海洋船舶的电源系统技术方案

本发明专利技术提供了海洋船舶的电源系统。所述电源系统适于耦合到海洋船舶的电力分配总线，用于为耦合到电力分配总线的多个电气电机供电。所述电源系统包括用于产生电气电力的发电机和耦合到发电机的控制系统，并且该控制系统适于按照电压选点来控制发电机的输出电压。所述控制系统包括用于测量由发电机产生的电气电力的参数的测量单元，和适于根据所测量的参数来针对发电机的输出电压控制电压选点的控制单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】海洋船舶的电源系统
本专利技术涉及海洋船舶的电源系统和这种船舶的电力系统。本专利技术还涉及操作海洋船舶的电源系统的方法。
技术介绍
海洋船舶、如海上平台、钻井或生产船舶通常包括具有耦合到机械能量的源、诸如柴油发动机或燃气涡轮机的发电机的独立电力系统。由发电机产生的电气电力通过电力分配总线被分配，多个用户连接到所述电力分配总线。大用户包括推进器驱动器、钻井驱动器或绞车，而较小的用户可以是泵、压缩机，以及设置在此类船舶上的其他电气设备。不像岸上电力系统通常从多个源获得电能，海洋船舶的隔离电力系统安装的发电机的数目相对较低，典型为4至6个。由于电缆路线短、使用汇流条以及在路径中没有变压器，发电机之间的阻抗一般都相当低，几乎是微不足道的。如果电力系统中有故障，诸如汇流条故障或发电机互连电缆故障，由于低阻抗，会发生相对高的电压跌落。连接到电力系统的电气电机将因此总体操作在显著减少电流供给的状况下，并且将因此放慢。作为示例，海洋船舶的电力系统可能有几十或几百个连接的小型电气电机，例如直接在线(DOL)感应电机。故障被清除后，电气电机将增加他们的速度返回到额定，这将导致显著浪涌电流。在一些系统中，自动电压调节器(AVR)将控制发电机并从而控制主电力分配总线上的电压。在故障后的系统恢复期间，由于AVR将尝试补偿电压降，将一般发生电压过冲，过冲典型地高于150％。如果海洋船舶在运输期间，它将通常在DP2模式(即根据挪威船级社(DNV)的动态定位2规定)操作。在这种操作模式中，电压过冲一般不认为是一个问题。如果过冲应导致另一个部件的停电(blackout)，该部件可以从系统中隔离和修理，根据DP2的操作，这通常不是至关重要的。另一方面，如果船舶操作在DP3模式，例如进行钻井操作时，电力分配总线的汇流排断路器开路，从而使海洋船舶的电力系统本质上划分成若干独立的电力系统。作为示例，可以提供电力分配总线的2，3或4个区段，其中每个区段作为独立的冗余电力系统操作。如果在这些子系统中的一个中存在故障，其它子系统也不会受到影响，因为它们与有故障的子系统在电气上隔离。因此，剩余的子系统将不会经历可能在恢复有故障的子系统的操作之后发生的电压过冲。虽然操作带有开路的汇流排断路器的电力系统提供冗余并避免在部件中有故障的情况下完全停电，但其具有这样的缺点，即在每一个区段中，发电机需要被操作，并且发电机的操作一般相当无效，因为有些发电机可能操作在其最大容量，而其他的发电机只能操作在接近空闲。因此，期望操作这样的电力系统，其具有闭合的汇流排断路器，而同时确保满足根据DP3规定的要求的抗故障操作。特别地，期望确保在一个部件中的故障不会影响电力系统的剩余区段的剩余部件、例如发电机和驱动器的操作。
技术实现思路
因此，存在对用于海洋船舶的改进的电源系统的需要，该改进的电源系统减轻至少一些上述的缺点。独立权利要求的特征满足了这种需要。从属权利要求描述本专利技术的实施例。实施例提供了一种海洋船舶的电源系统，所述电源系统适于耦合到海洋船舶的电力分配总线，用于为耦合到电力分配总线的多个电气电机供电。所述电源系统包括发电机，用于产生电气电力，所述产生在操作中在所述发电机的输出处提供输出电压，所述输出电压为交流(AC)电压。所述电源系统还包括控制系统，其耦合到所述发电机，并且适于按照电压选点控制所述发电机的输出电压，其中所述电压选点在操作中被设置为操作电压选点。所述控制系统包括测量单元，其适于测量由所述发电机产生的电气电力的参数，其中所述参数能够指示耦合到所述电源系统的部件中的故障，所述故障导致发电机输出上的电压的下降。被测量的参数可以是例如在发电机输出处的输出电压或输出电压的交流频率。所述控制系统还包括控制单元，其适于根据所测量的参数来针对所述发电机的输出电压控制所述电压选点，使得如果所述参数的值下落到低于阈值，则减小所述电压选点。所述控制单元还适于在所述故障从所述电源系统电气隔离后，逐渐增加所述电压选点而回到所述操作电压选点。通过在故障后降低电压选点并使它逐渐回到正常，电压过冲可以保持在可接受的限制之内，或者甚至可以被防止。通过限制电压过冲，可以防止耦合到海洋船舶的电力分配总线的其它电气部件的跳闸和/或损坏。因此，即使汇流排断路器闭合并且电力系统中发生故障，也可以确保可靠的操作。因此，可以实现在闭合的汇流排断路器的情况下的根据DP3规定的电力系统的操作。该故障从电源系统电气隔离意味着故障被清除，这可例如通过将具有故障的部件从电源系统断开而发生，例如通过将其从电力分配总线断开而发生，或者通过将电力分配总线的其中发生了故障的区段与电力分配总线的其余区段断开而发生，或者如果可能通过简单地移除故障的原因而发生。该断开可以借助于电路断路器、汇流排断路器、继电器、保险丝、电力电子器件等发生。在实施例中，控制系统可确定例如当所测量的参数下落到低于阈值时发生了故障，然后可以如上所述那样控制电压选点。也可能不显式确定故障的发生，而是控制单元根据所测量的参数，例如按照预定关系，简单地控制电压选点。故障可以是例如耦合到电力分配总线的部件中或电力分配总线本身中的短接电路，例如汇流条故障或发电机互连电缆故障等等。这样的故障通常导致在故障发生后，发电机输出上的电压的下降。操作电压选点定义了发电机在其正常操作时应该输送的电压。这样，操作电压选点可以在正常操作(即无故障存在的操作)期间按照要求改变。在实施例中，执行电压选点的逐渐增加，使得在电压选点返回到操作电压选点后发生的电压过冲小于操作电压的125％，优选小于120％。通过控制系统的这种配置，可以确保操作电源系统的DP3规范可以实现。在实施例中，所述参数是在发电机输出处的电压，并且控制单元适于如果发电机输出处的电压下降到低于电压阈值则确定电源系统中或耦合到其的部件中存在故障。由于海洋船舶的电力系统的低阻抗，部件的故障、特别是短接电路将导致相当大的电压降，从而测量所述发电机的输出处的电压是对故障发生的良好指标。在另一实施例中，所述参数是发电机输出处的输出电压的交流频率，并且控制单元适于如果发电机输出处的交流频率下降到低于频率阈值则确定电源系统中或耦合到其的部件中存在故障。诸如一个部件中的短接电路的故障将通常会导致从电源系统的发电机汲取大的电流，并且相应地，发电机上的负载将增加。这可能导致发电机的轴的旋转速度的减小，从而导致输出电压的频率的减小。从而发电机输出处的交流频率是对电源系统中故障发生的良好指标。在实施例中，所述控制单元适于在检测到故障之后设置所述电压选点为起始电压选点，并且之后将所述电压选点斜升到所述操作电压选点。通过使用斜坡在故障后增加电压选点，可以使电压过冲保持为低。起始电压选点可以例如在操作电压选点的0％至50％的范围内。所述电压选点从所述起始电压选点到所述操作电压选点的斜坡可以在一时间段内发生，所述时间段是从约0.1秒到约3秒的范围中选择的，并且优选地是从约0.5秒至约2秒的范围中选择的。通过这样的起始电压选点，可以显著降低连接到所述电力分配总线的电气电机的电流浪涌。通过利用这样的斜坡，可以防止由于电压过低而导致的用户的跳闸(即用户自己发起的停机)。特别地，通过使斜坡的持续时间小于3、优选小于2秒，可以防止由于低电压导致的推进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋船舶的电源系统，所述电源系统(20)适于耦合到海洋船舶的电力分配总线(11)，用于为耦合到所述电力分配总线的多个电气电机(12)供电，其中所述电源系统包括：‑发电机(21)，用于产生电气电力，所述发电机在操作中在所述发电机的输出处提供输出电压，所述输出电压为交流电压；‑控制系统(30)，其耦合到所述发电机，并且适于按照电压选点控制所述发电机(21)的输出电压，其中所述电压选点在操作中被设置为操作电压选点；其中所述控制系统包括：‑测量单元(31)，其适于测量由所述发电机(21)产生的电气电力的参数，其中所述参数能够指示耦合到所述电源系统的部件中的故障，所述故障导致发电机输出上的电压的下降；以及‑控制单元(33)，其适于根据所测量的参数来针对所述发电机(21)的输出电压控制所述电压选点，使得如果所述参数的值下落到低于阈值，则减小所述电压选点，其中，所述控制单元(33)还适于在所述故障从所述电源系统电气隔离后，逐渐增加所述电压选点而回到所述操作电压选点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.17 EP 11189595.91.一种海洋船舶的电源系统，所述电源系统（20）适于耦合到海洋船舶的电力分配总线（11），用于为耦合到所述电力分配总线的多个电气电机（12）供电，其中所述电源系统包括：－发电机（21），用于产生电气电力，所述发电机在操作中在所述发电机的输出处提供输出电压，所述输出电压为交流电压；－控制系统（30），其耦合到所述发电机，并且适于按照电压选点控制所述发电机（21）的输出电压，所述电压选点在操作中被设置为操作电压选点；其中所述控制系统包括：－测量单元（31），其适于测量由所述发电机（21）产生的电气电力的参数，其中所述参数能够指示耦合到所述电源系统的部件中的故障，所述故障导致发电机输出上的电压的下降；以及－控制单元（33），其适于根据所测量的参数来针对所述发电机（21）的输出电压控制所述电压选点，使得如果所述参数的值下落到低于阈值，则减小所述电压选点，其中，所述控制单元（33）还适于在所述故障从所述电源系统电气隔离后，逐渐增加所述电压选点而回到所述操作电压选点，从而限制电压过冲并防止耦合到海洋船舶的所述电力分配总线（11）的电气部件（12）的跳闸。2.根据权利要求1所述的电源系统，其中所述参数是发电机输出处的电压，并且其中所述控制单元（33）适于如果发电机输出处的电压下降到低于电压阈值，则确定在所述电源系统中或耦合到电源系统的部件中存在故障。3.根据权利要求1所述的电源系统，其中，所述参数是发电机输出处的输出电压的交流频率，并且其中所述控制单元（33）适于如果发电机输出处的交流频率下降到低于频率阈值，则确定在所述电源系统中或耦合到电源系统的部件中存在故障。4.根据前述权利要求中的任何一项所述的电源系统，其中，所述控制单元（33）适于在检测到故障之后设置所述电压选点为起始电压选点，并且之后将所述电压选点斜升到所述操作电压选点。5.根据权利要求4所述的电源系统，其中所述电压选点从所述起始电压选点到所述操作电压选点的斜坡在一时间段内发生，所述时间段是从约0.1秒到约3秒的范围中选择的。6.根据权利要求5所述的电源系统，其中所述时间段是从约0.5秒至约2秒的范围中选择的。7.根据权利要求1-3中的任何一项所述的电源系统，其中，所述控制单元（33）包括保护控制器（34）和自动电压调节器（35），其中，所述保护控制器（34）具有到所述自动电压调节器（35）的接口（38），并适于产生用于控制所述电压选点的控制信号并且通过所述接口（38）将所述控制信号供应到所述自动电压调节器（35），并且其中所述自动电压调节器（35）适于从所供应的控制信号确定所述电压选点，并根据所确定的电压选点控制所述发电机（21）的励磁电压。8.根据权利要求1所述的电源系统，其中所述控制单元（33）包括自动电压调节器（35），所述自动电压调节器（35）包括伏特每赫兹限制器（36），所述伏特每赫兹限制器（36）根据所述发电机的输出电压的交流频率来限制所述电压选点，使得较低的交流频率导致对所述电压选点的较低的限制。9.根据权利要求7所述的电源系统，其中，所述自动电压调节器（35）耦合到所述保护控制器（34）并包括伏特每赫兹限制器（36），所述自动电压调节器（35）适于根据所供应的控制信号来控制所述电压选点，并且同时借助于所述伏特每赫兹限制器根据所述发电机的输出电压的交流频率来限制所述电压选点。10.根据权利要求7或8所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·拉丹，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE