配的上述问题并因此至少部分地满足上述需要，本公开提供了一种改进的用于海洋船舶中的电力生成和分配的电力系统、以及一种海洋船舶。还提供了该电力系统和海洋船舶的各种替代实施例。
根据本公开的第一方面，提供了一种用于海洋船舶中的电力生成和分配的电力系统。该电力系统(下文中也简称为“系统”)包括第一直流(DC)总线，该第一直流(DC)总线被配置用于为(海洋船舶的)第一电推进机器形式的第一负载提供电力。该系统包括第二DC总线，该第二DC总线被配置用于为(海洋船舶的)第二电推进机器形式的第二负载提供电力。该系统还包括发电机。该发电机包括至少第一绕组组(firstwindingset)和第二绕组组。第一绕组组被连接成用于为第一DC总线提供电力，并且第二绕组组被连接成用于为第二DC总线提供电力。
第一负载和第二负载优选为DC负载，但可设想第一负载和第二负载也是交流负载，并且在这种情况下，将来自相应的第一DC总线和第二DC总线的DC电力转换为AC电力所需的电路(例如一个或多个逆变器电路)因此被提供为第一负载和第二负载的一部分。通常,“电机”或“电推进机器”被设想为任何机器(例如电动机)，其被配置成将电力转换成机械动力，并且其能够直接产生推力或通过连接到一个或多个其它装置(例如螺旋桨或类似物)来产生推力，使得海洋船舶能够在水中移动。这样的机器可以是旋转式机器或线性机器。
所设想的系统对现有的常规技术和方案进行了改进：多绕组组发电机的使用允许使用单个发电机为具有类似特点的多条总线提供电力，从而消除了对使用任何总线联络器将这些总线电联络/电连接在一起的需要。由于消除了总线联络器，与总线联络器相关的问题也得到解决。此外，使用具有多个绕组组(每个绕组组连接到一个独立的总线)的发电机，还提供了常规系统中没有的额外冗余。如本文稍后将更详细解释的，这与常规的电力系统形成对比，常规的电力系统需要使用总线联络器以便使用单个发电机来为多条总线提供电力，并且其中，一条总线上的失效就有将发电机也与其它(一条或多条)总线断开连接的风险。
在该系统的一个或多个实施例中，第一绕组组的额定功率可以与第二绕组组的额定功率类似(或例如相等)。在本文中，“第一绕组组的额定功率与第二绕组组的额定功率类似(或相等)”应被理解为：当发电机旋转时，第一绕组组和第二绕组组输出类似的电压，并且它们能够在海洋船舶的正常操作期间向具有类似功率需求的两条总线提供电力。也就是说，假设了第一绕组组和第二绕组组的输出电压和例如平均可持续最大电流是类似或相等的。换句话说，假设了第一电推进机器和第二电推进机器具有类似的特点。
在该系统的一个或多个实施例中，所述发电机可以是交流(AC)发电机。该系统还可以包括连接在第一绕组组与第一DC总线之间的第一整流器(电路)、以及连接在第二绕组组与第二DC总线之间的第二整流器(电路)。这使得从发电机生成的AC电力可以在输出到第一DC总线和第二DC总线之前被转换为DC电力。例如，在每个绕组组中可以提供不止一个AC相。例如，第一绕组组和第二绕组组中的每一个均可以包括三个AC相，并且所述整流器(电路)可以对应地能够将三相AC电力转换为DC电力。
在该系统的一个或多个实施例中，该系统可以不包括用于在该系统的正常操作期间将第一DC总线和第二DC总线(电气地)联络在一起的任何开关元件(例如总线联络器)。在本文中，“系统的正常操作”被限定为以下情况：在该情况期间，在例如第一DC总线和/或第二DC总线上或者在与第一DC总线和第二DC总线中的任一个连接的任何子系统或其它系统上/中没有发生故障。
在该系统的一个或多个实施例中，该系统还可以包括第一开关元件和第二开关元件，该第一开关元件是可控的，以将第一DC总线从发电机的第一绕组组断开连接，该第二开关元件是可控的，以将第二DC总线从发电机的第二绕组组断开连接。这里所使用的开关元件例如可以是具有各种合适设计的断路器。这些开关元件(或断路器)也可用于例如将所述DC总线中的一个或二者从发电机断开连接，作为对例如待断开连接的(一条或多条)DC总线的维修需求或类似情况的响应。通过这么做，例如可以在一条(或两条)DC总线上执行维修/维护，而不必停止所述发电机。
在该系统的一个或多个实施例中，该系统可进一步被配置成：在检测到第一DC总线上的失效(或故障)期间断开第一开关元件，并在检测到第二DC总线上的失效(或故障)期间断开第二开关元件。如本文所使用的，失效/故障例如可以包括DC短路、DC电路对地故障或类似故障，这导致电流的急剧增加，如果不注意，这可能导致该故障电流所通过的一个或多个设备的失效。
在该系统的一个或多个实施例中，该系统可进一步被配置成：在检测到第一DC总线与发电机的第一绕组组之间的失效(或故障)期间断开第一开关元件，并在检测到第二DC总线与发电机的第二绕组组之间的失效(或故障)期间断开第二开关元件。
在该系统的一个或多个实施例中，该系统还可以包括连接到第一DC总线的第一电池组件和连接到第二DC总线的第二电池组件。
在该系统的一个或多个实施例中，该系统可进一步被配置成：在检测到第一DC总线与发电机的第一绕组组之间的失效(或故障)期间，使用第一电池组件为第一DC总线提供电力，并且在检测到第二DC总线与发电机的第二绕组组之间的失效(或故障)期间，使用第二电池组件为第二DC总线提供电力。
在该系统的一个或多个实施例中，该系统还可以包括连接在第一DC总线与发电机的第一绕组组之间的第一保护熔断器、以及连接在第二DC总线与发电机的第二绕组组之间的第二保护熔断器。
在该系统的一个或多个实施例中，该系统还可以包括发电机组。该发电机组可以包括推进单元和已经包括的所述发电机。该推进单元可以被配置成向发电机提供旋转动力。该推进单元例如可以是柴油发动机、汽油发动机、核动力发动机、燃气轮机或以任何燃料(从燃料中可以提取能量并将其转换为输出到发电机的机械动力)运行的任何其它推进机器。
在该系统的一个或多个实施例中，该系统还可以包括控制系统，该控制系统被配置成：在该电力系统的正常操作期间，该控制系统基于第一DC总线和第二DC总线(中的一个DC总线)的最高功率需求来控制所述推进单元和发电机的速度(即，第一DC总线的功率需求可以与第二DC总线的功率需求进行比较，并且最高的这样的功率需求能够用于控制所述推进单元和发电机的速度)。该控制系统还可以被配置成：在检测到第一DC总线和第二DC总线中的一个DC总线上的失效(故障)期间，则基于第一DC总线和第二DC总线中的另一个DC总线的功率需求来控制所述推进单元和发电机的速度(也就是说，如果一条DC总线失效，则另一条仍在运行的DC总线的功率需求能够用于控制所述推进单元和发电机的速度)。
在该系统的一个或多个实施例中，该控制系统可进一步被分成与第一DC总线相关联的第一子模块、以及与第二DC总线相关联的第二子模块。该控制系统可以被配置成使得：在该系统的正常操作期间，第一子模块和第二子模块中的一个是主子模块(master-submodule)并且负责控制所述推进单元和发电机的速度，而另一个子模块是从属子模块(slave-submodule)并且不负责控制所述推进单元和发电机的速度。该控制系统还可以使得：在所述主子模块的失效期间，所述从属子模块变成主子模块并且负责控制所述推进单元和发电机的速度。
在该系统的一个或多个实施例中，第一子模块可被配置成确定第一DC总线的功率需求，并且第二子模块可被配置成确定第二DC总线的功率需求。第一子模块可以被配置成：当第二子模块是主子模块时，第一子模块将第一DC总线的功率需求传达给第二子模块。第二子模块可以被配置成：当第一子模块是主子模块时，第二子模块将第二DC总线的功率需求传达给第一子模块。通过这么做，当前作为主子模块的子模块可以知道与该主子模块不相关联的另一DC总线的功率需求，并使用这一点来例如确定这两条DC总线的最高功率需求，如上文所讨论的。
根据本公开的第二方面，提供了一种海洋船舶。该海洋船舶包括第一电推进机器和第二电推进机器。该海洋船舶还包括如本文所设想的电力系统，例如根据第一方面或其任何实施例的电力系统，用于为第一电推进机器和第二电推进机器提供电力。
从以下详细描述、附图和权利要求书中，本公开的其它目的和优点将显而易见。在本公开的范围内，可以设想，参考例如第一方面的(电力)系统描述的所有特征和优点与参考第二方面的海洋船舶描述的任何特征和优点相关，适用于参考第二方面的海洋船舶描述的任何特征和优点并且可以与参考第二方面的海洋船舶描述的任何特征和优点结合使用，反之亦然。
附图说明
现在将在下文中参考附图来描述示例性实施例，在附图中：
图1A和图1B示意性地图示了常规电力系统的各种示例；
图2A和图2B示意性地图示了根据本公开的电力系统的各种实施例；
图2C示意性地图示了根据本公开的电力系统的一个或多个实施例中包括的控制系统，并且
图3示意性地图示了根据本公开的海洋船舶的实施例。
在附图中，除非另有陈述，否则相似的附图标记将用于相似的元件。除非明确地相反陈述，否则，附图仅示出了图示所述示例实施例所必需的元件，而为了清楚起见，其它元件可以被省略或仅被暗示。如附图中所示，为了说明的目的，元件和区域的(绝对或相对)尺寸可能相对于它们的真实值被夸大或低估，因此，被提供用于图示出实施例的一般结构。
具体实施方式
现在将参考图1A和图1B更详细解释用于海洋船舶的常规电力系统的各种示例。在说明书的其余部分中，术语“电力系统”和简称“系统”将互换使用。
图1A示意性地图示了常规电力系统100的广义概念，该电力系统100用于在海洋船舶内生成和分配电力。在系统100中，发电机150用于生成电力。所生成的电力被提供给第一直流(DC)总线110a。如果发电机150输出交流(AC)电力，则设想该系统100包括在连接到第一DC总线110a之前首先将AC电力转换为DC电力所需的附加部件(未示出)。这样的附加部件例如可以包括一个或多个整流器或类似物。
第一DC总线110a用于将DC电力分配给第一DC负载122a。第一DC负载122a例如是电机，例如用于推进该海洋船舶的电推进机器。该系统100还包括第二DC总线110b，该第二DC总线110b用于将DC电力分配给第二DC负载122b。第二DC负载122b可以类似于第一DC负载122a，并且例如也可以是用于推进该海洋船舶的电推进机器。例如，可以设想第一DC负载122a是用于使布置在该海洋船舶的船尾的一侧处的第一螺旋桨旋转的电推进机器，而第二DC负载122b是用于使布置在该海洋船舶的船尾的另一侧处的第二螺旋桨旋转的另一电推进机器。其它布置当然也是可能的，但至少假设第一DC负载122a和第二DC负载122b都是用于产生推力以使该海洋船舶在水中移动的电推进机器。负载122a和122b也可以是除电机之外的其它部件，但仍然假设负载122a和122b在电力消耗和荷载方面具有类似的特性，使得第一DC总线110a和第二DC总线110b的功率需求类似或甚至相等。
在系统100中，单个发电机150负责向DC总线110a和110b二者提供电力。为了这么做，在系统100的正常操作期间，第二DC总线110b经由开关元件170电连接到第一DC总线110a，使得来自发电机150的电力可以经由第一DC总线110a传递到第二DC总线110b。由于开关元件170将这两条DC总线110a和110b电联络在一起，所以开关元件170可以被称为“总线联络器”、“总线联络开关”或类似名称。在DC总线110a和110b中的一条DC总线上检测到电气故障(例如短路、电路对地故障或类似故障)的情况下，总线联络器170还负责将这两条DC总线110a和110b断开连接，以便例如避免由于上述电气故障引起的故障电流而损坏另一条DC总线(或与其连接的任何电气部件)。
系统100的位于发电机与DC负载122a和122b之间的各种部件例如可以称为“配电盘”，因为其将电力从生成电力的地方(发电机150处)切换/路由到消耗电力的地方(负载122a和122b处)。
图1B示意性地图示了常规电力系统101的更详细示例，其遵循上文参考图1A描述的系统100的原理。在系统101中，发电机150是由柴油发动机152旋转的AC发电机(即，发电机150和柴油发动机152一起形成所谓的“机组”或“发电机组”的一部分)。由发电机150生成的AC电力被整流器160转换成DC电力。整流器160经由保护熔断器162连接到第一DC总线110a。
系统101中的第一DC负载为第一电机122a，该第一电机122a形成第一电推进子系统120a的一部分。在子系统120a中，第一电机122a经由马达控制单元124a和保护熔断器126a连接到第一DC总线110a。如图1B中所图示，还可以存在将第一电机122a连接到第一DC总线110a的一个或多个附加支路，并且该一个或多个附加支路也包括例如这样的马达控制单元和保护熔断器。第一电推进子系统120a的确切配置当然可以变化，只要它至少包括例如第一电机122a形式的第一DC负载即可。
第一所谓的“酬载(hotelload)”系统130a也可连接到第一DC总线110a。第一酬载系统130a例如可以用于从第一DC总线110a分接DC电力，并将该电力分配给海洋船舶的一个或多个其它部件(所谓的“酬载”)，例如通风风扇、照明装置、加热装置或也需要电力来操作的任何其它部件。如果经由第一酬载系统130a提供电力的部件中的一些部件需要AC电力，则第一酬载系统130a可以包括一个或多个逆变器电路或类似物。如在通常情况下，一个酬载系统所需的电压通常小于或甚至显著小于一个推进(子)系统所需的电压，出于这个原因，第一酬载系统130a还可以包括例如一个或多个变压器电路或类似物，以便将第一DC总线110a的电压降低到更适合于经由第一酬载系统130a提供电力的部件的电压。尽管图1B中未示出，当然也可以存在连接到第一DC总线110a并由第一DC总线110a提供电力的各种其它子系统。
系统101还可选地包括连接到第一DC总线110a的第一电池组件140a。第一电池组件140a例如可以由发电机150经由第一DC总线110a充电，并且例如当/如果发电机150不运行时，或者如果第一DC总线110a上的功率需求超过发电机150的最大输出时，该第一电池组件140a用于为第一DC总线110a提供电力。例如，还可以设想，第一电池组件140a能够在该海洋船舶停靠在港口或类似地方时被充电，并且仅当电池组件140a被充分耗尽时和/或当电池组件140a的最大功率输出不足以满足第一DC总线110a上的功率需求时，才使用发电机150和柴油发动机152。从另一角度来看，如例如火车发动机中经常使用的，与例如柴油发动机152相比，电机在低速下提供更高扭矩的优越能力可能使得这种更复杂的链路(柴油发动机152->发电机150->整流器160->DC总线110a->DC电机122a->螺旋桨)仍然比例如直接从柴油发动机152本身驱动螺旋桨更理想。这种使用不同能量源(例如柴油和电能二者)来提供推进的动力系统可以称为混合动力推进系统或类似系统。
系统101还包括第二DC总线110b，对于本说明性示例来说，该第二DC总线110b可以认为是第一DC总线110a的复制品，并包括与第二DC总线110b连接的类似系统。第二电推进子系统120b连接到第二DC总线110b，其中第二子系统120b包括经由马达控制单元124b和保护熔断器126b连接到第二DC总线110b的第二电推进机器122b。第二酬载系统130b也连接到第二DC总线110b。第二电池组件140b也可选地连接到第二DC总线110b，使得第二DC总线110b可以由第二电池组件140b提供电力而不是由发电机150提供电力，或者作为由发电机150提供电力的补充，如上文讨论第一电池组件140a时描述的那样。
如上文参考图1A所描述的，设置有开关元件(总线联络器)170，以在系统101的正常操作期间将第一DC总线110a和第二DC总线110b电连接/电联络在一起，使得例如来自发电机150的电力在DC总线110a和110b二者上都可用。这是为了允许在DC总线110a和110b之间共享资源，例如单个发电机150。同样如上文所描述的，总线联络器170还被配置成：在例如在DC总线110a和110b之一上检测到失效的情况下，或者例如在包括发电机150的支路中检测到失效的情况下，或者在连接到DC总线110a和110b的各种(子)系统120a、130a、140a、120b、130b和140b中的任一个中检测到失效的情况下，总线联络器170将这两条DC总线110a和110b电气断开连接，使得例如所产生的故障电流没有同时损害DC总线110a和110b二者的风险。
当这两条DC总线110a和110b电连接时，第一电池组件140a也可用于向第二DC总线110b提供电力，并且第二电池组件140b也可用于向第一DC总线110a提供电力。这给系统101增加了一定量的冗余，因为电池组件140a和140b中的一个电池组件因此可以用于在所述电池组件中的另一个电池组件失效的情况下为DC总线110a和110b二者提供电力。
本公开是基于以下认识：即，参考图1A和1B描述的常规系统101(和/或常规系统100)在若干个方面可能不是最佳的。现在将更详细地描述常规系统101(和常规系统100)的这些潜在的弊端/缺点中的一些。
第一个缺点起因于这两条DC总线110a和110b都由单个发电机150提供电力。这需要增加用于构造DC总线110a和110b的母线的尺寸，使得每条DC总线110a和110b可以承载比这两条DC总线110a和110b总是电气断开连接的情况下更大的电流。例如，如果发电机150能够向电机122a和122b二者提供电力，则至少第一DC总线110a必须被设定尺寸以传输更大的电力，因为：除了用于第一电机122a的电力之外，用于第二电机122b的电力也经由第一DC总线110a传输。此外，考虑到潜在的短路，DC总线110a和110b二者也必须被设定尺寸以承受更高的短路电流。随着用于构造DC总线110a和110b的母线的尺寸增加，所使用的材料(例如，铜)的量也增加，这又导致更高的成本、更大的重量以及配电盘(例如，包括DC总线110a和110b)的整体更大的尺寸。
第二个缺点起因于总线联络器170必须被配置成例如在DC总线110a和110b中的一个DC总线上短路的情况下切断大的DC电流。由于没有任何自然的过零点(如对应的交流系统中存在的)，这需要更复杂的开关元件170和更先进的控制系统，用于在电气故障的情况下尽可能快地断开总线联络器170。常规系统中对所产生的短路电流的计算也更复杂。因此，由于能够在故障的情况下正确地切断大的DC电流以将这两条DC总线110a和110b电气断开连接所产生的复杂性(complications)可能会导致生产和维护成本的增加、以及整个系统的重量和尺寸的增加。在一些情况下，总线联络器170的存在也可能给常规系统的操作者带来潜在风险，这是因为：由于所涉及的高DC电流，在该系统启动并运行时(由于错误而)断开或闭合总线联络器170可能对操作者是有害的，甚至是致命的。
第三个缺点起因于仅存在单个发电机150，并且第二DC总线110b仅间接(经由第一DC总线110a)连接到发电机150。如果观察图1B中所图示的常规系统101，并假设短路故障发生在例如第一电推进子系统120a中的某处，那么，所产生的短路电流将很可能烧断保护熔断器126a。在第一DC总线110a本身的某处短路的情况下，所产生的故障电流将可能烧断保护熔断器126a、142a和162中的一些或全部，并且总线联络器170应尽快断开以便保护第二DC总线110b。在这种情况下，从图1B能够看出，第一电推进子系统120a和包括发电机150的支路(并且还可能有包括第一电池组件140a的支路)都将停止工作。如果总线联络器170的断开进行得足够快，则第二电推进子系统120b可以潜在地保持运行。然而，由于发电机150不再可用于为第二DC总线110b提供电力，所以电力将仅从第二电池组件140b供应。如果第二电池组件140b在所述故障时没有被充分充电，则该海洋船舶可能难以在第二电池组件140b完全耗尽之前到达例如最近的港口。
克服常规系统中的该第三个缺点的一种潜在方法是：如图1B中所图示的，添加连接到第二DC总线110b的可选的第二发电机支路154(即，第二发电机组/机组)。通过这么做，即使在第一DC总线110a侧发生故障之后，也将向第二DC总线110b提供足够的电力。然而，添加额外的发电机支路154会导致整个系统101的成本、重量和尺寸增加。
本公开旨在通过提供一种改进的用于海洋船舶中的电力生成和分配的电力系统来解决常规系统101(和常规系统100)的上述缺点。现在将在下文中参考附图中的图2A和图2B来更全面地描述所设想的改进系统的例示性实施例。附图的这些部分示出了当前优选的实施例，然而，本发明可以以许多不同的形式体现，且不应被解释为局限于本文中阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性，并且向本领域技术人员充分传达本公开的范围。
图2A示意性地图示了根据本公开的改进的电力系统200的实施例。系统200包括第一DC总线210a和第二DC总线210b。第一DC总线210a被配置用于为第一电推进机器222a形式的第一(DC)负载提供电力(即，向其分配电力)，并且第二DC总线210b被配置用于为第二电推进机器222b形式的第二(DC)负载提供电力(即，向其分配电力)。
系统200还包括发电机250。发电机250(如在圆形符号下方画出的横条所示)与常规系统100和101(如本文前面参考图1A和1B所描述)的发电机150的不同之处在于：发电机250被配置成具有多个电隔离的绕组组，并且至少包括第一绕组组251a和第二绕组组251b。第一绕组组251a连接到第一DC总线210a(为第一DC总线210a提供电力)，并且第二绕组组251b连接到第二DC总线210b(为第二DC总线210b提供电力)。
通过使用具有多个绕组组251a和251b的发电机250并且通过将每个绕组组连接到相应的DC总线，系统200不需要包括任何用于将第一DC总线210a和第二DC总线210b连接在一起的开关元件(总线联络器)。这消除了与这种总线联络器相关的常规系统的问题，即，至少消除了常规系统的在上文中被描述为“第一个缺点”和/或“第二个缺点”的问题。例如，由于不需要总线联络器，所以不需要增加用于形成第一DC总线210a和第二DC总线210b的母线的尺寸，因为每条DC总线仅需要承载足以为其自身的相应的电推进机器222a和222b提供电力的电流即可(而无需还要承载另一条DC总线的电流)。因此，这消除了在上文中被描述为常规系统的第一个缺点的一部分的问题，并且与常规系统相比，系统200可以制造得尺寸更小，重量更轻，且成本更低廉。同样，由于没有任何总线联络器，在上文中被描述为常规系统的第二个缺点的一部分的问题也得到解决，因为在系统200中不需要任何复杂的控制系统来中断/切断从一条DC总线到另一条DC总线的大的DC电流。最后，多绕组组发电机250的使用允许该发电机在一条DC总线210b或210a中发生故障的情况下继续向另一条DC总线210a或210b提供电力，因此至少消除了在上文中被描述为常规系统的第三个缺点的一部分的一些问题。
在系统200的一个实施例中，可以假设绕组组251a和251b的额定功率(例如，在最大可持续平均电流方面)类似，并且例如，负载(即，电推进机器)222a和222b的功率需求(至少平均功率需求)也类似。还假设第一DC总线210a和第二DC总线210b上的期望电压被假设为近似相等(或完全相等)，并且当发电机250运行时(在系统200的正常操作期间)，在发电机250的第一绕组组251a和第二绕组组251b处提供类似(或甚至相等)的电压。
现在将参考图2B来描述系统200的各种附加实施例，图2B示意性地图示了遵循参考图2A描述的系统200的原理的系统201。
系统201包括多个附加特征，每个附加特征均可视为构成系统200的一个实施例。换句话说，尽管系统201被图示为包括多个详细特征，但在本文中可以设想的是，作为系统200的替代实施例的系统可以仅包括系统201中示出的特征中的一个、两个、几个、少于全部或全部特征。因此，系统201仅是出于说明目的而提供的，并且本公开设想到改进的系统可以由现在将描述的各种特征中的任意特征(例如，一个、两个、几个、几乎全部、全部等)的任何组合来体现和形成，作为已经参考图2A中示出的系统200公开的那些特征的补充。只要所得到的组合提供了对诸如参考图1A和1B描述的常规系统的改进即可。
在一个或多个实施例中，发电机250可以例如是AC发电机。这里，术语“绕组组”用于表明每一组中可能有用于多于一个AC相的多个绕组。例如，第一绕组组251a可以提供用于三个AC相的绕组，而第二绕组组251b例如也可以提供用于三个AC相的绕组。为了将发电机250生成的AC电力转换成DC电力，系统200还可以包括连接在第一绕组组251a和第二绕组组251b中的每一个与第一DC总线210a和第二DC总线210b之间的相应整流器(未示出)。
在一个或多个实施例中，系统200和201可明确不包含用于在系统201的正常操作期间将第一DC总线210a和第二DC总线210b电连接/电联络在一起，和/或用于在例如系统201中的故障情形期间将第一DC总线210a和第二DC总线210b电气断开连接/断开联络的任何开关元件(即，总线联络器)。
在一个或多个实施例中，系统200和201还可在每个绕组组251a和251b与各自的第一DC总线210a和第二DC总线210b之间包括相应的开关元件272a和272b(例如，断路器)。每个这样的开关元件272a和272b都可以是可控的，以将相应的绕组组251a和251b从各自的DC总线210a和210b断开连接。这例如可能发生于在相应的第一DC总线210a和第二DC总线210b上检测到故障期间。这也可能发生于在第一绕组组251a与第一DC总线210a之间检测到故障期间，和/或在第二绕组组251b与第二DC总线210b之间检测到故障期间。所检测到的会触发开关元件272a和272b中的至少一个开关元件断开的故障例如也可以是发电机内部的某处(例如第一绕组组251a内和/或第二绕组组251b内的某处)的故障。因此，开关元件272a和272b可以用于保护该系统201，使得在系统201的一部分中引起的故障电流不允许到达系统201的其它部分。特别地，如果在系统201的AC侧检测到故障(即，在整流器260a和260b中的任一个整流器与发电机250之间的故障)，则可以断开开关元件272a和272b，从而保护例如相应的整流器260a和260b以及第一DC总线210a和第二DC总线210b。
在一个或多个实施例中，系统200和201可包括一个或多个电池组件。例如，可以存在连接到第一DC总线210a的第一电池组件240a、以及连接到第二DC总线210b的另一个(即第二)电池组件240b。电池组件240a和240b可由发电机250经由相应的第一DC总线210a和第二DC总线210b充电，并帮助向相应的第一和第二DC总线210a和210b以及相应的第一和第二负载/电推进机器222a和222b提供电力。例如，系统200可以被配置成：在检测到第一DC总线210a与第一绕组组251a之间的失效期间，系统200使用连接到第一DC总线210a的电池组件为第一DC总线210a提供电力。同样，系统200可以被配置成：在检测到第二DC总线210b与第二绕组组251b之间的失效期间，系统200使用连接到第二DC总线210b的电池组件为第二DC总线210b提供电力。当然，在系统200和201的正常操作期间，也可以从电池组件240a和240b提供电力。每个电池组件240a和240b可以经由相应的保护熔断器242a和242b连接到相应的DC总线210a和210b。保护熔断器242a和242b可被配置成：如果在第一DC总线210a和第二DC总线210b上某处的故障导致来自相应电池组件240a和240b的电流中的浪涌，则该保护熔断器242a和242b被烧断，从而保护相应的电池组件240a和240b并减少短路电流在受影响的DC总线上的馈送(feeding)。
在一个或多个实施例中，系统200和201还可以包括一个或多个额外的保护熔断器。例如，第一保护熔断器262a可以设置在/连接在第一DC总线210a与第一绕组组251a之间，和/或第二保护熔断器262b可以设置在/连接在第二DC总线210b与第二绕组组251b之间。
在一个或多个实施例中，系统200和201还可以包括推进单元252，该推进单元252被配置成使发电机250旋转(即，向发电机250提供旋转动力)，使得发电机250可以生成AC电力。推进单元252例如可以是柴油发动机、汽油发动机、燃气轮机、核动力发动机或任何其它类型的适合使发电机250旋转的推进单元。推进单元252和发电机250可以形成发电机组(或机组)的一部分。
可选地，第一酬载系统230a和第二酬载系统230b分别连接至相应的第一DC总线210a和第二DC总线210b。如本文前面所描述的，这样的酬载系统例如可以包括该海洋船舶的需要电力的各种其它部件(例如通风风扇、泵、冰箱、照明装置、扬声器、用于家用电器的电插座等)。通常，这样的附加部件需要比第一DC总线210a和第二DC总线210b上提供的电压低的电压，并且第一酬载系统230a和第二酬载系统230b则可以包括例如用于降低电压的一个或多个变压器，和/或如果这些附加部件中的一些需要AC电力的话，该第一酬载系统230a和第二酬载系统230b可以包括各种逆变器电路。例如，也可以仅存在一个连接到第一DC总线210a或连接到第二DC总线210b的酬载系统，或者可以存在与第一DC总线210a和第二DC总线210b中的一个DC总线或每一个DC总线连接的不止一个酬载系统。这些酬载并不构成所提出的改进系统200和201的核心部分，并且可以完全从系统200和201中省去。如果包括的话，则酬载系统230a和230b例如可以与参考图1B中描绘的常规系统101所描述的酬载系统130a和130b类似或相同。
使用例如图2B作为参考，可以看出，如果例如第一电推进子系统220a中发生故障，则所产生的故障电流可能将烧断保护熔断器262a，并可能烧断保护熔断器226a和242a中的一个或二者。然而，由于发电机250不使用相同的绕组组向DC总线210a和210b二者提供电力(而在本文前面描述的常规系统中则是这种情况)，发电机250可经由第二绕组组251b继续向第二DC总线210b提供电力。同样，在第二DC总线210b上发生的故障将很可能烧断保护熔断器262b，并且发电机250能够继续经由第一绕组组251a向第一DC总线210a提供电力。因此，在一条DC总线上出现故障的情况下，另一条DC总线上的电推进子系统将仍然是完全可操作的并且仍然由发电机提供电力，因而，降低或消除了由于没有剩余足够的电池组件电力而不能到达最近港口的风险。
如本文所设想的，在一个或多个实施例中，系统200和201还可包括控制系统，如现在将参考图2C更详细描述的控制系统。
图2C示意性地图示了系统200、201和所包括的控制系统290。控制系统290可被配置成：在系统200、201的正常操作期间(即，当在系统200、201中的任何地方都没有检测到短路故障、电路对地故障或类似故障时)，控制系统290基于第一DC总线210a和第二DC总线210b中的一个或二者的功率需求来控制推进单元252的旋转速度(例如，每分钟转数，rpm)。例如，推进单元252的所需速度可以基于第一DC总线210a和第二DC总线210b中的具有最高功率需求/要求的那一个DC总线来设置。例如，控制系统290可以检测第一DC总线210a上的所需功率、第二DC总线201b上的所需功率，然后比较这些功率需求中的哪一个是最高功率需求。
由于两个绕组组251a和251b形成同一发电机250的一部分，因此，通过调整发电机250和推进单元252的速度以匹配这两条DC总线210a和210b的最高功率需求，也将为另一条DC总线提供足够的功率。当然，如果两条DC总线的功率需求都很高，发电机250可能更难转动，但是可以设想推进单元252能够提供所需的机械动力以获得发电机250的期望速度。
控制系统290可进一步被配置成：在第一DC总线210a和第二DC总线210b中的一个DC总线上检测到故障的情况下，控制系统290基于第一DC总线210a和第二DC总线210b中的未受所检测到的故障影响的那一个DC总线的功率需求/要求来设置推进单元252和发电机250的所需速度。
在一个或多个实施例中，控制系统290可以被分成两个子模块292a和292b(即，每条DC总线一个子模块)，其中，第一子模块292a与第一DC总线210a相关联(即，例如负责检测第一DC总线210a的功率需求，如箭头297a所指示的)，并且其中，第二子模块292b与第二DC总线210b相关联(如箭头297b所指示的)。
在一些实施例中，控制系统290可被配置成使得：在系统200、201的正常操作期间，第一子模块292a作为主子模块操作(即，就是主子模块)，该主子模块负责控制推进单元252和发电机250的速度(如箭头296a所指示的)，而另一个(即，第二)子模块292a可同时作为从属子模块操作(即，就是从属子模块)，该从属子模块不负责控制推进单元252和发电机250的速度。控制系统290可进一步被配置成使得：在(检测到的)主子模块292a的失效期间，第二子模块292b变成(新的)主子模块，并且接管(takeover)控制推进单元252和发电机250的速度的责任(如箭头296b所指示的)。
在一个或多个实施例中，第一子模块292a可被配置成确定第一DC总线210a的功率需求，并且第二子模块292b可被配置成确定第二DC总线210b的功率需求。确定DC总线上的功率需求例如可以包括测量DC总线上的电压和/或电流，和/或与连接到DC总线并由DC总线提供电力的各种部件通信，以便估计需要多少电力或将需要多少电力来为这些部件供电(如箭头297a和297b所图示的)。这样的部件例如可以是所述两个电推进机器222a和222b，并且可以与例如发动机控制单元224a和224b进行通信，该发动机控制单元224a和224b可以被假定为知道电推进机器222a和222b的功率需求。例如，每个电推进机器222a和222b的期望速度/所需速度可以被转换为功率需求，等等。
这两个子模块292a和292b可彼此通信(如箭头298所指示的)。例如，第一子模块292a可以被配置成：当第二子模块292b作为主子模块操作时，第一子模块292a将第一DC总线210a的功率需求传达给第二子模块292b，使得第二子模块292b可以知道这两条DC总线210a和210b中的哪一条DC总线具有最高的功率需求。同样，第二子模块292b可以被配置成：当第一子模块292a作为主子模块操作时，第二子模块292b将第二DC总线210b的功率需求传达给第一子模块292a。
特别地，通过将控制系统290分成多个子模块，即使一个子模块292a或292b失效，也允许控制系统290操作，因为另一个子模块292b或292a然后可以接管已失效的子模块292a或292b的责任。
本公开还设想并提供了一种使用所设想的电力系统200、201的海洋船舶，如现在将参考图3更详细描述的。
图3示意性地图示了轮船形式的海洋船舶300。轮船300包括第一电推进机器222a和第二电推进机器222b，该第一电推进机器222a被配置成使布置在轮船300的船尾310的左舷/左侧处的第一螺旋桨312a旋转，该第二电推进机器222b被配置成使布置在轮船300的船尾310的右舷/右侧处的第二螺旋桨312b旋转。轮船300还包括如本文中参考例如图2A和图2B描述的电力系统200、201。电力系统200、201包括例如具有第一绕组组251a和第二绕组组251b的发电机250、用于使发电机250旋转的推进单元252、与发电机250的第一绕组组251a连接的第一DC总线210a、以及与发电机250的第二绕组组251b连接的第二DC总线210b。第一DC总线210a为第一电推进机器222a提供电力，而第二DC总线210b为第二电推进机器222b提供电力。发电机250在这里被假设为AC发电机，并且因此还包括相应的第一整流器260a和第二整流器260b以将所生成的AC电力转换成被提供给第一DC总线210a和第二DC总线210b的DC电力。本文前面描述的系统200、201的其它特征当然也可以作为轮船300的系统200、201的一部分而被包括，尽管这些特征在图3中未示出。
总之，本公开对常用技术的改进在于：通过使用具有多个绕组组的发电机，允许使用单个发电机分别为多条DC总线提供电力。特别地，这消除了对于在系统的正常操作期间用于将DC总线连接在一起的任何总线联络器的需要，因为每条DC总线由发电机250独立提供电力，并且在发电机处生成的电力在到达一条DC总线之前不必经过另一条DC总线。与常规系统相比，所设想的系统和海洋船舶还提供了改进的冗余，这是因为：在DC总线之一上出现故障期间，发电机仍然能够继续为系统的其余DC总线馈电。通过避免对总线联络器的需要，该电力系统可以以较低的成本、重量和整体尺寸来构造。
尽管上文可能以特定组合方式描述了特征和元件，但每个特征或元件可单独使用，无需其它特征和元件，或者与或不与其它特征和元件进行各种组合。此外，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、本公开内容和所附权利要求书，可以理解和实现所公开的实施例的变型。
在权利要求书中，词语“包括”和“包含”并不排除其它元件，且不定冠词“一”或“一个”不排除复数。在相互不同的从属权利要求中引用某些特征的事实并不表示这些特征的组合不能被有利地使用。

Claims (14)

1.一种用于海洋船舶中的电力生成和分配的电力系统(200、201)，包括：
第一直流DC总线(210a)，所述第一直流DC总线(210a)被配置用于为第一电推进机器(222a)提供电力，所述第一电推进机器(222a)用于使所述海洋船舶在水中移动；
第二DC总线(210b)，所述第二DC总线(210b)被配置用于为第二电推进机器(222b)提供电力，所述第二电推进机器(222b)也用于使所述海洋船舶在水中移动，以及
发电机(250)，所述发电机(250)至少包括第一绕组组(251a)和第二绕组组(251b)，
其中，所述第一绕组组被连接成用于为所述第一DC总线提供电力但不为所述第二DC总线提供电力，并且所述第二绕组组被连接成用于为所述第二DC总线提供电力但不为所述第一DC总线提供电力，并且
其中，所述电力系统不包括用于在所述电力系统的正常操作期间将所述第一DC总线和所述第二DC总线电联络在一起的任何开关元件(170)。
2.根据权利要求1所述的电力系统，其中，所述第一绕组组的额定功率等于所述第二绕组组的额定功率。
3.根据权利要求1或2所述的电力系统，其中，所述发电机是交流AC发电机，并且其中，所述电力系统还包括第一整流器(260a)和第二整流器(260b)，所述第一整流器(260a)连接在所述第一绕组组与所述第一DC总线之间，所述第二整流器(260b)连接在所述第二绕组组与所述第二DC总线之间。
4.根据权利要求1或2所述的电力系统，还包括第一开关元件(272a)和第二开关元件(272b)，所述第一开关元件(272a)是可控的，以将所述第一DC总线从所述发电机的所述第一绕组组断开连接，所述第二开关元件(272b)是可控的，以将所述第二DC总线从所述发电机的所述第二绕组组断开连接。
5.根据权利要求4所述的电力系统，其中，所述系统进一步被配置成：在检测到所述第一DC总线上的失效期间断开所述第一开关元件，并且在检测到所述第二DC总线上的失效期间断开所述第二开关元件。
6.根据权利要求4所述的电力系统，其中，所述系统进一步被配置成：在检测到所述第一DC总线与所述发电机的所述第一绕组组之间的失效期间断开所述第一开关元件，并且在检测到所述第二DC总线与所述发电机的所述第二绕组组之间的失效期间断开所述第二开关元件。
7.根据权利要求6所述的电力系统，还包括第一电池组件(240a)和第二电池组件(240b)，所述第一电池组件(240a)连接到所述第一DC总线，所述第二电池组件(240b)连接到所述第二DC总线。
8.根据权利要求7所述的电力系统，其中，所述系统进一步被配置成：在检测到所述第一DC总线与所述发电机的所述第一绕组组之间的失效期间，使用所述第一电池组件为所述第一DC总线提供电力，并且在检测到所述第二DC总线与所述发电机的所述第二绕组组之间的失效期间，使用所述第二电池组件为所述第二DC总线提供电力。
9.根据权利要求1或2所述的电力系统，还包括第一保护熔断器(262a)和第二保护熔断器(262b)，所述第一保护熔断器(262a)连接在所述第一DC总线与所述发电机的所述第一绕组组之间，所述第二保护熔断器(262b)连接在所述第二DC总线与所述发电机的所述第二绕组组之间。
10.根据权利要求1或2所述的电力系统，还包括发电机组，所述发电机组包括推进单元(252)和所述发电机(250)，其中，所述推进单元被配置成向所述发电机提供旋转动力。
11.根据权利要求9所述的电力系统，还包括控制系统(290)，所述控制系统(290)被配置成：在所述电力系统的正常操作期间，基于所述第一DC总线和所述第二DC总线的最高功率需求来控制所述推进单元和所述发电机的速度，并且在检测到所述第一DC总线和所述第二DC总线中的一个DC总线上的失效期间，则基于所述第一DC总线和所述第二DC总线中的另一个DC总线的功率需求来控制所述推进单元和所述发电机的速度。
12.根据权利要求11的电力系统，其中，所述控制系统被分成与所述第一DC总线相关联的第一子模块(292a)、以及与所述第二DC总线相关联的第二子模块(292b)，其中所述控制系统被配置成使得：在所述电力系统的正常操作期间，所述第一子模块和所述第二子模块中的一个是主子模块并且负责控制所述推进单元和所述发电机的速度，而所述第一子模块和所述第二子模块中的另一个是从属子模块，不负责控制所述推进单元和所述发电机的速度；并且所述控制系统被配置成使得：在所述主子模块的失效期间，所述从属子模块变成主子模块并且负责控制所述推进单元和所述发电机的速度。
13.根据权利要求12所述的电力系统，其中，所述第一子模块被配置成确定所述第一DC总线的功率需求，并且所述第二子模块被配置成确定所述第二DC总线的功率需求，并且其中，所述第一子模块被配置成：当所述第二子模块是所述主子模块时，所述第一子模块将所述第一DC总线的功率需求传达给所述第二子模块，并且其中，所述第二子模块被配置成：当所述第一子模块是所述主子模块时，所述第二子模块将所述第二DC总线的功率需求传达给所述第一子模块。
14.一种海洋船舶(300)，包括：
第一电推进机器(222a)和第二电推进机器(222b)，所述第一电推进机器(222a)和所述第二电推进机器(222b)用于使所述海洋船舶在水中移动，以及
根据权利要求1至10中的任一项所述的电力系统(200、201)，用于为所述第一电推进机器和所述第二电推进机器提供电力。
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DE102018216753A1 (de) * 2018-09-28 2020-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Energieversorgungssystem für eine wassergebundene Einrichtung
CN111204433A (zh) * 2020-03-03 2020-05-29 熊鸿 功率分流型船舶直流电力推进系统
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