[發明專利]電力配電系統及其方法

有效

• 申請號: 200980147211.5
• 申請日: 2009-11-09
• 公開（公告）號: CN102227870A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發明（設計）人: O·博
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02P5/46
• 分類號: H02P5/46;H02P9/10;H02P9/30;B63H21/17
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;李家麟

技術領域

本發明涉及電力配電系統，尤其是在推進中和為了鉆探應用所使用的那些電力配電（power?distribution）系統。

背景技術

電力系統，例如在推進中使用的那些電力系統，把燃料燃燒驅動的原動機（prime?mover）例如柴油內燃機作為主電力源。在傳統的柴油發動機（diesel?engine）例如在船舶推進中使用的那些柴油發動機中，在發動機和驅動推進器的電動機（motor）之間存在直接連接。根據船舶的尺寸通常使用一個或者兩個這樣的發動機。這里問題在于，這些發動機與船舶的速度無關地在恒定的旋轉速度下操作。因此，在低速度下，與實際輸出相比，能量消耗是高的，從而導致高水平的CO₂排放、高能量消耗和高維護成本。另外，一個構件的故障可能非常經常地引起總體發動機損壞。

在柴油-電動（diesel-electric）推進系統的情形中排除了以上問題。在這里，一個或者兩個大型主發動機可以被更多和更小的柴油發動機替代，每一個柴油發動機均連接到向主配電盤輸送電力的發電機，主配電盤是被斷路器（disconnector）或者匯流排（bus?tie）分為二的AC配電母線（AC：交流）。主配電盤經由各個整流器和逆變器向多個推進器電動機供應電力。這種系統的優點是使用充足數目的、更小的柴油發動機，即，避免了一直使用所有的發動機。如果發動機怠速工作或者船舶以降低的速度移動，則連接僅僅一個發電機可以是足夠的，該發電機作為回報可以以最佳容量和效率操作。在另一方面，更高的電力需求可能要求高的速度和所有發電機的運行。這個靈活性給出了相當大的能量節約，同時確保了最佳輸出效果。

然而，這種柴油電力系統遭受幾個缺陷。例如，是AC配電母線的主配電盤額定地用于高電流水平并且代表高成本元件。而且，為了最佳的操作，在每一條母線上至少一個發電機必須在操作中。這導致燃料消耗的顯著降低。在非關鍵性操作中，利用閉合的（closed）匯流排的操作是可能的。在這些情形中，僅僅一個發電機可以在低負載下操作。然而，在需要更高容量的情形中，必須向主配電盤接通另一發電機。為此，必須跟隨正常的同步化過程，這增加了發電機組的起動時間。進而，在很多應用中，在故障情形中在發電機之間的選擇性是困難的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種改進的電力配電系統。

通過一種電力配電系統實現了以上目的，該電力配電系統包括：

-多個發電機系統，每一個發電機系統均包括：

--以旋轉方式耦合到原動機的交流發電機，其中，在所述原動機操作時，所述交流發電機產生交流輸出，以及

--整流器，直接地連接到所述交流發電機并且適于將所述交流發電機的所述交流輸出轉換成直流輸出，

-耦合到來自每一個整流器的直流輸出的直流配電母線，以及

-多個逆變器，適于從所述直流配電母線接收電力，每一個逆變器的輸出均適于驅動交流電動機。

還通過一種用于電力配電的方法實現了以上目的，該方法包括：

-將交流發電機耦合到原動機，其中，在所述原動機操作時，所述交流發電機產生交流輸出，

-將整流器直接地連接到所述交流發電機，所述整流器適于將所述交流發電機的所述交流輸出轉換成直流輸出，

-將來自每一個整流器的直流輸出耦合到直流配電母線，以及

-將多個逆變器連接到直流配電母線，每一個逆變器的輸出均適于驅動交流電動機。

本發明的基本思想是將一個或者多個整流器直接地連接到每一個發電機。因此整流器被視為發電機系統的一部分。這個布置排除了對AC主配電盤的需要，如早先述及地，AC主配電盤是一種高成本元件。相反，本發明使用將無論如何是轉換器系統的一部分的DC配電母線（DC：直流）。此外，因為整流器直接地連接到發電機，所以在起動時不需要同步，并且在更高電力要求的情形中，另外的發電機的快速連接是可能的。因為來自每一個發電機系統的輸出是DC電流，所以對在發電機的內部AC輸出上的固定頻率輸出的需要是多余的。因此在低負載條件下，可以降低原動機的速度（每分鐘的轉數）以便節約燃料成本。

在一個實施例中，在所述發電機系統中的所述整流器是二極管整流器。在可替代的實施例中，在所述發電機系統中的所述整流器是可控硅（thyristor）整流器?？煽毓枵髌鞅ＷC了軟起動器功能，因為它以受控方式對DC配電母線充電，從而在起動期間避免高電流峰值。在對在發生故障的情形中斷開發電機和在發生故障或者短路的情形中斷開負載進行過電流監視時，可控硅整流器是另外有利的。