一种船舶交直流组网配电功率管理系统及其供电方法技术方案

本发明专利技术公开了一种船舶交直流组网配电功率管理系统。船舶交直流组网配电功率管理系统，包括直流母排、岸电电源、轴带发电机、锂电池组、交流排和柴油发电机，所述岸电电源和轴带发电机通过AC/DC整流器连接直流母排，所述锂电池组通过双向DC/DC变换器连接直流母排，所述直流母排通过DC/AC逆变器连接交流排，柴油发电机的输出端连接交流排，所述直流母排与交流排分别基于直流母排功率管理系统和交流排功率管理系统对电源分配进行控制。使用本管理系统，对交流排功率管理系统和直流母排功率管理系统进行整合，提高了船舶电网的运行效率，避免了船舶备用发电机的频繁起停，低碳节能，降低了船舶的运行成本。降低了船舶的运行成本。降低了船舶的运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶交直流组网配电功率管理系统及其供电方法


[0001]本专利技术属于船舶电力
，具体涉及一种船舶交直流组网配电功率管理系统及其供电方法。

技术介绍

[0002]由于电力电子技术的飞速发展，中小型船舶的配电方式正在从传统的交流配电向交直流组网配电，甚至是纯直流配电过渡，先进的配电系统需要有与之配合并且适合船员操作的功率管理系统支撑，但传统的交流配电的功率管系统只局限于交流汇流排本身，且目前在运营的绝大多数项目均采用此种形式，基本上已经形成模块化的设计，相对比较简单，由于船舶电网既有交流配电系统，又有直流配电系统，且各自都有一套基于本身汇流排的功率管理系统，但是现阶段缺少一种系统，可以上升到整船功率管理的高度，对交流排功率管理系统和直流母排功率管理系统进行整合，只能根据工况需要频繁启停备用柴油发电机，降低了电网运行的效率，燃油效率较低，不符合当下节能环保的要求，增加了船舶运行的成本。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种船舶交直流组网配电功率管理系统及其供电方法，实现船舶交直流组网配电功率的整合管理。
[0004]为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005]一种船舶交直流组网配电功率管理系统，包括直流母排、岸电电源、轴带发电机、锂电池组、交流排和柴油发电机，所述岸电电源和轴带发电机通过AC/DC整流器连接直流母排，所述锂电池组通过双向DC/DC变换器连接直流母排，所述直流母排通过DC/AC逆变器连接交流排，柴油发电机的输出端连接交流排，所述直流母排与交流排分别基于直流母排功率管理系统和交流排功率管理系统对电源分配进行控制。通过DC/AC逆变器和滤波器连接交、直流母排，根据不同工况的需要，利用直流母排功率管理系统和交流排功率管理系统对电流流向进行控制，达到整合船舶交直流组网的目的，提高了船舶交直流组网的运行效率。
[0006]所述岸电电源和轴带发电机共用一个AC/DC整流器。共用一个AC/DC整流器，降低了船舶的生产成本。
[0007]所述岸电电源输出端连接变压器，所述变压器通过LC滤波器连接AC/DC整流器。将变压器的输出端与LC滤波器连接，为了防止谐波的干扰，在输出端获得纯净的电流。
[0008]所述锂电池组输出端通过L滤波器连接双向DC/DC变换器。直流母排功率管理系统可以根据工况的需要，通过双向DC/DC变换器，控制锂电池组处于充电模式或者放电模式。
[0009]所述DC/AC逆变器包括第一、第二DC/AC逆变器，所述第一DC/AC逆变器通过LC滤波器连接交流排，所述LC滤波器与交流排之间设有预充磁变压器和隔离变压器，所述第二DC/AC逆变器连接LCL滤波器，所述LCL滤波器连接交流排。隔离变压器可以当做L使用，具有防止涡流的效果，起到电气隔离的作用，设置预充磁变压器是为了抑制涌流，但是由于隔离变
压器体积较大，考虑到船舶空间的利用率以及生产成本，所以设置一个LCL滤波器与LC滤波器并联运行，既起到了分摊功率的作用，又提高了船舶空间的使用率，降低了生产成本。
[0010]所述直流母排连接货泵和压载泵，所述货泵和压载泵通过泵侧的DC/AC逆变器与直流母排连接。将部分日用设备与直流母排连接，分摊了交流排的用电功率。
[0011]所述直流母排通过第三、第四、第五DC/AC逆变器分别连接艏侧推、机舱风机和驱气风机。将部分大功率日用设备与直流母排连接，充分利用了轴带发电机的发电功率，减轻了柴油发电机的负荷，降低了燃油的消耗，节能环保。
[0012]所述锂电池组的容量为420KWH。大容量的锂电池组还可以在发电机故障停车时，保证船舶不失电，保证推进及舵机的正常运行，极大的保证了船舶的航行安全。
[0013]一种船舶交直流组网配电功率管理系统的供电方法，包括以下供电模式：
[0014]模式一航行模式，当船舶正常航行时，所述交、直流母排由轴带发电机供电，闭合锂电池组的开关，运行双向DC/DC变换器，所述双向DC/DC变换器处于热备状态，功率参考值为0；双向DC/DC变换器处于热备状态，当轴带发电机发生故障停止时，锂电池组能瞬时接入，避免全船失电；
[0015]模式二第一进、出港模式，当船舶进、出港时，所述锂电池组的功率参考值根据轴带发电机的负载率设定，当轴带发电机负载率低于50％时，轴带发电机对锂电池组充电，当轴带发电机负载率高于50％时，直流母排功率管理系统控制减小充电功率，最小充电功率为1kW，当轴带发电机负载率高于90％时，直流母排功率管理系统控制锂电池组的放电功率，超过轴带发电机负载功率90％的部分由锂电池组承担，锂电池组的最大放电功率为800kW；通过给锂电池组充电使柴油发电机的负载率高于50％，让柴油发电机处于经济功率的状态，在经济功率的状态下，柴油发电机燃油利用率最高，机械故障率最低；
[0016]模式三第二进、出港模式，当船舶进、出港时，所述第一DC/AC逆变器的能量流动是双向的，交流排功率管理系统通过调整DC/AC逆变器来实现与柴油发电机之间的负荷分配，当直流母排上的负载小于轴带发电机发出的功率时，此时能量是由直流母排通过DC/AC逆变器流向交流排，但是当直流母排上的负载大于轴带发电机发出的功率时，直流母排功率管理系统启动，能量开始由交流排流向直流母排,交流排功率管理系统停止运行，此时的锂电池组处于充电模式，充电功率为1kW；
[0017]模式四第三进、出港模式，当船舶进、出港时，所述两台DC/AC逆变器并联运行，锂电池组参考功率值根据柴油发电机的负荷率设定，当柴油发电机的负荷率超过80％时，超过的发电功率由锂电池组提供，使柴油发电机的负荷率始终维持在80％，但是锂电池组的最大放电功率为800kW，当剩余电量低于30％时，则停止放电，超过的功率仍然由柴油发电机提供，当运行柴油发电机负荷率超过85％时，交流排功率管理系统控制启动备用柴油发电机，将备用柴油发电机并入直流排，当柴油发电机的负荷率低于50％时，则柴油发电机给锂电池组充电，使柴油发电机的负荷率始终维持在50％，此时锂电池组的最大充电功率是400kW，当锂电池组的剩余电量在40％与90％之间时，则对锂电池组小功率充电，如果剩余电量大于90％，则对电池停止充电；
[0018]模式五靠港模式，当船舶靠港时，所述锂电池组参考功率值根据柴油发电机的负荷率设定，当柴油发电机的负荷率超过80％时，超过的发电功率将由锂电池组提供，使柴油发电机的负荷率始终维持在80％，但是锂电池组的最大放电功率为800kW，当剩余电量低于
30％时，则停止放电，多余的功率仍然由柴油发电机提供，当运行柴油发电机负荷率超过85％时，交流排功率管理系统控制启动备用柴油发电机，当柴油发电机的负荷率低于50％时，则柴油发电机给锂电池组充电，使柴油发电机的负荷率始终维持在50％，此时锂电池组的最大充电功率是400kW，当锂电池组的剩余电量在40％与90％之间时，则对锂电池组小功率充电，如果剩余电量大于90％，则对电池停本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶交直流组网配电功率管理系统，其特征在于：包括直流母排、岸电电源、轴带发电机、锂电池组、交流排和柴油发电机，所述岸电电源和轴带发电机通过AC/DC整流器连接直流母排，所述锂电池组通过双向DC/DC变换器连接直流母排，所述直流母排通过DC/AC逆变器连接交流排，柴油发电机的输出端连接交流排，所述直流母排与交流排分别基于直流母排功率管理系统和交流排功率管理系统对电源分配进行控制。2.根据权利要求1所述的船舶交直流组网配电功率管理系统，其特征在于：所述岸电电源和轴带发电机共用一个AC/DC整流器。3.根据权利要求1所述的船舶交直流组网配电功率管理系统，其特征在于：所述岸电电源输出端连接变压器，所述变压器通过LC滤波器连接AC/DC整流器。4.根据权利要求1所述的船舶交直流组网配电功率管理系统，其特征在于：所述锂电池组输出端通过L滤波器连接双向DC/DC变换器。5.根据权利要求1所述的船舶交直流组网配电功率管理系统，其特征在于：所述DC/AC逆变器包括第一、第二DC/AC逆变器，所述第一DC/AC逆变器通过LC滤波器连接交流排，所述LC滤波器与交流排之间设有预充磁变压器和隔离变压器，所述第二DC/AC逆变器连接LCL滤波器，所述LCL滤波器连接交流排。6.根据权利要求1所述的船舶交直流组网配电功率管理系统，其特征在于：所述直流母排连接货泵和压载泵，所述货泵和压载泵通过泵侧的DC/AC逆变器与直流母排连接。7.根据权利要求1所述的船舶交直流组网配电功率管理系统，其特征在于：所述直流母排通过第三、第四、第五DC/AC逆变器分别连接艏侧推、机舱风机和驱气风机。8.根据权利要求1所述的船舶交直流组网配电功率管理系统，其特征在于：所述锂电池组的容量为420KWH。9.一种船舶交直流组网配电功率管理系统的供电方法，其特征在于，包括以下供电模式：模式一航行模式，当船舶正常航行时，所述交、直流母排由轴带发电机供电，闭合锂电池组的开关，运行双向DC/DC变换器，所述双向DC/DC变换器处于热备状态，功率参考值为0；模式二第一进、出港模式，当船舶进、出港时，所述锂电池组的功率参考值根据轴带发电机的负载率设定，当轴带发电机负载率低于50％时，轴带发电机对锂电池组充电，当轴带发电机负载率高于50％时，直流母排功率管理系统控制减小充电功率，最小充电功率为1kW，当轴带发电机负载率高于90％时，直流母排功率管理系统控制锂电池组的放电功率，超过轴带发电机负载功率90％的部分由锂电池组承担，锂电池组的最大放电功率为800kW；模式三第二进、出港模式，当船舶进、出港时，所述第一DC/AC逆变器的能量流动是双向的，交流排功率管理系统通过调整DC/AC逆变器来实现与柴油发电机之间的负荷分配，当直流母排上的负载小于轴带发电机发出的功率时，此时能量是由直流母排通过DC/AC逆变器流向交流排，但是当直流母排上的负载大于轴带发电机发出的功率时，直流母排功率管理系统启动，能量开始由交流排流向直流母排,交流排功率管理系统停止运行，此时的锂电池组处于充电模式，充电功率为1kW；模式四第三进、出港模式，当船舶进、出港时，所述两台DC/AC逆变器并联运行，锂电池组参考功率值根据柴油发电机的负荷率设定，当柴油发电机的负荷率超过80％时，超过的发电功率由锂电池组提供，使柴油发电机的负荷率始终维持在80％，但是锂电池组的最大
放电功率为800kW，当剩余电量低于30％时，则停止放电，超过的功率仍然由柴油发电机提供，当运行柴油发电机负荷率超过85％时，交流排功率管理系统控制启动备用柴油发电机，将备用柴油发电机并入直流排，当柴油发电机的负荷率低于50％时，则柴油发电机给锂电池组充电，使柴油发电机的负荷率始终维持在50％，此时锂电池组的最大充电功率是400kW，当锂电池组的剩余电量在40％与90％之间时，则对锂电池组小功率充电，如果剩余电量大于90％，则对电池停止充电；模式五靠港模式，当船舶靠港时，所述锂电池组参考功率值根据柴油发电机的负荷率设定，当柴油发电机的负荷率超过80％时，超过的发电功率将由锂电池组提供，使柴油发电机的负荷率始终维持在80％，但是锂电池组的最大放电功率为800kW，当剩余电量低于30％时，则停止放电，多余的功率仍然由柴油发电机提供，当运行柴油发电机负荷率超过85％时，交流排功率管理系统控制启动备用柴油发电机，当柴油发电机的负荷率低于50％时，则柴油发电机给锂电池组充电，使柴油发电机的负荷率始终维持在50％，此时锂电池组的最大充电功率是400kW，当锂电池组的剩余电量在40％与90％之间时，则对锂电池组小功率充电，如果剩余电量大于90％，则对电池停止充电；模式六岸电模式，船舶接入岸电时，所述锂电池组的功率参考值根据岸电的负载率设定，当岸电负载率低于50％时，锂电池组为充电模式，可用锂电池组的最大功率充电，当岸电负载高于50％时，直流母排功率管理系统控制减小充电功率，最小充电功率为1kW，当岸电负载率高于90％时，直流母排功率管理系统控制放电功率，超过岸电负载率90％的部分由锂电池组承担，锂电池组最大放电功率为800kW；模式七航行模式切换至第一进、出港模式，所述直流母排功率管理系统接收到进、出港命令时，锂电池组解除0功率参考状态，且根据轴带发电机的负载率而设定锂电池组的功率参考值；模式八航行模式切换至第二进、出港模式，所述直流母排功率管理系统接收到进、出港命令时，启动备用柴油发电机，合闸主开关并转移负荷，直流母排功率管理系统控制锂电池组解除0功率状态，进入小功率充电状态；模式九航行模式切换至第三进、出港模式，所述直流母排功率管理系统接收到进、出港命令时，启动两台柴油发电机，合闸主开关并转移负荷，直流母排功率管理系统会停止轴带发电机并启动第二DC/AC逆变器，并控制锂电池组解除0功率参考状态，同时根据柴油发电机的负载率而设定锂电池组的功率参考值；模式十航行模式切换至靠港模式，所述交流排功率管理系统接收到靠港命令时，启动一台柴油发电机，合闸主开关并转移负荷将负荷从轴带发电机转移至柴油发电机后，直流母排功率管理系统会停止轴带发电机并控制锂电池组解除0功率参考状态，根据柴油发电...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠飞，李箕豹，
申请(专利权)人：招商局金陵鼎衡船舶扬州有限公司，
类型：发明
国别省市：