电力推进船舶综合电力系统[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 106160010 A(43)申请公布日 2016.11.23

(21)申请号 201610815127.8(22)申请日 2016.09.09

(71)申请人 佛山市派能机电有限公司

地址 528211 广东省佛山市南海区西樵百

东乡二村(72)发明人 陈国坚　

(74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司

11332

代理人 孟金喆　胡彬(51)Int.Cl.

H02J 3/46(2006.01)H02J 9/06(2006.01)

权利要求书1页 说明书6页 附图6页

CN 106160010 A(54)发明名称

电力推进船舶综合电力系统(57)摘要

本发明公开了一种电力推进船舶综合电力

交流配电板设备、交流发电机系统。该系统包括：

组、直流电源设备、交流和直流负载设备；其中，交流配电板设备包括发电机组控制柜、逆变控制柜、负载柜和交流母线；交流发电机组，与发电机组控制柜相连，用于在发电机组控制柜的控制下进行发电，并通过交流母线将交流电提供给负载柜；直流电源设备，用于为直流负载设备供电；逆变控制柜连接在交流母线和直流电源设备之间，用于将直流电源逆变成交流电源，并实现从所述直流电源设备反向供给所述交流母线。通过本发明的技术方案，解决了在紧急情况下，直流电源系统无法对交流电源反向供给的问题，实现了功能互补，提高船舶稳定性和安全性。

CN 106160010 A

权　利　要　求　书

1/1页

1.一种电力推进船舶综合电力系统，其特征在于，包括：交流配电板设备、交流发电机组、直流电源设备、交流和直流负载设备；其中，

所述交流配电板设备包括发电机组控制柜、逆变控制柜、负载柜和交流母线；所述交流发电机组，与所述发电机组控制柜相连，用于在所述发电机组控制柜的控制下进行发电，并通过交流母线将交流电提供给所述负载柜；

所述直流电源设备，用于为所述直流负载设备供电；

所述逆变控制柜连接在所述交流母线和直流电源设备之间，用于将直流电源逆变成交流电源，并实现从所述直流电源设备反向供给所述交流母线。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：变压器，连接在所述交流母线中，用于对交流电的电压进行调节转换。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述直流电源设备的数量为一组，用于为系统主机启动、发电机组启动、安全监测设备、辅助航行设备和通讯设备进行供电。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：可再生能源供电设备，连接至所述交流总线，用于利用可再生能源进行发电，并传输至所述交流总线。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述可再生能源供电设备包括：太阳能供电设备、风能供电设备、潮汐能供电设备和水能供电设备中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：电机推进设备，连接至所述负载柜；所述电机推进设备包括滤波变频设备、推进电机和全回转推进器。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述交流发电机组配置至少两台主发电机组。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述交流发电机组还包括一台小功率交流发电机组，所述小功率交流发电机组作为停泊时辅助用电，所述小功率交流发电机组的发电功率小于主发电机组的发电功率。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述交流配电设备中的发电机组控制柜，均与发电机组一一对应，并在所述发电机组控制柜内设置框架断路器和用于对所述发电机组进行参数采集、状态控制和电力调度的智能控制器。

10.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述系统与远程监控系统相连，所述远程监控系统用于对所述系统进行远程自动化控制管理。

2

CN 106160010 A

说　明　书

电力推进船舶综合电力系统

1/6页

技术领域

[0001]本发明实施例涉及船舶推进技术，尤其涉及电力推进船舶综合电力系统。背景技术

[0002]传统船舶包括交流电源系统、直流电源系统和推进动力系统。图1a为传统船舶的交流电源系统构成图，船上交流电源系统电能取自于发电机组14，由同步控制柜12来完成对船上的发电机组14的自动调度启停、同步合闸、解列分闸切断和功率分配等控制；机组控制柜11则负责对发电机组14相关参数的检测、显示、监测保护和手动启停、手动同步合闸、解列分闸切断等；负载柜13则负责给各路交流负载供电，交流负载设备主要包括航行控制设备、泵类等辅助系统设备和生活用电设备。

[0003]图1b为传统船舶的直流电源系统构成图，直流电源系统最少需要设置两组，第一直流电源系统21和第二直流电源系统22。第一直流电源系统21主要用于主机起动和发电机组起动的直流供电，第二直流电源系统22主要用于安全监测、辅助航行和通讯设备的直流供电，两直流电源系统均是通过直流充放电板的充电回路，从交流电源系统中吸收能量，并转存于蓄电池组，再通过直流充放电板的放电回路完成向直流负载设备的直流供电。[0004]图1c为传统船舶推进动力系统构成图，传统船舶的推进动力一般由柴油机31驱动，经过动力控制设备32，例如联轴器、减速箱以及离合器调节动力输出，最后驱动传动艉轴33转动，带动与传动艉轴33相连的螺旋桨34旋转推动船舶前进，转向则通过调节舵机35从而调整舵页36的方向，改变船舶的阻力方向，实现转向。传统船舶的动力系统是的，与交流电源系统和直流电源系统基本没有关联。[0005]对于传统船舶，交流电源系统只能向直流电源系统供电，而紧急情况时，直流电源系统无法对交流电源反向供给，涉及安全和航行的重要的交流负载无法保持正常运转，降低了船舶的稳定性和安全性。

发明内容

[0006]本发明提供一种电力推进船舶综合电力系统，以实现在紧急情况下，直流电源系统能够对交流电源反向供给，使涉及安全和航行的重要交流负载保持正常运转。[0007]本发明实施例提供了一种电力推进船舶综合电力系统，包括：交流配电板设备、交流发电机组、直流电源设备、交流和直流负载设备；其中，[0008]所述交流配电板设备包括发电机组控制柜、逆变控制柜、负载柜和交流母线；[0009]所述交流发电机组，与所述发电机组控制柜相连，用于在所述发电机组控制柜的控制下进行发电，并通过交流母线将交流电提供给所述负载柜；[0010]所述直流电源设备，用于为所述直流负载设备供电；

[0011]所述逆变控制柜连接在所述交流母线和直流电源设备之间，用于将直流电源逆变成交流电源，并实现从所述直流电源设备反向供给所述交流母线。[0012]进一步地，还包括：

3

CN 106160010 A[0013]

说　明　书

2/6页

变压器，连接在所述交流母线中，用于对交流电的电压进行调节转换。

[0014]进一步地，所述直流电源设备的数量为一组，用于为系统主机启动、发电机组启动、安全监测设备、辅助航行设备和通讯设备进行供电。[0015]进一步地，还包括：[0016]可再生能源供电设备，连接至所述交流总线，用于利用可再生能源进行发电，并传输至所述交流总线。[0017]进一步地，所述可再生能源供电设备包括：太阳能供电设备、风能供电设备、潮汐能供电设备和水能供电设备中的至少一种。[0018]进一步地，还包括：[0019]电机推进设备，连接至所述负载柜；[0020]所述电机推进设备包括滤波变频设备、推进电机和全回转推进器。[0021]进一步地，所述交流发电机组配置至少两台主发电机组。[0022]进一步地，所述交流发电机组还包括一台小功率交流发电机组，所述小功率交流发电机组作为停泊时辅助用电，所述小功率交流发电机组的发电功率小于主发电机组的发电功率。

[0023]进一步地，所述交流配电设备中的发电机组控制柜，均与发电机组一一对应，并在所述发电机组控制柜内设置框架断路器和用于对所述发电机组进行参数采集、状态控制和电力调度的智能控制器。[0024]进一步地，所述系统与远程监控系统相连，所述远程监控系统用于对所述系统进行远程自动化控制管理。

[0025]本发明通过将逆变控制柜连接在交流母线和直流设备之间，通过逆变控制柜将直流电源逆变成交流电源，解决了在紧急情况下，比如断电或发电机组故障时，直流电源系统无法对交流电源反向供给，使一些涉及安全和航行的重要的交流负载无法正常运转的问题，实现了功能互补，使得在紧急情况下，可确保一些涉及安全和航行的重要的交流负载正常运转，船舶正常航行，提高船舶稳定性和安全性。附图说明

[0026]图1a为现有技术中传统船舶的交流电源系统构成图；[0027]图1b为现有技术中传统船舶的直流电源系统构成图；[0028]图1c为现有技术中传统船舶推进动力系统构成图；

[0029]图2是本发明实施例一提供的一种电力推进船舶综合电力系统构成图；[0030]图3是本发明实施例二提供的一种电力推进船舶综合电力系统构成图；[0031]图4是本发明实施例三提供的一种电力推进船舶综合电力系统构成图；[0032]图5是本发明实施例四提供的一种电力推进船舶综合电力系统构成图。

具体实施方式

[0033]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

4

CN 106160010 A[0034]

说　明　书

3/6页

实施例一

[0035]图2是本发明实施例一中提供的一种电力推进船舶综合电力系统构成图，该系统可以配置在任何船舶中。

[0036]本实施例的电力推进船舶综合电力系统包括：交流配电板设备40、交流发电机组50、直流电源设备60、交流和直流负载设备；其中，

[0037]所述交流配电板设备40包括发电机组控制柜41、逆变控制柜43、负载柜42和交流母线44；

[0038]所述交流发电机组40，与所述发电机组控制柜41相连，用于在所述发电机组控制柜41的控制下进行发电，并通过交流母线44将交流电提供给所述负载柜42；[0039]所述直流电源设备60，用于为所述直流负载设备供电；

[0040]所述逆变控制柜43连接在所述交流母线44和直流电源设备60之间，用于将直流电源逆变成交流电源，并实现从所述直流电源设备反向供给所述交流母线44。[0041]本发明实施例中，所述交流配电设备40中的发电机组控制柜41，均与交流发电机组50一一对应，并在所述发电机组控制柜41内设置框架断路器和用于对所述发电机组进行参数采集、状态控制和电力调度的智能控制器。发电机组控制柜通过内置的智能控制器实现对发电机组进行手动、自动控制，包括启动、停机，运行监测保护，并完成机组间并联运行的同步合闸、分闸、负载分配、机组调度等。[0042]逆变控制柜43内安装了逆变装置，主要将直流电转变成交流电，并完成直流电源与交流母线44的连接，可方便地将直流电源作为其它交流负载的应急供电。通常情况下，直流电源系统电能从交流电源吸取能量后转存于蓄电池组，而后向直流电源设备供电，只有在紧急情况下，比如断电或发电机组故障时，直流电源系统才会通过逆变装置将直流电逆变为交流电，实现对交流电源反向供给，可确保一些涉及安全和航行的重要的交流负载正常运转。

[0043]负载柜42主要负责将交流母线44的交流电源分配到各种交流负载设备中，为其供电，船上的交流负载设备主要包括用于推进动力的推进电机，和航行控制设备、泵类等辅助系统设备和生活用电设备。交流母线44是交流电源输入和输出的载体，是上述三种配电柜的公共端，它将各个载流分支回路连接在一起，起着汇集、分配和传送电能的作用，交流母线44为铜母排或铝母排，优选为铜母排。

[0044]本实施例中的直流电源设备60包括蓄电池组和直流充放电板。蓄电池组是直流电源的能源储存和释放的载体，通过直流充放电板，实现从交流电源侧吸收电源充电工作，也完成向直流负载设备供给直流电源。优选地，所述直流电源设备60的数量为一组，用于为系统主机启动、发电机组启动、安全监测设备、辅助航行设备和通讯设备进行供电。将直流电源系统简化为一组，减少了蓄电池的数量，且蓄电池放置较集中，大大减小了占用船舶的空间。

[0045]本实施例的技术方案，通过将逆变控制柜连接在交流母线直流设备之间，通过逆变控制柜将直流电源逆变成交流电源，解决了在紧急情况下，比如断电或发电机组故障时，直流电源系统无法对交流电源反向供给，使一些涉及安全和航行的重要的交流负载无法正常运转的问题，实现了功能互补，使得在紧急情况下，一些涉及安全和航行的重要的交流负载正常运转，船舶正常航行，提高船舶稳定性和安全性。

5

CN 106160010 A[0046]

说　明　书

4/6页

实施例二

[0047]图3是本发明实施例二中提供的一种电力推进船舶综合电力系统构成图，本实施例在上述实施例的基础上，与前述实施例相比，区别在于，电力推进船舶综合电力系统中增加了电机推进设备。该系统包括：交流配电板设备40、交流发电机组50、直流电源设备60、交流和直流负载设备；其中，

[0048]所述交流配电板设备包括发电机组控制柜41、逆变控制柜43、负载柜42和交流母线44；

[0049]所述交流发电机组50，与所述发电机组控制41柜相连，用于在所述发电机组控制柜41的控制下进行发电，并通过交流母线44将交流电提供给所述负载柜42；[0050]所述直流电源设备60，用于为所述直流负载设备供电；

[0051]所述逆变控制柜43连接在所述交流母线44和直流电源设备60之间，用于将直流电源逆变成交流电源，并实现从所述直流电源设备反向供给所述交流母线44。[0052]还包括：电机推进设备70，连接至所述负载柜42；[0053]所述电机推进设备70包括滤波变频设备71、推进电机72和全回转推进器73。[0054]本发明实施例中，电机推进设备70连接至负载柜42，负载柜42将交流母线44传输出的交流电通过滤波变频设备71传输至推进电机71，每台推进电机72用于驱动对应的全回转推进器73，从而带动船舶的航行。其中，推进电机72优选为交流永磁电机，因为交流永磁电机的额定效率及额定功率因素均达到95％，而且高效工作区覆盖了从低速到高速运行范围，控制简便，能实现无级调速，特别适合应用于船舶航行推进中的各类工况。全回转推进器73又称360°螺旋桨，可实现全功率360°正反方向旋转操作，确保推力能够满足任何的方向要求输出，所以船只倒行时，无需反转螺旋浆，而且能够轻松地完成船只原地360°回转、掉头、退后行驶、反推力减速、开尾以及横向平移行驶等，特别适合于各种复杂的航道环境及靠泊码头操作。而且采用全回转推进器73的推进方式，船舶转弯时仍然能够保持很高的效率，与直线航行时的功率需求基本一至，而传统船舶配套主机设计时，主机额定功率的选定要考虑在重载靠泊码头时的运行工况，由于传统船舶在转弯时靠舵页控制，这时有效功率的效率非常低，这种工况比在设计航速下的直线航行时的功率需求还要大得多，一般为1.5倍左右，所以就推进功率而言，采用全回转推进器73的推进方式大大减少了船舶的总装机容量。同时利用推进电机72驱动全回转推进器73，从而带动船舶航行，有效地解决了传统船舶中通过柴油机驱动螺旋桨旋转，使得发电机组的布置不会受到关联设备的，有利于机舱的布局设计，也就有利于运行管理。

[0055]本发明实施例中的交流发电机组50不仅为整船用电设备供电，而且为推进电机72供电，通过全回转推进器73推进船舶航行，成为推动船舶航行的动力源。代替传统船舶推进主机的配置，首先在推进装机容量上大幅度降低，同时将推进用的动力源与船舶电源融为一体，能源均取自于发电机组，减少发动机的配置，有效减少整船的总装机容量。另外，由于发动机配置的减少，有效地减少了机舱所占空间和船身长度，降低船造成本。优选地，所述交流发电机组50配置至少两台主发电机组，两台主发电机组并联连接，通过对两台发电机组的额定功率进行合理分配，能够使每台发电机组尽可能长期保持在80％左右的经济运行负载率，以达到节能、高效的效果。[0056]优选地，所述交流发电机组50还包括一台小功率交流发电机组，所述小功率交流

6

CN 106160010 A

说　明　书

5/6页

发电机组作为停泊时辅助用电，所述小功率交流发电机组的发电功率小于主发电机组的发电功率，这样能够进一步达到节能、高效的效果。[0057]本实施例的技术方案，通过推进电机驱动全回转推进器，从而带动船舶航行，代替传统船舶中通过柴油机驱动螺旋桨旋转的工作方式，形成电力推进船舶综合电力系统。首先，使得发电机组的布置不会受到关联设备的，有利于机舱的布局设计，也就有利于运行管理；其次，大大减少了船舶的总装机容量，有效地减少了机舱所占空间和船身长度，降低船造成本；同时也使得设备的组成得以简化，可以减少机器故障，维修率低，运行成本低，也提高了船舶自身的经济性。[0058]实施例三

[0059]图4是本发明实施例三中提供的一种电力推进船舶综合电力系统构成图，本实施

与前述实施例相比，区别在于，电力推进船舶综合电力系统中增例在上述实施例的基础上，

加了可再生能源供电设备80。该系统包括：交流配电板设备40、交流发电机组50、直流电源设备60、交流和直流负载设备；其中，

[0060]所述交流配电板设备包括发电机组控制柜41、逆变控制柜43、负载柜42和交流母线44；

[0061]所述交流发电机组50，与所述发电机组控制41柜相连，用于在所述发电机组控制柜41的控制下进行发电，并通过交流母线44将交流电提供给所述负载柜42；[0062]所述直流电源设备60，用于为所述直流负载设备供电；

[0063]所述逆变控制柜43连接在所述交流母线44和直流电源设备60之间，用于将直流电源逆变成交流电源，并实现从所述直流电源设备反向供给所述交流母线44。[00]还包括：用于利用可再生能源进行可再生能源供电设备80，连接至所述交流总线，发电，并传输至所述交流总线。

[0065]所述可再生能源供电设备80包括：太阳能供电设备、风能供电设备、潮汐能供电设备和水能供电设备中的至少一种。[0066]本实施例中，可再生能源供电设备80具体工作与逆变电源柜43与直流供电回路之间，可以充分利用无污染的、可再生的大自然能量，对电力系统能源进行补充。另外，可再生能源供电设备80安装位置灵活，可根据船舶上最合适的地方安装，不会影响到船体总体设计、布局。

[0067]本实施例的技术方案，在上述实施例的基础上，进行了具体说明和改进。通过将太阳能、风能等可再生能源供电设备纳入该综合电力系统中，可以充分利用太阳能、风能等无污染的大自然能量，对电力系统能源进行补充，进一步地提高电力推进船舶的节能减排效能，符合国家倡导的节能环保、智能制造发展策略。[0068]实施例四

[0069]图5是本发明实施例四中提供的一种电力推进船舶综合电力系统构成图，本实施例在上述实施例的基础上，与前述实施例相比，区别在于，电力推进船舶综合电力系统中增加了变压器。该系统包括：交流配电板设备40、交流发电机组50、直流电源设备60和、交流和直流负载设备；其中，

[0070]所述交流配电板设备包括发电机组控制柜41、逆变控制柜43、负载柜42和交流母线44；

7

CN 106160010 A[0071]

说　明　书

6/6页

所述交流发电机组50，与所述发电机组控制41柜相连，用于在所述发电机组控制

柜41的控制下进行发电，并通过交流母线44将交流电提供给所述负载柜42；[0072]所述直流电源设备60，用于为所述直流负载设备供电；

[0073]所述逆变控制柜43连接在所述交流母线44和直流电源设备60之间，用于将直流电源逆变成交流电源，并实现从所述直流电源设备反向供给所述交流母线。[0074]还包括：变压器90，连接在所述交流母线44中，用于对交流电的电压进行调节转换。

[0075]船舶航行时会根据不同航行需要，对电力推进船舶综合电力系统中配置不同电压等级的推进电机，以满足要求。图2、图3和图4的电力推进船舶综合电力系统构成图中的交流配电板设备40是基于推进电机为400V电压等级设计的，如果推进电机的电压等级发生改变，则需要增加变压器。变压器是一种交流电能的变化装置，能将某一数值的交流电压、电流转变为同频率的另一数值交流电压、电流，使电能能够安全经济地传输、分配和使用。优选地，电力推进船舶综合电力系统中推进电机电压等级为690V，则需要增加相应的400V负载柜42及变压器90。该变压器将电力系统中690V的交流电压转变为400V的交流电压，并通过400V负载柜向船上400V交流负载供电。[0076]优选地，所述系统与远程监控系统相连，所述远程监控系统用于对所述系统进行远程自动化控制管理。[0077]在本实施例中，整个电力推进船舶综合电力系统与远程监控系统相连，远程监控系统安装于船舶的驾驶室内，供驾驶员对各系统的监察和操控。远程监控系统的设置有很好的实际使用意义，一方面对主要设备的各种信息集中监测显示、记录使得驾驶员能够第一时间掌握各重要系统的运行状态，并对实时航行工况作出快速、合适的调整；另一方面，能及时记录、保存和向总部传输数据，为实现船舶的安全航行、经济航行、计划航行提供了可靠的管理依据。

[0078]本实施例的技术方案，在上述实施例的基础上，进行了具体说明和改进。在电力推进船舶综合电力系统中接入变压器90，能够灵活应用于不同电压等级的推进电机，进一步提高系统应用的普遍性；将整个综合电力系统与安装于船舶的驾驶室内的远程监控系统相连，实现了整套系统的电气自动化监测控制及运行管理，利于日常运行操作，降低运行管理成本。

[0079]注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

8

CN 106160010 A

说　明　书　附　图

1/6页

图1a

图1b

9

CN 106160010 A

说　明　书　附　图

2/6页

图1c

10

CN 106160010 A

说　明　书　附　图

3/6页

图2

11

CN 106160010 A

说　明　书　附　图

4/6页

图3

12

CN 106160010 A

说　明　书　附　图

5/6页

图4

13

CN 106160010 A

说　明　书　附　图

6/6页

图5

14