CN219145030U - 一种船用轴带稳压稳频并网系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种船用轴带稳压稳频并网系统，包括柴油机输出侧、逆变输出侧、负载；柴油机输出侧包括柴油机、第一发电机、柴发并网断路器，逆变输出侧包括第二发电机、输入断路器、变流柜、输出断路器，变流柜包括滤波单元、变频器，变频器包括整流器、逆变器，整流器与输入断路器相连，逆变器与输出断路器相连；滤波单元包括连接于逆变器的输出和输出断路器的输入之间的滤波器，第二发电机进行轴带发电；负载连接于柴发并网断路器的输出端、输出断路器的之间。系统适用于海上航行时使用主机轴带的供电，并可在靠泊或离岸时与船用柴油发电机并网使用，减少发电机组的油耗，降低船舶运营成本，实现节能减排，对于轴带发电机的输出控制可靠性较高。

Description

一种船用轴带稳压稳频并网系统

技术领域

本申请涉及船舶供电并网系统技术领域，具体是一种船用轴带稳压稳频并网系统。

背景技术

在远洋船舶供电系统中，通常通过船舶的动力主轴的轴带发电机进行发电，但是在船舶停泊或者靠岸启航阶段等类似工况时，由于主机停止工作，轴带发电机也停止工作，因此需要安装一台柴油发电机作为辅机提供必要电力。船在航行的过程中，主机转速根据需要经常调节，因此与之直接相连的轴带发电机转速也会随着变化。但是负载要求恒频、恒压的电力，因此，需要对轴带发电机输出进行控制。因此，需要可靠性较高的轴带发电机输出控制装置。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种船用轴带稳压稳频并网系统，对于轴带发电机输出的控制可靠性较高。

为实现上述目的，本申请公开了以下技术方案：一种船用轴带稳压稳频并网系统，包括柴油机输出侧、逆变输出侧、负载；

所述柴油机输出侧包括依次连接的柴油机、第一发电机、柴发并网断路器，

所述逆变输出侧包括依次连接的第二发电机、输入断路器、变流柜、输出断路器，所述变流柜包括滤波单元、变频器，所述变频器包括相连接的整流器、逆变器，所述整流器的输入与所述输入断路器的输出端相连，所述逆变器的输出与所述输出断路器的输入相连；

所述滤波单元包括连接于所述所述逆变器的输出和所述输出断路器的输入之间的滤波器，所述第二发电机与船舶运行的主轴连接以进行轴带发电；

所述负载连接于所述柴发并网断路器的输出端、所述输出断路器的之间。

作为优选，所述变流柜包括控制继电器，所述控制继电器与所述输入断路器相连，所述第二发电机的输出端连接有电压监测器V1，所述电压监测器V1用于监测所述第二发电机的输出电压。

作为优选，所述变流柜包括电性监测模块，所述滤波器包括电感组L1、第一滤波电容组C1、第二滤波电容组C2，所述第一滤波电容组C1、所述第二滤波电容组C2连接与所述电感组L1输出端；所述电性监测模块包括散热风扇FAN、接触器X2、采样小板U7、第一互感器CT1、第二互感器CT2；所述第一互感器CT1、所述第二互感器CT2分别与所述电感组L1相连，用于对所述变频器的输出电流进行采集；所述散热风扇FAN连接于所述滤波器的输出端，用于对所述所述第一互感器CT1、所述第二互感器CT2进行散热；所述接触器X2连接于所述滤波器的输出端，且所述接触器X2与所述控制继电器相连，受所述控制继电器控制进行开闸或合闸；所述采样小板U7与所述变频器的控制板通过软排线连接进行数据传输及供电，所述采样小板U7上的U、V、W端子与所述电感组L1的输出端相连进行输出电压采集，所述采样小板U7上的I11、I12、I21、I22端子与所述所述第一互感器CT1、所述第二互感器CT2相连进行输出电流采集，所述采样小板U7上的AI1、AI2端子与所述变频器的控制板相连进行数据传输，所述采样小板U7上的A11、B11、C11端子分别与船舶供电汇流排相连并分别进行电压相序、相位和幅值的采集。

作为优选，所述变频器连接有用于与显控单元相连的RS485接口。

作为优选，所述显控单元包括触摸屏、按钮、指示灯。

有益效果：

船舶航行过程中，由于船速的变化，轴带发电机输出的是电压大小和频率都可变的交流电，通过交-直-交的变频器输出恒压恒频的交流电再与柴油发电机并网。变频器需要控制输出电压的相位、频率、波形与柴油发电机输出电网一致，才能达到并网要求。本申请的船用轴带稳压稳频并网系统适用于海上航行时使用主机轴带发电机(船用同步发电机或永磁同步发电机)的供电，并可在靠泊或离岸时与船用柴油发电机或者岸电电源实现并网使用，能够减少发电机组的油耗，延长发电机组的维保费用，从而降低船舶运营成本，实现节能减排，对于轴带发电机的输出控制可靠性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中船用轴带稳压稳频并网系统的基本工作原理图；

图2为本申请实施例中系统启动及运行时的操作步骤流程示意图；

图3为本申请实施例中第二发电机的输入端电路原理图；

图4为本申请实施例中变频器输出端电路的电路原理图；

图5为本申请实施例中控制回路定义图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本申请文件中使用到的标准零件均可以从市场上购买，而且根据说明书和附图的记载均可以进行订制。除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应理解为电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义，并且，未做明确限定的情况下，机械、零件和设备均可以采用现有技术中常规的型号。

在本文中，术语“包括”意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例

参考图1所示的一种船用轴带稳压稳频并网系统，包括柴油机输出侧、逆变输出侧、负载。

需要说明的是，柴油机输出侧，也可以是现有技术中的市电电源，但是，由于市电电源接入船舶进行供电对船舶进行日常供电以及启动供电等，使用较为布标，因此，常通过柴油机并网的方式实现船舶的供电并网。在本实施例中，柴油机输出侧包括依次连接的柴油机、第一发电机、柴发并网断路器。

逆变输出侧包括依次连接的第二发电机、输入断路器、变流柜、输出断路器，变流柜包括滤波单元、变频器，变频器包括相连接的整流器、逆变器，整流器的输入与输入断路器的输出端相连，逆变器的输出与输出断路器的输入相连。变流柜一般还包括外壳，外壳内部安装各种电子元件如电路板(控制板)等，外壳的表面安装对应的显控单元(如触摸屏、按钮、指示灯等)，从而使整个变流柜操作简便、显示直观、功能完备，在旧船改造、新船直接安装使用时，均能够具有较高的适配性，从而达到为船舶运行实现降低油耗和节能的功效。滤波单元包括连接于逆变器的输出和输出断路器的输入之间的滤波器，第二发电机与船舶运行的主轴连接以进行轴带发电。负载连接于柴发并网断路器的输出端、输出断路器的之间。

具体的，当逆变输出侧无法满足负载功率要求时，需要并入柴油发电机，此时，导通柴发并网断路器，柴油机启动，第一发电机工作为船舶进行供电(另一方面，当不采用柴油机进行并网时，在条件允许如停靠岸边的情况下，可以将市电接入船舶进行供电使用)。当负载功率超过变频器的额定功率时，变频器维持额定功率输出。本系统具有以下三种工作模式；

1、并网模式：即逆变输出侧和柴油机输出侧同时工作，并联运行，共同组成船舶电站；

2、独网模式：柴油机输出侧关闭，由轴带发电系统(船舶运行的主轴带动第二发电机运行发电后供电)单独组网；

3、传统模式：柴油机输出侧单独供电。

需要说明的是，变流柜具备变频器的基本保护功能，如过压、过流、缺相检测等。

结合本申请的工作模式及结构构成，系统启动及运行时的操作步骤流程具体如图2所示，在此不做赘述。

由于在船舶上应用，其工作环境要求较为严格。工作环境的相对湿度≤95％±3％；温度在-25℃～+50℃；海拔高度≤1500m。因此，对于系统的电路结构及数据的安全性要求较高。如图3所示，变流柜包括控制继电器，输入断路器作为系统的输入保护，控制继电器与输入断路器相连，即变频器的PA-PB-PC继电器控制输入断路器线圈。第二发电机的输出端连接有电压监测器V1，电压监测器V1用于监测第二发电机的输出电压，也就是变频器的输入电压，当电压监测器V1监测到输入电压过大时，由控制继电器控制触点闭合断开输入断路器。

变流柜包括电性监测模块，滤波器包括电感组L1、第一滤波电容组C1、第二滤波电容组C2，第一滤波电容组C1、第二滤波电容组C2连接与电感组L1输出端，电感组L1包括分别与前端元件的三相端对应相连的第一电感、第二电感、第三电感。电性监测模块包括散热风扇FAN、接触器X2、采样小板U7、第一互感器CT1、第二互感器CT2。变频器输出端的电路如图4所示，本申请技术人员可以通过图4所示出的原理图制作完整的变频器输出端的电路图结构，其中所设计到的一些具体的连接端点在此不做赘述。其中，第一互感器CT1、第二互感器CT2分别与电感组L1相连，用于对变频器的输出电流进行采集；散热风扇FAN连接于滤波器的输出端，用于对第一互感器CT1、第二互感器CT2进行散热。接触器X2连接于滤波器的输出端，且接触器X2与控制继电器相连，受控制继电器控制进行开闸或合闸；采样小板U7与变频器的控制板通过软排线连接进行数据传输及供电，采样小板U7上的U、V、W端子与电感组L1的输出端相连进行输出电压采集，采样小板U7上的I11、I12、I21、I22端子与第一互感器CT1、第二互感器CT2相连进行输出电流采集，采样小板U7上的AI1、AI2端子与变频器的控制板相连进行数据传输，采样小板U7上的A11、B11、C11端子分别与船舶供电汇流排相连并分别进行电压相序、相位和幅值的采集。若变频器输出端接触器忘记断开接入到主配母排，可根据采样小板U7采样数据对变频器进行输出禁止。控制板检测到母线电压过大时，在显控单元上显示故障代码，并反馈给上位机。

如图5所示的控制回路定义，其中，DI1、DI2、DI3分别接启动、停止和消音(故障复位)，其中启动停止按照变频器三线式控制，消音(故障复位)用于故障复位。DI4、DI5连接升频、降频控件，主要用于微调变频器输出频率，与触摸屏上的升频降频具有同样的作用。单机/并车控件用于指示变频器当前的一个工作状态，即用于指示是单机运行还是并机运行。故障指示灯是模拟量输出作为供电源，当发生故障模拟量即输出到12V。继电器输出，使用一路继电器控制并网合闸或分闸。RS485接口用于和上位机触摸屏通讯。组网合闸前，通过上位机任意调节频率负载分配，比例分配一般默认为5：5，恒定负载功率为直接设定功率，手动分配负载通过调节输出电压实现。上位机具备相序检测并显示，两边相序对应上便可以并网。

最后应说明的是：以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种船用轴带稳压稳频并网系统，其特征在于，包括柴油机输出侧、逆变输出侧、负载；

所述柴油机输出侧包括依次连接的柴油机、第一发电机、柴发并网断路器，

所述逆变输出侧包括依次连接的第二发电机、输入断路器、变流柜、输出断路器，所述变流柜包括滤波单元、变频器，所述变频器包括相连接的整流器、逆变器，所述整流器的输入与所述输入断路器的输出端相连，所述逆变器的输出与所述输出断路器的输入相连；

所述滤波单元包括连接于所述逆变器的输出和所述输出断路器的输入之间的滤波器，所述第二发电机与船舶运行的主轴连接以进行轴带发电；

所述负载连接于所述柴发并网断路器的输出端、所述输出断路器的之间。

2.根据权利要求1所述的船用轴带稳压稳频并网系统，其特征在于，所述变流柜包括控制继电器，所述控制继电器与所述输入断路器相连，所述第二发电机的输出端连接有电压监测器V1，所述电压监测器V1用于监测所述第二发电机的输出电压。

3.根据权利要求2所述的船用轴带稳压稳频并网系统，其特征在于，所述变流柜包括电性监测模块，所述滤波器包括电感组L1、第一滤波电容组C1、第二滤波电容组C2，所述第一滤波电容组C1、所述第二滤波电容组C2连接与所述电感组L1输出端；所述电性监测模块包括散热风扇FAN、接触器X2、采样小板U7、第一互感器CT1、第二互感器CT2；所述第一互感器CT1、所述第二互感器CT2分别与所述电感组L1相连，用于对所述变频器的输出电流进行采集；所述散热风扇FAN连接于所述滤波器的输出端，用于对所述第一互感器CT1、所述第二互感器CT2进行散热；所述接触器X2连接于所述滤波器的输出端，且所述接触器X2与所述控制继电器相连，受所述控制继电器控制进行开闸或合闸；所述采样小板U7与所述变频器的控制板通过软排线连接进行数据传输及供电，所述采样小板U7上的U、V、W端子与所述电感组L1的输出端相连进行输出电压采集，所述采样小板U7上的I11、I12、I21、I22端子与所述第一互感器CT1、所述第二互感器CT2相连进行输出电流采集，所述采样小板U7上的AI1、AI2端子与所述变频器的控制板相连进行数据传输，所述采样小板U7上的A11、B11、C11端子分别与船舶供电汇流排相连并分别进行电压相序、相位和幅值的采集。

4.根据权利要求1所述的船用轴带稳压稳频并网系统，其特征在于，所述变频器连接有用于与显控单元相连的RS485接口。

5.根据权利要求4所述的船用轴带稳压稳频并网系统，其特征在于，所述显控单元包括触摸屏、按钮、指示灯。

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