CN203707801U - 一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统 - Google Patents

一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及船舶制造领域，尤其涉及一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统。一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统，它包括一推进器组和一供电系统，所述推进器组包括若干推进装置，其特征在于：所述供电系统包括若干独立的供电单元，各供电单元包括一发电机和一主汇流排，各供电单元中发电机和主汇流排之间以一条主线路连接，主线路上设有主线路开关；各发电机通过相应的主汇流排给全部或部分推进装置供电，所述全部或部分推进装置分别以一条支线路与为其供电的主汇流排连接，支线路上设有支线路开关；所述主线路开关和支线路开关由一电源管理系统控制。它结构简单，电网冗余度高。

Description

一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统
技术领域：
本实用新型涉及船舶制造领域，尤其涉及一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统。 
背景技术：
如图1所示为现有船舶电力推进系统中具有代表性的一种，该系统包括恒频（速）交流动力电源DE、交流配电板MSB、移相变压器TP、变频驱动器VFD、中央计算机PC、远程操作单元TC、电源管理系统PMS和推进功率管理系统PPM。在此类系统中，交流发电机组DE运行于恒定的转速下，产生工业标准的电网频率和电压，恒频（速）交流动力电源DE产生的电能通过配电板MSB内部的空气断路器ACB的开合而分配到移相变压器TP，经移相变压器TP移相处理后再经变频驱动器VFD进行频率（转矩）调整控制船舶推进电机驱动螺旋桨实现船舶的运动，其它非推进用电负荷则通过交流配电板MSB上的普通断路器连接到电源。 
所述电源管理系统PMS用于检测电网负荷的大小，监测配电板的状态，控制发电机组的自动并联和解列，或在紧急情况时自动断开某些非必要负荷。 
所述推进功率管理系统PPM用于接收控制站TC发出的转速命令，控制变频器VFD驱动推进装置中的推进电机转动。推进功率管理系统PPM在推进电机负荷突变时可以限制功率的输出，同时通过中央计算机PC与电源管理系统PMS通信，由电源管理系统PMS控制对部分非重要设备进行脱扣，以保证电站不过载。 
远程操作单元TC可以将系统控制所需要的各种参数设置到中央计算机PC中，同时也可显示整个系统的故障报警及运行状态，各部件之间通过工业总线连接。 
现有的船舶电力推进系统的工作状态有两种，一是动力定位状态，此时汇流排联络开关BTDB处于打开状态，各主汇流排上的两台发电机分别并联 运行，向两侧相应的负荷供电；二是非动力定位状态（如航行、进出港等）,此状态下汇流排联络开关BTDB处于闭合状态，根据实际负荷的需求，多台发电机长期并联运行。 
该系统最大的特点就是所有发电机组均以额定功率转速运行，可以随时输出0至其额定功率的之间的任一功率值，而推进器的负荷则在这一区域随工况要求随时不受限制的变化。 
现有船舶电力推进系统主要有以下缺陷： 
1、根据船舶工况计算及经验统计，此类船舶大多数时间处于低负荷工况，特别是动力定位船处于动力定位工况时，发电机组长期运行于一个低负荷的状态，一般负荷率在60%以下，远低于柴油机85%-90%的最佳负荷率，而此时柴油发电机组长期以恒定的高转速运行，其燃油消耗较高，但输出的功率却不能完全利用，经济性差。 
2、电网冗余度低，动力定位时系统可靠性差。从图1中可以看出，如果该系统运行于动力定位工况时，主汇流排上的联络开关BTDB打开，发电机两两向左舷或右舷负荷供电，此状态为满足船级社规范和国际相关规则的最低冗余要求。在这种结构中，当出现故障模式分析的最大单点故障时（如某一侧的主汇流排出现短路故障或并联运行发电机组故障解列），会导致50%的推进功率损失，因此单电站的容量和推进器功率必须配置较大裕度，以保证出现最大单点故障时仍能保持动力定位，经济性较差。 
3、电网任一段主网上至少有两台发电机组并联运行，并联运行的任何一台发电机组发生故障导致频率不稳定都会使该段电网解列而出现最大单点故障，导致50%的推进功率失去，因此需要复杂的控制实现发电机组的长期并联运行及负荷分配等工作。 
4、系统中没有储能装置，当柴油发电机工作于低负荷工况时，其冗余电能不能储存，效率低、经济性差。 
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统。它结构简单，电网冗余度高。 
本实用新型所述的一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统的技术方案是这样实现的： 
一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统，它包括一推进器组和一供电系统，所述推进器组包括若干推进装置，其特征在于：所述供电系统包括若干独立的供电单元，各供电单元包括一发电机和一主汇流排，各供电单元中发电机和主汇流排之间以一条主线路连接，主线路上设有主线路开关；各发电机通过相应的主汇流排给全部或部分推进装置供电，所述全部或部分推进装置分别以一条支线路与为其供电的主汇流排连接，支线路上设有支线路开关；所述主线路开关和支线路开关由一电源管理系统控制。 
本实用新型所述的一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统与现有技术相比具有如下优点： 
1.通过设置若干独立的供电单元，各供电单元中发电机通过相应的主汇流排给全部或部分推进装置供电，可以避免因一个主汇流排短路而导致多个发电机无法工作的情况，在发电机容量相同的情况下，本系统的电站冗余度高、稳定性更好； 
2.本实用新型所述的一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统通过发电机与主汇流排一一对应的连接方式，避免了多台发电机组的并联运行，不会出现因部分发电机发生故障频率不稳定而使该段电网解列而出现最大单点故障，控制电路更加简单。 
上述所述发电机为变速柴油发电机，电源管理系统用于检测和控制变速柴油发电机的转速。变速柴油发电机组可以按照实际负荷的使用要求发出相应功率，不必长期运行于高转速低负荷率的工况下，使发电机组发出的功率与实际负荷相匹配，达到最高效率。根据柴油发电机组的相关研究，长期使用的发电机组，如果最大负荷相同，采用变速发电机组可以节省燃油最高达20%。 
上述所述一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统还包括一推进功率管理系统，所述推进装置包括变频器以及由变频器驱动的推进电机，推进功率管理系统通过变频器检测和控制推进电机转速。 
上述所述变频器为交-直-交变频器，交-直-交变频器于直流环节连接有储能装置。在变频器的直流环节加入储能装置，一方面在推进电机转速提升时改善了系统的响应速度，另一方面在推进电机转速降低时将剩余能量的储存到储能装置，进一步提高了燃油经济性。 
上述所述推进功率管理系统检测任一推进电机转速小于当前设定转速时，推进功率管理系统控制相应的储能装置为该推进电机供电，电源管理系统提高与该推进电机对应的变速柴油发电机的转速，以提供推进电机工作在设定转速所需相应功率，当所述变速柴油发电机转速稳定时，推进功率管理系统控制相应的储能装置停止为该推进电机供电。 
上述所述推进功率管理系统检测任一推进电机转速大于当前设定转速时，推进功率管理系统将变速柴油发电机冗余电量存储在储能装置中，电源管理系统降低与该推进电机对应的变速柴油发电机的转速，以提供推进电机工作在设定转速所需相应功率，当所述变速柴油发电机转速稳定时，推进功率管理系统控制变速柴油发电机停止对储能装置充电。 
上述所述储能装置包括直流控制器以及与直流控制器连接的蓄电池。 
上述所述主线路开关和支线路开关为空气断路器。
附图说明：
下面结合附图对本实用新型作详细的说明： 
图1是现有的船舶电力推进系统的结构示意图； 
图2是本实用新型所述的一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统的结构示意图。 
具体实施方式：
如图2所示，一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统，它包括一推进器组和一供电系统，所述推进器组包括若干推进装置1，所述供电系统包括若干独立的供电单元，各供电单元包括一发电机2和一主汇流排3，各供电单元中发电机2和主汇流排3之间以一条主线路连接，主线路上设有主线路开关；各发电机2通过相应的主汇流排3给全部或部分推进装置1供电，所述全部或部分推进装置1分别以一条支线路与为其供电的主汇流排3连接，支线路上设有支线路开关；所述主线路开关和支线路开关由一电源管 理系统4控制。 
所述发电机2为变速柴油发电机，电源管理系统4用于检测和控制变速柴油发电机的转速。 
所述一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统还包括一推进功率管理系统5，所述推进装置1包括变频器11以及由变频器驱动的推进电机12，推进功率管理系统5通过变频器11检测和控制推进电机12转速。 
所述变频器11为交-直-交变频器，交-直-交变频器于直流环节连接有储能装置6。 
所述推进功率管理系统5检测任一推进电机12转速小于当前设定转速时，推进功率管理系统5控制相应的储能装置6为该推进电机12供电，电源管理系统5提高与该推进电机12对应的变速柴油发电机的转速，以提供推进电机12工作在设定转速所需相应功率，当所述变速柴油发电机转速稳定时，推进功率管理系统5控制相应的储能装置6停止为该推进电机12供电。 
所述推进功率管理系统5检测任一推进电机12转速大于当前设定转速时，推进功率管理系统5将变速柴油发电机冗余电量存储在储能装置6中，电源管理系统5降低与该推进电机12对应的变速柴油发电机的转速，以提供推进电机12工作在设定转速所需相应功率，当所述变速柴油发电机转速稳定时，推进功率管理系统5控制变速柴油发电机停止对储能装置充电。 
所述储能装置6包括直流控制器61以及与直流控制器连接的蓄电池62。 
所述主线路开关和支线路开关为空气断路器。 
所述推进电机12转速由一远程控制站7通过一中央计算机8发送给电源管理系统。所述中央计算机8包括一功率负荷匹配单元，功率负荷匹配单元将预设的变速柴油发电机的转速-功率曲线与推进电机负荷曲线相匹配，使控制站以推进电机的负荷曲线为依据向变频器发出提高或降低负荷命令时，中央计算机8能自动控制电源管理系统调节变速柴油发电机转速，使其发出相应的功率。 
如上所述是结合具体内容提供的一种实施方式，并不认定本实用新型的 具体实施只局限于这些说明。凡与本实用新型方法、结构等近似、雷同，或是对于实用新型构思前提下做出若干技术推演或替换，都应当视为本实用新型的保护范围。 

Claims (8)

1.一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统，它包括一推进器组和一供电系统，所述推进器组包括若干推进装置，其特征在于：所述供电系统包括若干独立的供电单元，各供电单元包括一发电机和一主汇流排，各供电单元中发电机和主汇流排之间以一条主线路连接，主线路上设有主线路开关；各发电机通过相应的主汇流排给全部或部分推进装置供电，所述全部或部分推进装置分别以一条支线路与为其供电的主汇流排连接，支线路上设有支线路开关；所述主线路开关和支线路开关由一电源管理系统控制。
2.根据权利要求1所述的一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统，其特征在于：所述发电机为变速柴油发电机，电源管理系统用于检测和控制变速柴油发电机的转速。
3.根据权利要求1所述的一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统，其特征在于：它还包括一推进功率管理系统，所述推进装置包括变频器以及由变频器驱动的推进电机，推进功率管理系统通过变频器检测和控制推进电机转速。
4.根据权利要求2所述的一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统，其特征在于：所述变频器为交-直-交变频器，交-直-交变频器于直流环节连接有储能装置。
5.根据权利要求3所述的一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统，其特征在于：推进功率管理系统检测任一推进电机转速小于当前设定转速时，推进功率管理系统控制相应的储能装置为该推进电机供电，电源管理系统提高与该推进电机对应的变速柴油发电机的转速，以提供推进电机工作在设定转速所需相应功率，当所述变速柴油发电机转速稳定时，推进功率管理系统控制相应的储能装置停止为该推进电机供电。
6.根据权利要求3所述的一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统，其特征在于：推进功率管理系统检测任一推进电机转速大于当前设定转速时，推进功率管理系统将变速柴油发电机冗余电量存储在储能装置中，电源管理系统降低与该推进电机对应的变速柴油发电机的转速，以提供推进电机工作在设定转速所需相应功率，当所述变速柴油发电机转速稳定时，推进功率管理系统控制变速柴油发电机停止对储能装置充电。
7.根据权利要求4至6之一所述的一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统，其特征在于：所述储能装置包括直流控制器以及与直流控制器连接的蓄电池。
8.根据权利要求1至6之一所述的一种节能型强动力定位能力船舶混合电力推进系统，其特征在于：所述主线路开关和支线路开关为空气断路器。
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