[发明专利]电力推进船舶直流组网电力系统

说明书

技术领域

本发明涉及船舶电力推进系统，具体为电力推进船舶直流组网电力系统。

背景技术

近年来随着电力电子技术、变频电机制造技术、交流电机变频调速技术和计算机控制技术的日渐成熟，船舶电力推进系统以其所具备的经济性、机动性、操纵性、安全性、环保低排放等优势，使其装船率逐年上升，已经成为当前船舶动力发展的主流方向。目前，船舶电力推进系统已趋近成熟并商业化。

在电力推进船舶的发展进程中，交流组网电力系统以功能块技术成熟、开发快捷等优势，成为当前电力推进船舶的主流方案。然而，交流组网电力系统也存在控制复杂，谐波污染等问题，长期困扰着电力推进船舶的发展。随着可控整流及斩波逆变技术的进步，加上能源价格的上升，船舶直流组网电力系统的发展引起了关注。

目前，电力推进船舶电力系统普遍采用交流并网的组网形式(如图1所示)。电力系统采用两台或多台恒速内燃机(多为柴油机)驱动发电机发出频率、电压均固定的三相交流电，然后通过交流配电装置，将多台发电机发出的交流电并网组成可灵活分配的动力电站，为电力推进系统和辅助负载提供电能，实现电力推进系统、辅助供电系统、照明系统等负载的电站共享。

交流组网系统主要包含以下五大核心设备：1)恒速柴油发电机组：由柴油机和发电机组成，机械传动端通过弹性连接轴或法兰盘互相连接，公共底座安装；设置柴油机电子调速系统及发电机恒压励磁调节系统保证其发出电压、频率相对恒定的三相交流电，供整船使用；一般电力推进船舶配置两台或多台恒速柴油发电机组。2)交流配电装置：将多台恒速发电机组发出的稳定交流电通过并网组成一个动力电站，可手动或自动根据负载需求完成多台发电机组的启动、并网、负载转移、故障机组解列以及电能分配，同时具有频率、电压超标、逆功等保护功能及报警功能。3)变压器或者电抗器：交流组网的电力推进船舶一般会在交流配电装置和推进变频器之间设计隔离变压器、移向变压器或滤波电抗器等装置，主要是为了匹配系统的电压等级，抵制变频器产生的高次谐波向电网传递，减少变频器产生的电流谐波失真对电网的影响，减少高次谐波对其它元器件的干扰，改善电网质量、提高功率因数、满足电网谐波失真等要求。4)推进变频器+制动电阻：将电压、频率固定的交流电转换为电压、频率均可连续调节的三相变频电源，为主推进/侧推电动机供电；主要由整流功率单元、逆变功率单元、制动单元及控制单元组成。由于一般整流方式采用二极管不控整流，不能为电机的再生制动提供反向电流的通路，所以每台变频器均需要增加制动电阻来消耗制动能量。5)主推进/侧推电动机：在推进变频器的控制下，将电能转换成转矩、转速连续可调的机械能，通过齿轮箱或直驱带动螺旋桨转动，从而实现船舶前进、后退及转向运行。

交流组网系统的缺点：1)交流组网系统为了消除谐波增加了滤波电抗器或变压器，设备种类多，占用空间大，重量大，设备成本高；2)由于柴油机发电机组恒速运行，无法按照柴油机最佳燃油经济曲线调速，加之系统运行时的无功功率损耗，导致其能源消耗大，节能效果差，工作效率低；3)交流组网中，因需要解决电网谐波失真对系统稳定性的影响、发电机之间无功功率分配、交流并网时电源频率、电压、相位角同步等技术问题，导致维护成本增加，同时造成系统运行风险增大，可靠性降低。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供了电力推进船舶直流组网电力系统。电力推进船舶直流组网电力系统采用调速柴油发电机组发出三相或六相交流电，通过发电机配套的励磁调节装置的自动调节保证其输出电压均恒定，然后再通过整流器整流后输出直流电给直流配电装置，直流配电装置经过直流并网后形成直流动力电站，电站通过各种不同功率等级的逆变器输出完成整船电能分配，为电力推进系统和辅助负载提供电能，实现电站共享。

本发明是采用如下的技术方案实现的：电力推进船舶直流组网电力系统，其包括调速柴油发电机组、整流器、直流配电装置、逆变器和电动机，

其中调速柴油发电机组包括柴油机和发电机，柴油机和发电机传动端通过弹性连接轴或法兰盘互相连接，公共底座安装，调速柴油发电机组设置电子调速装置和发电机励磁调节装置，保证其输出电压稳定；整流器安装在发电机出线口上方，形成一个动力包，整流器可根据系统的需要采用六脉波整流、十二脉波整流或者晶闸管可控整流；