CN205753444U - 电力推进船舶交流供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电力推进船舶交流供电系统，由柴油发电机组、配电板、推进系统和日用变压器组成，柴油发电机组包括数台主柴油发电机组和1台辅柴油发电机组，配电板按母排个数分成区域，各个区域由母联开关连接，正常运行时母联开关处于闭合状态，柴油发电机组输出接在各个母排上，配电板配置功率管理系统，推进系统由具有无功功率补偿功能的变频器、三相交流异步电动机及推进器依次连接组成，日用变压器为船上除推进系统外的日用负荷供电，柴油发电机组提供推进系统和日用负荷的有功功率负荷，变频器提供日用负荷的无功功率负荷。有效解决由发电机提供无功功率时分配不均的问题，以及推进系统减速时反馈的有功功率消耗的问题。

Description

电力推进船舶交流供电系统

技术领域

本实用新型涉及一种船舶电力系统，特别涉及一种电力推进船舶交流供电系统。

背景技术

随着电力推进系统在工程船、科考船、海洋平台及混合动力船舶上的大量应用，实践充分证明了电力推进船舶优良的控制性能、低噪声、机舱布置灵活和经济性好的特点，但是也存在一些如下所诉的需要改进的问题。

由于电力推进船舶需要考虑控制谐波的问题，目前主要采用多相二极管整流的方式的变频器为推进系统提供能量，但是这个方案必须要相应的移相变压器，比如有两个主推进器就意味着多两个相应容量的移相变压器，增加了对机舱空间的需求。另外，船舶推进器在减速时将产生反馈电能，二极管整流形式的变频器需要制动斩波器和制动电阻来消耗此电能。

此外，船舶推进系统不工作的情况下，往往负荷比较小，一般船东会考虑使用一台容量较小的辅发电机组来匹配这个容量。故存在大容量柴油发电机组和小容量柴油发电机组并联的情况，对有功和无功均衡提出了更高的要求。中国船级社规范针对上述情况，在其规范中指出，不同功率的柴油发电机组并联运行情况下，各机组所承担的有功功率与总负载按机组定额比例分配值之差应小于最大机组的功率功率的±15%，无功功率则相应为±10%。如果能解决有功和无功均衡分配的问题，不仅能确保单台柴油发电机组的可靠运行，而且能增加整个电力推进系统的稳定性。

发明内容

本实用新型是针对船舶推进系统供电存在的问题，提出了一种电力推进船舶交流供电系统，可以省去移相变压器来节约机舱空间、可以有效解决系统有功和无功均衡分配的问题、船舶减速时的反馈能量可以有效利用。

本实用新型的技术方案为：一种电力推进船舶交流供电系统，由柴油发电机组、配电板、推进系统和日用变压器组成，柴油发电机组包括数台主柴油发电机组和1台辅柴油发电机组，配电板按母排个数分成区域，各个区域由母联开关连接，正常运行时母联开关处于闭合状态，柴油发电机组输出接在各个母排上，配电板配置功率管理系统，推进系统由具有无功功率补偿功能的变频器、三相交流异步电动机及推进器依次连接组成，日用变压器为船上除推进系统外的日用负荷供电，柴油发电机组提供推进系统和日用负荷的有功功率负荷，推进系统中的变频器提供日用负荷的无功功率负荷。

所述日用变压器至少为两台，每台日用变压器配一台变频器，每台变频器由一个可控整流器和一个逆变器组成，可控整流器具有直流母线电压控制和无功功率控制的功能，变频器检测对应日用变压器输入电压和电流，变频器输出信号调整日用负荷无功功率大小。

所述柴油发电机组配置自动电压调节装置，根据发柴油电机输出电流选择相应励磁电流来自动调节柴油发电机组，输出稳定电压。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型电力推进船舶交流供电系统，无需移相变压器可以有效节省机舱空间，可以回馈船舶减速的反馈能量，可以均衡有功和无功功率的分配，简化了该系统内自动调压装置和功率管理系统的功能。

附图说明

图1为本实用新型电力推进船舶交流供电系统图；

图2为本实用新型可控整流器的无功功率控制结构图；

图3为本实用新型电力推进船舶停泊工况交流供电系统图；

图4为本实用新型电力推进船舶减速时能量反馈系统图；

图5为阻性负载下发电机调整特性曲线图。

具体实施方式

如图1所示电力推进船舶交流供电系统图，该供电系统由柴油发电机组、配电板、推进系统和日用变压器组成。其中柴油发电机组包括3台1800kW主柴油发电机组和1台1000kW辅柴油发电机组，柴油发电机组配置自动电压调节装置，发电机电压自动调节器根据发电机输出电流选择相应励磁电流来自动调节发电机输出稳定的690V电压。配电板分区域为左母排和右母排区域，两台主柴油发电机组输出接一个母排，1台主柴油发电机组和1台辅柴油发电机组输出接另一个母排，左右区域由母联开关连接，正常运行时母联开关处于闭合状态，每个母排配一个配电板，配电板配置功率管理系统。推进系统由具有无功功率补偿功能的AFE（有源前端）变频器、1850kW三相交流异步电动机及推进器组成。2台800kW日用变压器为船上除推进外的日用负荷供电。2台800kW日用变压器为船上除推进外的日用负荷供电。柴油发电机组提供推进系统和日用负荷的有功功率负荷，日用负荷的无功功率负荷由AFE（有源前端）变频器提供。

无功功率均衡分配的具体实施：本系统中两台AFE（有源前端）变频器，每台变频器由一个可控整流器和一个逆变器组成，可控整流器具有直流母线电压控制和无功功率控制的功能，如图2所示可控整流器的无功功率控制结构图。两台AFE（有源前端）变频器检测输入至两台日用变压器前端的电压和电流，通过电压和电流的相位差确定需要提供日用负荷无功功率的大小，并通过PID调节两台AFE（有源前端）变频器输出的无功功率和日用负荷所需无功功率的平衡。正常航行时，两台AFE（有源前端）变频器通过光纤通讯无功功率数据，如两台变频器无功分配误差在5%以内则无需调整，如超过此误差，则给无功功率输出少的变频器一个额外补偿来调整功分配误差在5%以内。如果船舶处于图3所示停泊情况或一台AFE（有源前端）变频器处于故障情况，则一台AFE（有源前端）变频器单独给日用负荷提供无功功率。

这里的实施例用的是3台1800kW主柴油发电机组和1台1000kW辅柴油发电机组、2台800kW日用变压器作为例子，其他供电系统可根据供电要求进行主柴油发电机组和日用变压器台数的选定，有功功率和无功功率参考实施例即可。

船舶减速时能量回馈的具体实施：本系统当船舶处于减速时，推进器转速高于三相交流异步电动机的同步磁场转速，三相交流异步电动机处于发电状态，电能将通过AFE（有源前端）变频器逆变模块反馈至直流母线，直流母线电压提升。前述的AFE（有源前端）变频器的可控整流器具有直流母线电压控制功能，当直流母线电压超过额定值时，如图4所示控制可控整流器回馈能量至日用负荷。前述的AFE（有源前端）变频器通过控制减速曲线控制最大反馈容量为200kW。

有功功率均衡分配的具体实施：本系统由于采用AFE（有源前端）变频器为日用负荷提供无功功率，故柴油发电机组只需要向系统提供有功功率。发电机至配电板的电缆截面积只需要按有功功率来选择，发电机的断路器的电流也可以相应的减少。由于发电机无需向系统提供无功功率，发电机处于阻性负载工况下运行，用于调节发电机电压的自动电压调节装置，根据图5所示阻性负载下发电机调整特性曲线图，查找相应发电机电流下的励磁电流，通过励磁模块向发电机输入上述励磁电流，发电机维持690V电压恒定。配电板上的功率管理系统监测每个发电机断路器的电流，如果4台发电机在网时，功率管理系统测得需要4台机的瞬时总电流值=4000A，4台机的额定总电流=5355A，1#发电机额定电流=1505A，1#发电机均分电流=（4台机的瞬时总电流值）*(1#发电机额定电流)/(4台机的额定总电流)=4000*1505/5355=1124A，2#发电机均分电流=3#发电机均分电流=1124A，辅发电机均分电流=628A。如果此时1#发电机瞬时电流小于1124A，则功率管理系统发出1#柴油机增加转速的命令，以调节1#发电机瞬时电流达到1124A。如果此时1#发电机瞬时电流大于1124A，则功率管理系统发出1#柴油机减小转速的命令，以调节1#发电机瞬时电流达到1124A。其他柴油机亦按此方法进行调速。该均分电流的方法可以有效均衡各台柴油发电机组的有功均衡分配。

Claims (3)

1.一种电力推进船舶交流供电系统，其特征在于，由柴油发电机组、配电板、推进系统和日用变压器组成，柴油发电机组包括数台主柴油发电机组和1台辅柴油发电机组，配电板按母排个数分成区域，各个区域由母联开关连接，正常运行时母联开关处于闭合状态，柴油发电机组输出接在各个母排上，配电板配置功率管理系统，推进系统由具有无功功率补偿功能的变频器、三相交流异步电动机及推进器依次连接组成，日用变压器为船上除推进系统外的日用负荷供电，柴油发电机组提供推进系统和日用负荷的有功功率负荷，推进系统中的变频器提供日用负荷的无功功率负荷。

2.根据权利要求1所述电力推进船舶交流供电系统，其特征在于，所述日用变压器至少为两台，每台日用变压器配一台变频器，每台变频器由一个可控整流器和一个逆变器组成，可控整流器具有直流母线电压控制和无功功率控制的功能，变频器检测对应日用变压器输入电压和电流，变频器输出信号调整日用负荷无功功率大小。

3.根据权利要求1所述电力推进船舶交流供电系统，其特征在于，所述柴油发电机组配置自动电压调节装置，根据发柴油电机输出电流选择相应励磁电流来自动调节柴油发电机组，输出稳定电压。