基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统，其包括变速发电机组、储能装置、变压器、直流配电板、推进电机、恒压恒频逆变模块以及能源管理系统装置；变速发电机组连接有第一有源前端整流装置；储能装置和变压器之间连接有调压模块和第二有源前端整流装置；推进电机连接有电动机逆变模块；储能装置与调压模块之间、第一有源前端整流装置和储能装置之间、第一有源前端整流装置和直流配电板之间、第二有源前端整流装置和直流配电板之间均分别通过空气断路器连接。本实用新型专利技术的推进系统解决了谐波污染、提高了电源转换效率、提高了发电机组的负荷率，达到了节能减排、降低成本、提高船舶安全性的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统
本技术涉及一种基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统。
技术介绍
电力推进船舶与常规柴油机推进相比具有节能、操纵性佳、布置灵活等特点，随着电力电子技术的发展，越来越多的船舶使用电力推进方式。电力推进船舶普遍采用交流柴油发电机组提供电源，通过交流配电板供电给移相变压器和交直交变频器，变频电机驱动螺旋桨为船舶提供动力。因为电力推进船舶的推进电机功率较大，推进电机的容量与船舶电站的功率之比达到了0.5以上，有的甚至达到了0.8，大功率变频器的应用带来了谐波干扰等新的问题。一些工程船舶因为工况复杂，不同工况下电力负荷变化较大，造成发电机组经常工作在较低的负荷率，特别是配备二级和三级动力定位的船舶，为了防止单个发电机组故障或机舱火灾造成定位能力损失，特意保持多台发电机组在网引起了发电机组经常工作在较低的负荷率。发电机组运行在较低负荷率会造成效率降低、燃烧不充分、缸体积碳等问题。另外，通常电力推进船舶使用的交直交变频器需要配备移相变压器，电源经过了移相变压器、整流单元、逆变单元，每一个变频电机都需要一整套移相变压器、整流单元、逆变单元，造成了设备尺寸较大、电能转换损失较多等后果。随着锂电池技术的快速发展以及在新能源汽车上的成熟应用，对于航行距离短、不需要长时间满功率航行、不同工况下功率变化较大的船舶例如渡轮、港作拖轮、短距离航行货船等船舶非常适应于使用锂电池作为主电源或补充电源。目前几乎所有的船舶都是使用定速柴油发电机组作为电源，然而因为柴油机的特性，负荷率在85～90％时燃烧较充分、效率最高、燃油消耗率最低，当负荷率降低时效率降低、燃油消耗率升高。变速柴油发电机组可以根据负荷率调整发电机组的转速，从而实现在较宽的效率范围内都保持较高的效率。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统。本技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统，其包括变速发电机组、储能装置、变压器、直流配电板、推进电机、恒压恒频逆变模块以及用于系统管理控制的能源管理系统装置；变速发电机组连接有第一有源前端整流装置；储能装置和变压器之间依次连接有调压模块和第二有源前端整流装置；推进电机连接有电动机逆变模块；储能装置与调压模块之间、第一有源前端整流装置和储能装置之间、第一有源前端整流装置和直流配电板之间、第二有源前端整流装置和直流配电板之间、电动机逆变模块和直流配电板之间、恒压恒频逆变模块和直流配电板之间、第二有源前端整流装置和变压器之间均分别通过空气断路器连接；变速发电机组、第一有源前端整流装置、调压模块、第二有源前端整流装置、直流配电板、电动机逆变模块及恒压恒频逆变模块均分别与能源管理系统装置连接。恒压恒频逆变模块连接有无源滤波器，无源滤波器连接有负载接口装置。船舶上的辅助负载可以连接于负载接口装置上，该负载接口装置可以提供电源。无源滤波器，又称LC滤波器，可滤除某一次或多次谐波，解决了系统中的谐波问题，消除了谐波污染。变速发电机组包括变速柴油机以及变速柴油机驱动的发电机；发电机为异步发电机或永磁发电机。变速柴油机和发电机组成变速柴油发电机组。与定速柴油发电机组相比，变速柴油发电机组效率更高、更加节能。第一有源前端整流装置连接于发电机；第一有源前端整流装置为发电机有源前端整流装置。可以把发电机发出的交流电整流成直流电，也可以把储能装置的直流电逆变成交流电向发电机供电使其作为电动机运行。储能装置为锂电池组，第二有源前端整流装置为锂电池有源前端整流装置。锂电池组可以为变速发电机组提供起动电源，还可以向直流配电板提供电源。储能装置为超级电容，第二有源前端整流装置为超级电容有源前端整流装置。超级电容可以为变速发电机组提供起动电源，还可以向直流配电板提供电源。能源管理系统装置通过CAN总线与第一有源前端整流装置、调压模块、第二有源前端整流装置及直流配电板连接；能源管理系统装置通过通讯电缆与变速发电机组、电动机逆变模块及恒压恒频逆变模块连接。根据不同的设备，连接不同的电缆线，以实现能源管理系统装置对不同设备的良好管理、监测和控制。变压器上设有用于与岸电连接的空气断路器，该空气断路器通过信号电缆与能源管理系统装置连接。通过该断路器，可以控制岸电是否向储能装置充电，而在能源管理系统装置控制该断路器的开与关，使得在决定岸电是否对储能装置进行充电的操作更简单。第二有源前端整流装置和变压器之间的空气断路器通过信号电缆与能源管理系统装置连接。通过该断路器，可以控制岸电是否向储能装置充电，而在能源管理系统装置控制该断路器的开与关，使得在决定岸电是否对储能装置进行充电的操作更简单。能源管理系统装置为可编程逻辑控制器，或为数字处理器。通过能源系统管理装置，实现对发电机组状态信息采集和控制、对发电机有源前端整流装置和锂电池有源前端整流装置的状态指令控制、对直流配电板状态监测和控制、对锂电池组的控制等。本技术的积极进步效果在于：本技术针对现有的电力推进船舶存在的问题提出了一种基于有源前端变频技术的混合动力推进系统，解决了谐波污染、提高了电源转换效率、提高了发电机组的负荷率，达到了节能减排、降低成本、提高船舶安全性的目的。附图说明图1为本技术较佳实施例的结构示意图。具体实施方式下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本技术。如图1所示，一种基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统，其包括变速发电机组10、发电机有源前端整流装置1、调压模块2、锂电池有源前端整流装置3、电动机逆变模块4、恒压恒频逆变模块5、直流配电板6、锂电池组7以及用于系统管理控制的能源管理系统装置8；还包括无源滤波器9、变压器11、推进电机12及断路器。本实施例中，断路器为空气断路器。变速发电机组10为变速柴油发电机组，具体而言，包括变速柴油机以及变速柴油机驱动的发电机。该发电机为异步发电机或永磁发电机。变速发电机组10连接有发电机有源前端整流装置1。发电机有源前端整流装置1连接于发电机。锂电池组7和变压器11之间依次连接有调压模块2和锂电池有源前端整流装置3。变压器11为岸电变压器。推进电机12连接有电动机逆变模块4。推进电机为异步电动机。恒压恒频逆变模块5连接有无源滤波器9，无源滤波器9连接有负载接口装置13。锂电池组7与调压模块2之间、发电机有源前端整流装置1和锂电池组7之间、发电机有源前端整流装置1和直流配电板6之间、锂电池有源前端整流装置3和直流配电板6之间、电动机逆变模块4和直流配电板6之间、恒压恒频逆变模块5和直流配电板6之间、锂电池有源前端整流装置3和变压器11之间均分别通过空气断路器连接。具体的连接方式为：锂电池组7通过第一空气断路器21和调压模块2连接；发电机有源前端整流装置1通过第二空气断路器22与锂电池组7连接；发电机有源前端整流装置1通过第三空气断路器23与直流配电板6连接；锂电池有源前端整流装置3通过第四空气断路器24与直流配电板6连接；电动机逆变模块4通过第五空气断路器25与直流配电板6连接；恒压恒频逆变模块5通过第六空气断路器26与直流配电板6连接；锂电池有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统，其特征在于，其包括变速发电机组、储能装置、变压器、直流配电板、推进电机、恒压恒频逆变模块以及用于系统管理控制的能源管理系统装置；变速发电机组连接有第一有源前端整流装置；储能装置和变压器之间依次连接有调压模块和第二有源前端整流装置；推进电机连接有电动机逆变模块；储能装置与调压模块之间、第一有源前端整流装置和储能装置之间、第一有源前端整流装置和直流配电板之间、第二有源前端整流装置和直流配电板之间、电动机逆变模块和直流配电板之间、恒压恒频逆变模块和直流配电板之间、第二有源前端整流装置和变压器之间均分别通过空气断路器连接；变速发电机组、第一有源前端整流装置、调压模块、第二有源前端整流装置、直流配电板、电动机逆变模块及恒压恒频逆变模块均分别与能源管理系统装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统，其特征在于，其包括变速发电机组、储能装置、变压器、直流配电板、推进电机、恒压恒频逆变模块以及用于系统管理控制的能源管理系统装置；变速发电机组连接有第一有源前端整流装置；储能装置和变压器之间依次连接有调压模块和第二有源前端整流装置；推进电机连接有电动机逆变模块；储能装置与调压模块之间、第一有源前端整流装置和储能装置之间、第一有源前端整流装置和直流配电板之间、第二有源前端整流装置和直流配电板之间、电动机逆变模块和直流配电板之间、恒压恒频逆变模块和直流配电板之间、第二有源前端整流装置和变压器之间均分别通过空气断路器连接；变速发电机组、第一有源前端整流装置、调压模块、第二有源前端整流装置、直流配电板、电动机逆变模块及恒压恒频逆变模块均分别与能源管理系统装置连接。2.如权利要求1所述的基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统，其特征在于，恒压恒频逆变模块连接有无源滤波器，无源滤波器连接有负载接口装置。3.如权利要求1所述的基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统，其特征在于，变速发电机组包括变速柴油机以及变速柴油机驱动的发电机；发电机为异步发电机或永磁发电机。4.如权利要求3所述的基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梦，王利鹃，李垣江，
申请(专利权)人：江苏奥畋工程科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32