CN211167358U - 一种船舶用直流电力推进系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种船舶用直流电力推进系统，所述船舶用直流电力推进系统包括：直流配电板、发电机组、储能单元、推进电机、负载装置和控制装置；其中，发电机组与直流配电板电连接，以用于向直流配电板提供电能；储能单元与直流配电板电连接；推进电机与直流配电板电连接，以用于驱动船舶；负载装置与直流配电板电连接；控制装置根据直流配电板、发电机组和储能单元的状态，控制储能单元的工作模式，在充电模式下，储能单元从直流配电板获得电能，在放电模式下，储能单元向直流配电板输送电能；由此可以有效平抑负荷波动对柴油机的冲击，从而达到节能减排的效果。

Description

一种船舶用直流电力推进系统

技术领域

本实用新型总地涉及船舶电力推进系统领域，且更具体地涉及一种船舶用直流电力推进系统。

背景技术

现有内河车客渡船推进系统多采用柴油机推进。内河车客渡船全速运行的工况时间较短，靠岸上下客时低工况运行时间较长，具有工况多变且变化频繁。船舶经常急加速、急减速，柴油机频繁承受负荷突加和突卸，使得柴油机大大偏离最佳燃油点，燃料得不到充分燃烧，燃料的利用率随之大幅下降，同时部分燃料还会产生大量的氮氧化物和硫氧化物，对环境造成污染。此外，频繁的突加突卸会加速柴油机零部件磨损。

因此，需要一种船舶用直流电力推进系统，以至少部分地解决上述问题。

实用新型内容

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述技术问题，本实用新型提供了一种船舶用直流电力推进系统，其包括：

直流配电板；

发电机组，所述发电机组与所述直流配电板电连接，以用于向所述直流配电板提供电能；

储能单元，所述储能单元与所述直流配电板电连接；

推进电机，所述推进电机与所述直流配电板电连接，以用于驱动船舶；

负载装置，所述负载装置与所述直流配电板电连接；以及

控制装置，所述控制装置根据所述直流配电板、所述发电机组和所述储能单元的状态，控制所述储能单元的工作模式，在充电模式下，所述储能单元从所述直流配电板获得电能，在放电模式下，所述储能单元向所述直流配电板输送电能。

本实用新型在直流电力推进系统中设有储能单元和控制装置，控制装置通过控制储能单元充电和放电，可有效平抑负荷波动对原动机的冲击，改善原动机的工作状态，降低油耗，从而达到节能减排的效果，例如，控制装置可以控制储能单元吸收推进电机制动回馈到直流母排上的能量，这样既提高了制动效果又可以回收制动能量以减少损失；另外，在发电机组故障或输出能力减小时，控制装置还可以控制储能单元放电作为电网能量的补充，弥补发电机组带来的负面影响，增强系统的可靠性。

可选地，所述直流配电板还包括：

直流母排；

整流装置，所述整流装置设置在所述发电机和所述直流母排之间，用以将所述发电机输出的交流电转换成直流电；

逆变装置，所述逆变装置设置在所述推进电机和所述直流母排之间，用以将所述直流母排上的直流电转换成交流电并输出到所述推进电机中，并且，所述逆变装置设置在所述负载装置和所述直流母排之间，用以将所述直流母排上的直流电转换成交流电并输出到所述负载装置中；以及

直流变换装置，所述直流变换装置设置在所述储能单元和所述直流母排之间，所述直流变换装置通过降压使所述储能单元从所述直流母排充电，所述直流变换装置通过升压使所述储能单元向所述直流母排放电。

可选地，在所述整流装置与所述直流母排相连的线路上、所述逆变装置与所述直流母排相连的线路上以及所述直流变换装置与所述直流母排相连的线路上均设有熔断器。

可选地，所述直流配电板包括至少一个所述直流母排。

可选地，所述直流配电板包括第一直流母排和第二直流母排，所述第一直流母排电连接所述第二直流母排。

可选地，在所述第一直流母排和所述第二直流母排之间设有母联开关，用以控制所述第一直流母排和所述第二直流母排之间的通断。

本实用新型在第一直流母排和第二直流母排上设有母联开关，当其中一个母排上的设备出现故障或需要检修时，可以断开母联开关，从而保证另一个母排上的设备可以正常工作，增加了系统的耐用性和可靠性。

本实用新型所述的直流电力推进系统中的直流配电板可以包含多个直流母排，从而可以根据实际工程需要连接多种设备，这些设备可以单独连接在相对应的直流母排上，也可以和直流母排组成一个功能模块，通过母联开关与系统中其它的直流母排相连，这使得整个系统更模块化，增大了系统后续改装和升级的空间。

可选地，在所述第一直流母排和所述第二直流母排之间还设有熔断器。

可选地，在所述第一直流母排上设有至少一个所述发电机组、至少一个所述负载装置和至少一台所述推进电机；

在所述第二直流母排上设有至少一个所述发电机组、至少一个所述储能单元和至少一台所述推进电机。

可选地，在所述第一直流母排上设有至少一个所述发电机组、至少一个所述储能单元、至少一个所述负载装置和至少一台所述推进电机；

在所述第二直流母排上设有至少一个所述发电机组、至少一个所述储能单元、至少一个所述负载装置和至少一台所述推进电机。

附图说明

为了使本实用新型的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本实用新型。可以理解这些附图只描绘了本实用新型的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本实用新型。

图1为根据本实用新型的船舶用直流电力推进系统第一实施方式的示意图；

图2为根据本实用新型的船舶用直流电力推进系统第二实施方式的示意图；

图3为根据本实用新型的船舶用直流电力推进系统第三实施方式的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本实用新型实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本实用新型实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

图1所示为根据本实用新型的船舶用直流电力推进系统第一实施方式的示意图，其包括第一储能单元11、第一发电机组21、直流配电板3，第一负载装置41、第一推进电机51和控制装置7。其中，直流配电板3还包括第一直流变换装置301、第一整流装置311、第一逆变装置321、第二逆变装置322和第一直流母排331。

具体而言，第一发电机组21通过第一整流装置311与第一直流母排331相连，第一整流装置311的输入端口连接第一发电机组21的输出端口，以用于将第一发电机组21产生的交流电整流成直流电供给第一直流母排331。其中，第一发电机组21包括原动机和与原动机相连的发电机，发电机将原动机产生的机械能转换成电能；原动机可以为柴油机、汽油机或天然气机；发电机可以为异步发电机、同步发电机或永磁发电机；第一整流装置311可以为二极管整流装置或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor绝缘栅双极性晶体管)整流装置。

第一储能单元11通过第一直流变换装置301与第一直流母排331相连，第一储能单元11包括从第一直流母排331充电和向第一直流母排331放电两种工作模式。例如，第一直流变换装置301可通过降压使第一储能单元11从第一直流母排331充电。第一直流变换装置301可通过升压使第一储能单元11向第一直流母排331放电。

其中，第一储能单元11可以是超级电容，还可以是锂电池，包括但不限于磷酸铁锂电池、三元锂电池、钛酸锂电池和锰酸锂电池；第一直流变换装置301为双向直流变换器。

第一负载装置41和第一推进电机51分别通过第一逆变装置321和第二逆变装置322与第一直流母排331连通，第一逆变装置321将第一直流母排331中的电能逆变成恒频恒压三项交流电后供第一负载装置41使用，第二逆变装置322将第一直流母排331中的电能逆变成三相交流后驱动第一推进电机51。

控制装置7为基于PLC的控制系统，控制装置7通过采集第一储能单元11、第一发电机组21、第一直流变换装置301和第一整流装置311上的状态信息控制第一储能单元11进行充电工作或者放电工作。例如，控制装置7可以控制第一储能单元11吸收第一推进电机51制动回馈到第一直流母排331上的能量，这样既提高了制动效果又可以回收制动能量以减少损失。另外，在第一发电机组21故障或输出能力减小时，控制装置7还可以控制第一储能单元11放电作为电网能量的补充，弥补第一发电机组21带来的负面影响，增强系统的可靠性。

进一步地，分别在第一直流变换装置301、第一整流装置311、第一逆变装置321和第二逆变装置322与第一直流母排331相连的支路上设有熔断器801，当上述各支路的设备发生故障时，熔断器801可迅速断开此支路，从而保证电网中的其它支路不受影响。本领域技术人员可以理解的是，第一直流母排331由直流母线并联组成，用以使得上述各装置产生的能量可以相互利用。

图2为根据本实用新型的船舶用直流电力推进系统第二实施方式的示意图。其包括：第一储能单元11、第一发电机组21、第二发电机组22、直流配电板3，第一负载装置41、第一推进电机51、第二推进电机52、母联开关6、控制装置7和熔断器801。其中，直流配电板3还包括第一直流变换装置301、第一整流装置311、第二整流装置312、第一逆变装置321、第二逆变装置322、第三逆变装置323、第一直流母排331和第二直流母排332。

具体而言，第一直流母排331通过第一整流装置311与第一发电机组21相连；第一直流母排331通过第一逆变装置321与第一负载装置41相连；第一直流母排331通过第二逆变装置322与第一推进电机51相连。

第二直流母排332通过第一直流变换装置301与第一储能单元11相连；第二直流母排332通过第二整流装置312与第二发电机组22相连；第二直流母排332通过第三逆变装置323与第二推进电机52相连。

控制装置7通过采集第一储能单元11、第一发电机组21、第二发电机组22、第一直流变换装置301、第一整流装置311和第二整流装置312上的状态信息控制第一储能单元11进行充电工作或者放电工作。

优选的，第一储能单元11为超级电容，功率为17.1kWh，电压为410～547VDC；第一发电机组21和第二发电机组22的功率为380kW，输出电压为AC440V/60Hz；第一直流变换装置301选用385A直流变换模块；第一整流装置311和第二整流装置312选用730A整流模块；第一逆变装置321选用300A逆变模块；第二逆变装置322和第三逆变装置323选用730A逆变模块；第一推进电机51和第二推进电机52为异步电机，功率为350kW，电压为400V/50Hz，转速为1500rpm。

本实施例中，第一直流母排331与第二直流母排332之间设有母联开关6，在正常工作情况下，母联开关6处于闭合状态，当其中一个母排上的设备出现故障或需要检修时，可以通过断开母联开关6来保证另一个母排上的设备正常工作，增加了系统的耐用性和可靠性。

进一步地，在第一直流母排331和第二直流母排332之间还设有熔断器802，当一个母排上的电路出现问题时，熔断器可快速分断两个母排之间的连接关系，保证系统可以继续稳定运行，增加了系统的稳定性和安全性。

图3为根据本实用新型的船舶用直流电力推进系统第三实施方式的示意图。其包括：第一储能单元11、第二储能单元12、第一发电机组21、第二发电机组22、直流配电板3，第一负载装置41、第二负载装置42、第一推进电机51、第二推进电机52、母联开关6、控制装置7和熔断器801。其中，直流配电板3还包括第一直流变换装置301、第二直流变换装置302、第一整流装置311、第二整流装置312、第一逆变装置321、第二逆变装置322、第三逆变装置323、第四逆变装置324、第一直流母排331和第二直流母排332。

具体而言，第一直流母排331通过第一直流变换装置301与第一储能单元11相连；第一直流母排331通过第一整流装置311与第一发电机组21相连；第一直流母排331通过第一逆变装置321与第一负载装置41相连；第一直流母排331通过第二逆变装置322与第一推进电机51相连。

第二直流母排332通过第二直流变换装置302与第二储能单元12相连。与第一直流变换装置301类似，第二直流变换装置302可通过降压使第二储能单元12从第二直流母排332充电。第二直流变换装置302可通过升压使第二储能单元12向第二直流母排332放电。

第二直流母排332通过第二整流装置312与第二发电机组22相连；第二直流母排332通过第三逆变装置323与第二推进电机52相连；第二直流母排332通过第四逆变装置324与第二负载装置42相连。

控制装置7通过采集第一储能单元11、第二储能单元12、第一发电机组21、第二发电机组22、第一直流变换装置301、第二直流变换装置302、第一整流装置311和第二整流装置312上的状态信息控制第一储能单元11和第二储能单元12进行充电工作或者放电工作。

进一步地，在第一直流母排331和第二直流母排332之间还设有熔断器802。

本领域技术人员可以理解的是，安装在直流配电板3上的设备可以包括但不限于至少一个发电机组、至少一个储能单元、至少一台推进电机和至少一个负载装置；安装在直流配电板3上的设备的具体数量可根据实际需求增加或者减少；安装在直流配电板3上的设备可以安装在同一个直流母排上，也可以分别安装在不同的直流母排上，且这些直流母排通过母联开关相连。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中出现的诸如“部件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本实用新型已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。

Claims (9)

1.一种船舶用直流电力推进系统，其特征在于，包括：

直流配电板；

发电机组，所述发电机组与所述直流配电板电连接，以用于向所述直流配电板提供电能；

储能单元，所述储能单元与所述直流配电板电连接；

推进电机，所述推进电机与所述直流配电板电连接，以用于驱动船舶；

负载装置，所述负载装置与所述直流配电板电连接；以及

控制装置，所述控制装置根据所述直流配电板、所述发电机组和所述储能单元的状态，控制所述储能单元的工作模式，在充电模式下，所述储能单元从所述直流配电板获得电能，在放电模式下，所述储能单元向所述直流配电板输送电能。

2.根据权利要求1所述的船舶用直流电力推进系统，其特征在于，所述直流配电板包括：

直流母排；

整流装置，所述整流装置设置在所述发电机和所述直流母排之间，用以将所述发电机输出的交流电转换成直流电；

逆变装置，所述逆变装置设置在所述推进电机和所述直流母排之间，用以将所述直流母排上的直流电转换成交流电并输出到所述推进电机中，并且，所述逆变装置设置在所述负载装置和所述直流母排之间，用以将所述直流母排上的直流电转换成交流电并输出到所述负载装置中；以及

直流变换装置，所述直流变换装置设置在所述储能单元和所述直流母排之间，所述直流变换装置通过降压使所述储能单元从所述直流母排充电，所述直流变换装置通过升压使所述储能单元向所述直流母排放电。

3.根据权利要求2所述的船舶用直流电力推进系统，其特征在于，在所述整流装置与所述直流母排相连的线路上、所述逆变装置与所述直流母排相连的线路上以及所述直流变换装置与所述直流母排相连的线路上均设有熔断器。

4.根据权利要求2所述的船舶用直流电力推进系统，其特征在于，所述直流配电板包括至少一个所述直流母排。

5.根据权利要求2所述的船舶用直流电力推进系统，其特征在于，所述直流配电板包括第一直流母排和第二直流母排，所述第一直流母排电连接所述第二直流母排。

6.根据权利要求5所述的船舶用直流电力推进系统，其特征在于，在所述第一直流母排和所述第二直流母排之间设有母联开关，用以控制所述第一直流母排和所述第二直流母排之间的通断。

7.根据权利要求5所述的船舶用直流电力推进系统，其特征在于，在所述第一直流母排和所述第二直流母排之间还设有熔断器。

8.根据权利要求5所述的船舶用直流电力推进系统，其特征在于，

在所述第一直流母排上设有至少一个所述发电机组、至少一个所述负载装置和至少一台所述推进电机；

在所述第二直流母排上设有至少一个所述发电机组、至少一个所述储能单元和至少一台所述推进电机。

9.根据权利要求5所述的船舶用直流电力推进系统，其特征在于，

在所述第一直流母排上设有至少一个所述发电机组、至少一个所述储能单元、至少一个所述负载装置和至少一台所述推进电机；

在所述第二直流母排上设有至少一个所述发电机组、至少一个所述储能单元、至少一个所述负载装置和至少一台所述推进电机。

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