[發明專利]船舶直流組網電力系統及其運行和功率優化控制方法

有效

• 申請號: 202010190387.7
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111478307B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 烏云翔;邵詩逸;常國梅;武治江;劉洋;王曉梅;唐文獻;陳赟;蘇世杰;郭勝
• 申請（專利權）人: 無錫賽思億電氣科技有限公司;山西汾西重工有限責任公司
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10;H02J9/06;H02J9/08;B63H21/17;B63H21/21
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 夏平

本發明公開了一種船舶直流組網電力系統，包括左舷以及右舷兩個推進單元，推進單元包含直流母線，直流母線上連接有至少兩個發電機供電機構、船舶推進機構，左舷或者右舷的直流母線上設有負載機構，左舷與右舷的直流母線間設有電力電子開關。本船舶電力系統中設有用于在某部分負載短路時將其進行隔離的設施，在某處發生短路時，電力系統通過短路支撐可以立刻隔絕短路源，避免因為某處短路導致整個船舶電力系統的癱瘓，提高了系統的安全性以及冗余性。本發明還公開了船舶直流組網電力系統的運行和功率優化控制方法，該方法提高了分配發電機組功率的精確性，保證發電機組運行在最經濟燃油狀態。

技術領域

本發明涉及一種船舶直流組網電力系統，具體來說涉及一種船舶直流組網電力系統及其運行和功率優化控制方法。

背景技術

船舶推進系統一般是由柴油機、減速器和推進電機組成的，柴油機通過減速器驅動推進電機推動船舶運行。這種方案的設備成本比較低廉，但存在軸系占用空間大，振動噪音強的問題。并且當船舶負載發生較大變化時，柴油機輸出功率不能迅速跟隨變化，造成柴油機運行工況差，耗油量高的缺陷。

為了節省船舶軸系布置空間，提高船舶電氣驅動響應速度和可操控性，開發出了船舶交流組網電力推進系統，即柴油機帶動同步發電機發電，產生的恒頻恒壓交流電通過交流配電盤進行交流組網，交流組網后的交流電壓在經過交—直—交變頻器后，驅動船舶推進電動機工作。但同步發電機具有輸出同頻同壓恒定交流電壓的特點，當船舶負載發生變化時，只能通過切斷或增加同步發電機的方式，來適應負載功率的變化，這種非線性的切換方式，會造成運行的柴油機不能運行在最佳的功率效率點上，存在燃油使用率極其低下的問題。并且交流配電盤兩側的控制系統是單獨設計控制的，整個系統的集成性較差，設備占地空間大，設備價格高。

此外，隨著對船舶海上施工作業水平要求的提高，各種甲板機械也從普通的恒速運行要求，過渡到具有調速的要求。船舶甲板機械的起動、制動和調速都需要單獨的電源進行供電和調制，存在控制設備復雜，占用空間大和電源調制困難的問題。

隨著技術的發展，出現了直流組網電力推進系統，船舶上的每臺柴油機均帶動一臺異步發電機，每臺異步發電機連接各自的整流器，整流后的直流連接到公共直流母線上，公共直流母線上并聯有多路的逆變器，每個逆變器連接有各自的推進電機或負載，可以有效解決上述問題。但直流組網電力推進系統仍存在以下問題。

當系統某設備發生短路故障時，會在直流母線、變頻器或者交流輸出端出現明顯的過電流，如果沒有選擇性地對故障設備進行切除，最終可能導致船舶全船失電、船舶喪失操控性，即喪失推進的能力，嚴重可導致船舶碰撞或船舶失火等。根據《船舶電力系統過電流選擇性保護指南》，CCS規范對于故障選擇性的實現規定電氣系統具有自動轉換功能，且由不同分配電板供電的雙套重要設備情況以外，所有包括重要設備電路的短路保護應是選擇性保護。同時，在滿足選擇性保護的前提下，應盡可能快地切斷故障電路，從而減少對電力系統的影響和發生火災的危險。對現有的文獻進行檢索后研究發現，中國專利申請號為CN201310215544.5的專利公開了“一種提高電網暫態電壓支撐能力的網源穩態調壓優化方法”，該方法是通過發電機與電容調節達到系統穩壓的效果；對于高度冗余的船舶電力系統，當負載發生短路需要的支撐電流過大而超過了發電機和電容所能調節的范圍，導致一系列電力系統的安全問題，因此對于船舶電力系統的短路支撐需要一種更加穩定更加安全的方法。

另外，現有的船舶電力系統運行和功率優化控制方法還存在下述問題：1、現有功率管理系統(PMS)未考慮船舶行駛過程中海洋環境變化對船舶負載功率的影響，以及整個電力系統消耗的功率，導致PMS無法準確獲得系統當前總的負載功率，進而無法準確分配發電機組功率，此外，功率管理系統無法準確判定柴油發電機輸出功率占比和燃油耗的關系，無法保證發電機組運行在最佳經濟時刻，造成能源浪費；

2、船舶直流組網電力系統發生故障時，例如短路故障，發電機組故障等，控制系統無法有效、準確判斷故障源，并且快速切除故障源或恢復故障設備運行，無法保證船舶運行的安全性和可靠性；