新能源船舶不间断供电配系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种新能源船舶不间断供电配系统及其控制方法，通过岸电和应急发电机连接至交流配电板，将双向可逆变频模块和日用变压器连接与交流配电板和直流配电板之间，并配置相应的供配电控制系统的方案；将传统的大功率整流模块和日用逆变模块合二为一，将岸侧大功率日用变压器和船上日用变压器合二为一，节省了船舶的空间和设备的价格，解决了共模电压问题；通过有效的控制逻辑和控制方法，实现电池组、应急发电机、交流岸电箱三种电源的不间断切换，正常航行、应急航行和靠港充电三种工况之间不断电切换，提升了电池动力船舶的安全性、体验感和自动化水平。体验感和自动化水平。体验感和自动化水平。

【技术实现步骤摘要】
新能源船舶不间断供电配系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种船舶供电技术，特别涉及一种新能源船舶不间断供电配系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着国家将对船舶污染物排放进行大力度的控制，以及电池技术的进步和价格的下降，电池动力作为清洁的动力系统的代表被广泛的提出，其满足“零排放”、“低噪音”的同时会进一步降低运行成本，是未来中小型内河船舶的动力首选。
[0003]由于目前船舶直流充电规范的缺失，以及岸侧直流供电能力的限制，目前大部分新能源船舶岸电需要采用交流岸电接入的方式，又因交流电转换成直流电给电池充电需要大功率可控整流模块，而大功率整流模块占地空间大、价格成本高且存在共模电压等问题，长期困扰着新能源船舶的设计者和使用者。
[0004]大型旅游船由于需要更高的安全配置和应急方案，以及用户对于电池剩余电量的焦虑等情况，大型旅游船配置一套应急发电机机组作为应急动力所需。
[0005]目前已有的电池动力船舶，普遍配置2套单独的大功率可控整流模块在船上，岸侧需要配置单独的大功率隔离变压器，同时还需配置2套给全船日用负荷供电的日用逆变模块，以及相应的2套日用变压器。
[0006]目前已有的电池动力船舶，当进行岸电、应急发电机和日用逆变器进行供配电工况切换时，需要短时失去电力。

技术实现思路

[0007]针对现在电池动力船舶电力系统采用大功率可控整流设备时存在设备占用空间大、价格成本高且存在共模电压，以及无法实现多电源不间断切换问题，提出了一种新能源船舶不间断供电配系统及其控制方法，通过岸电和应急发电机连接至交流配电板，将双向可逆变频模块和日用变压器连接与交流配电板和直流配电板之间，并配置相应的供配电控制系统的方案，有效解决了上述现有电池动力船舶存在的缺陷。
[0008]本专利技术的技术方案为：一种新能源船舶不间断供电配系统，包括电池组、应急发电机、交流岸电箱、与电池组配套的直流变换器、应急发电机断路器、岸电断路器、交流配电板、直流配电板、2套正弦波滤波器、2套日用变压器和控制配电的供配电控制系统；应急发电机通过应急发电机断路器接交流配电板，交流岸电箱通过岸电断路器接交流配电板，交流配电板中间设置有正常航行时闭合的母联开关，直流配电板设有快速熔断器型母联开关，交流配电板与直流配电板两侧之间分别通过串联的日用变压器、正弦波滤波器连接，电池组通过直流变换器接直流配电板；直流配电板通过推进逆变模块给船舶提供动力电。
[0009]所述新能源船舶不间断供电配系统的控制方法，控制船舶在正常航行、应急航行和靠港充电三种工况之间不断电切换；
[0010]新能源船舶正常航行时，电池组的能量通过2套双向可逆变频模块、2套日用变压
器断路器将电能传输至交流配电板，同时电池组通过直流配电板、推进逆变模块将能量传输至螺旋桨；
[0011]新能源船舶应急航行时，电池组的能量不足以满足供电时，通过一套应急发电机给交流配电板供电，交流配电板通过2套日用变压器断路器、2套双向可逆变频模块给直流配电板供电，与电池组一起将电能通过推进逆变模块将能量传输至螺旋桨；
[0012]新能源船舶靠港充电时，通过1套交流岸电箱将岸电传输至交流配电板，再通过2套日用变压器断路器、2套双向可逆变频模块给直流配电板供电，电能通过直流变换器给电池组进行充电。
[0013]进一步，所述双向可逆变频模块配置有电压采集模块和电网同步控制模块；第一套双向可逆变频模块同步电压采集交流配电板应急发电机断路器上端电压、交流配电板岸电断路器上端电压、交流配电板左侧母线电压；第二套双向可逆变频模块电压采集交流配电板应急发电机断路器上端电压、交流配电板岸电断路器上端电压、交流配电板右侧母线电压；
[0014]应急航行和靠港充电工况下，交流配电板通过双向可逆变频模块向直流配电板供电时，双向可逆变频模块工作于整流模式下；
[0015]正常航行工况下，直流配电板通过双向可逆变频模块向交流配电板供电时，双向可逆变频模块工作于逆变模式下。
[0016]进一步，正常航行、应急航行和靠港充电三种工况之间进行切换时，先通过双向可逆变频模块实现供电的同步并网，再进行负载供电转移。
[0017]进一步，正常航行向应急航行切换：同步并网前由2套双向可逆变频模块承担所有交流配电板负载，控制系统控制2套双向可逆变频模块供电和发电机供电进行同步并网，同步并网后逐渐将双向可逆变频模块承担的负载转移至发电机，完成了不间断供电和负载平稳转移。
[0018]进一步，所述双向可逆变频模块通过增加、减少输出电压频率来增加、降低并网负荷功率。
[0019]本专利技术的有益效果在于：本专利技术新能源船舶不间断供电配系统及其控制方法，通过岸电和应急发电机连接至交流配电板，将双向可逆变频模块和日用变压器连接与交流配电板和直流配电板之间，并配置相应的供配电控制系统的方案；将传统的大功率整流模块和日用逆变模块合二为一，将岸侧大功率日用变压器和船上日用变压器合二为一，节省了船舶的空间和设备的价格，解决了共模电压问题；通过有效的控制逻辑和控制方法，实现三种电源的不间断切换，提升了电池动力船舶的安全性、体验感和自动化水平。
附图说明
[0020]图1为本专利技术新能源船舶不间断供电配系统实施例示意图；
[0021]图2为本专利技术双向可逆变频模块同步电网电压采集点示意图；
[0022]图3为本专利技术靠港充电转正常航行能量流示意图；
[0023]图4为本专利技术应急航行转靠港充电能量流示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0025]如图1所示新能源船舶不间断供电配系统实施例示意图，系统由2套400kW双向可逆变频模块，2套正弦波滤波器(SIN滤波器)、2套日用变压器、1套600kWh应急发电机、1套1000A容量交流岸电箱、1套直流配电板和1套供配电控制系统组成。交流配电板额定电压为400VAC，直流配电板额定电压为1000VDC，全船配置4组732kWh电池组，和2套450kW的推进变频和电机。交流配电板设置有用于应急发电机接入的应急发电机断路器，用于岸电接入的岸电断路器，用于1#双向可逆变频模块接入的1#日用变压器断路器，用于2#双向可逆变频模块接入的2#日用变压器断路器，交流配电板中间设置有母联开关，正常航行时母联处于常闭状态。直流配电板母联开关采用快速熔断器型式，双向可逆变频模块接入直流配电板亦采用快速熔断器型式，可以有效防止因直流部分短路引起的大电流，相关熔断器的保护功能具有选择性。
[0026]新能源船舶存在三种工况，即正常航行、应急航行和靠港充电三种工况，三种工况之间任意切换时，整个供配电系统平稳供电不会失去电力。新能源船舶正常航行时，电池组的能量通过2套双向可逆变频模块、2套日用变压器断路器将电能传输至交流配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新能源船舶不间断供电配系统，其特征在于，包括电池组、应急发电机、交流岸电箱、与电池组配套的直流变换器、应急发电机断路器、岸电断路器、交流配电板、直流配电板、2套正弦波滤波器、2套日用变压器和控制配电的供配电控制系统；应急发电机通过应急发电机断路器接交流配电板，交流岸电箱通过岸电断路器接交流配电板，交流配电板中间设置有正常航行时闭合的母联开关，直流配电板设有快速熔断器型母联开关，交流配电板与直流配电板两侧之间分别通过串联的日用变压器、正弦波滤波器连接，电池组通过直流变换器接直流配电板；直流配电板通过推进逆变模块给船舶提供动力电。2.根据权利要求1所述新能源船舶不间断供电配系统的控制方法，其特征在于，控制船舶在正常航行、应急航行和靠港充电三种工况之间不断电切换；新能源船舶正常航行时，电池组的能量通过2套双向可逆变频模块、2套日用变压器断路器将电能传输至交流配电板，同时电池组通过直流配电板、推进逆变模块将能量传输至螺旋桨；新能源船舶应急航行时，电池组的能量不足以满足供电时，通过一套应急发电机给交流配电板供电，交流配电板通过2套日用变压器断路器、2套双向可逆变频模块给直流配电板供电，与电池组一起将电能通过推进逆变模块将能量传输至螺旋桨；新能源船舶靠港充电时，通过1套交流岸电箱将岸电传输至交流配电板，再通过2套日用变压器断路器、2套双向可逆变频模块给直流配电板供电，电能通过直流变换器给电池组进行充电。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡斌，石磊，吴国栋，徐亚东，曹建萍，田野，曾志林，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零四研究所，
类型：发明
国别省市：