一种直流环网电力推进系统论文和设计-徐龙堂

全文摘要

本实用新型公开了一种直流环网电力推进系统，涉及船舶推进系统技术领域，包括若干直流母排、若干母联断路器、和直流母排一一对应的若干供电支路、及若干用电支路；所述直流母排模块依次首尾连接成环网状；所述直流母排模块包括相互串联的直流母排和母联断路器，且每两个相邻的所述直流母排之间均串联有所述母联断路器；所述供电支路分别连接对应的所述直流母排，所述用电支路也分别连接所述直流母排；由于三个直流母排连接呈环状，任意一个直流母排故障而与另两个直流母排隔离时，另两个直流母排扔相互连接，提高了系统的可靠性。

主设计要求

1.一种直流环网电力推进系统，其特征在于，包括若干直流母排模块、若干母联断路器、若干供电支路、及若干用电支路；所述供电支路和所述直流母排模块一一对应；所述直流母排模块依次首尾连接成环网状；所述直流母排模块包括相互串联的直流母排和母联断路器，且每两个相邻的所述直流母排之间均串联有所述母联断路器；所述供电支路分别连接对应的所述直流母排，所述用电支路也分别连接所述直流母排。

设计方案

1.一种直流环网电力推进系统，其特征在于，包括若干直流母排模块、若干母联断路器、若干供电支路、及若干用电支路；所述供电支路和所述直流母排模块一一对应；

所述直流母排模块依次首尾连接成环网状；所述直流母排模块包括相互串联的直流母排和母联断路器，且每两个相邻的所述直流母排之间均串联有所述母联断路器；

所述供电支路分别连接对应的所述直流母排，所述用电支路也分别连接所述直流母排。

2.根据权利要求1所述的一种直流环网电力推进系统，其特征在于，所述直流母排模块包括一个所述直流母排和两个所述母联断路器，两个所述母联断路器分别串联于所述直流母排的两端，使每两个相邻的所述直流母排之间均串联有两个所述母联断路器。

3.根据权利要求2所述的一种直流环网电力推进系统，其特征在于，所述直流母排模块采用模块化设计与生产。

4.根据权利要求1所述的一种直流环网电力推进系统，其特征在于，所述供电支路包括至少两个发电机供电支路；所述发电机供电支路包括变速发电机、整流单元，所述变速发电机的输出端连接所述整流单元的交流输入端，所述整流单元的直流输出端连接对应的所述直流母排。

5.根据权利要求4所述的一种直流环网电力推进系统，其特征在于，所述供电支路还包括至少一个电池供电支路；所述电池供电支路包括蓄电池组及DC\/DC转换器，所述蓄电池组连接所述DC\/DC转换器的一端，所述DC\/DC转换器的另一端连接直流母排。

6.根据权利要求5所述的一种直流环网电力推进系统，其特征在于，所述发电机供电支路还包括第一直流熔断器，所述第一直流熔断器串联在所述整流单元和所述直流母排之间；

所述电池供电支路还包括第二直流熔断器和第三直流熔断器，所述第二直流熔断器串联在所述蓄电池组和所述DC\/DC转换器之间，所述第三直流熔断器串联在所述DC\/DC熔断器和所述直流母排之间。

7.根据权利要求1所述的一种直流环网电力推进系统，其特征在于，所述用电支路分别是若干推进支路、若干辅助负载支路和若干日用负载支路；所述推进支路分别连接不同的所述直流母排；所述辅助负载支路分别连接不同的所述直流母排；所述日用负载支路也分别连接不同的所述直流母排；

所述推进支路包括推进变频器和推进电机，所述推进电机连接所述推进变频器的交流输出端，所述推进变频器的直流输入端连接所述直流母排；

所述辅助负载支路包括辅助交流负载和辅助变频器，所述辅助交流负载连接所述辅助变频器的交流输出端，所述辅助变频器的直流输入端连接所述直流母排；

所述日用负载支路包括日用配电板、隔离变压器和辅助逆变单元，所述日用配电板连接所述隔离变压器的二次侧，所述隔离变压器的一次侧连接所述辅助逆变单元的交流输出端，所述辅助逆变单元的直流输入端连接所述直流母排。

8.根据权利要求7所述的一种直流环网电力推进系统，其特征在于，所述供电支路分别是至少两个发电机直流支路及至少一个电池供电支路，所述推进支路连接的所述直流母排均连接所述发电机供电支路。

9.根据权利要求7所述的一种直流环网电力推进系统，其特征在于，所述推进支路还包括第四直流熔断器，所述第四直流熔断器串联在所述推进变频器和所述直流母排之间；

所述辅助负载支路还包括第五直流熔断器，所述第五直流熔断器串联在所述辅助变频器和所述直流母排之间；

所述日用负载支路还包括第六直流熔断器，所述第六直流熔断器串联在所述辅助逆变单元和所述直流母排之间。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及船舶推进系统技术领域，具体为一种直流环网电力推进系统。

背景技术

在电力推进船舶中，直流配电技术以其电源兼容性好、配电效率高、电能损耗小等特点，已经成为替代交流配电的新一代升级技术；与交流配电电力推进技术相比较，系统性能、体积、重量均表现出了突出的技术优势，并可在节能降耗、减排降噪等方面为船东带来较大经济效益，是未来船舶电力推进系统的技术发展趋势。

在目前的直流配电(或组网)的电力推进系统设计中，配电方式以双直流母排分段与母联断路器组合成共直流母线的组网供电结构形式为主，该配电方式的供电可靠性基本可以满足系统功率不大的无动力定位需求的各类船舶。对于系统功率大、电源及用电负载多、供电可靠性要求非常高的电力系统船舶，上述双直流母排分段结构形式无法很好满足系统设计总体要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种直流环网电力推进系统，以解决上述背景技术中提出的技术缺陷或不足。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种直流环网电力推进系统，包括若干直流母排模块、若干母联断路器、若干供电支路、及若干用电支路；所述供电支路和所述直流母排模块一一对应；

所述供电支路分别连接对应的所述直流母排，所述用电支路也分别连接所述直流母排。

进一步的，所述直流母排模块包括一个所述直流母排和两个所述母联断路器，两个所述母联断路器分别串联于所述直流母排的两端，使每两个相邻的所述直流母排之间均串联有两个所述母联断路器。

进一步的，所述直流母排模块采用模块化设计及生产。

进一步的，所述供电支路包括至少两个发电机供电支路；所述发电机供电支路包括变速发电机、整流单元，所述变速发电机的输出端连接所述整流单元的交流输入端，所述整流单元的直流输出端连接对应的所述直流母排。

进一步的，所述供电支路还包括至少一个电池供电支路；所述电池供电支路包括蓄电池组及DC\/DC转换器，所述蓄电池组连接所述DC\/DC转换器的一端，所述DC\/DC转换器的另一端连接直流母排。

进一步的，所述发电机供电支路还包括第一直流熔断器，所述第一直流熔断器串联在所述整流单元和所述直流母排之间；

进一步的，所述用电支路分别是若干推进支路、若干辅助负载支路和若干日用负载支路；所述推进支路分别连接不同的所述直流母排；所述辅助负载支路分别连接不同的所述直流母排；所述日用负载支路也分别连接不同的所述直流母排；

所述推进支路包括推进变频器和推进电机，所述推进电机连接所述推进变频器的交流输出端，所述推进变频器的直流输入端连接所述直流母排；

进一步的，所述供电支路分别是至少两个发电机直流支路及至少一个电池供电支路，所述推进支路连接的所述直流母排均连接所述发电机供电支路。

进一步的，所述推进支路还包括第四直流熔断器，所述第四直流熔断器串联在所述推进变频器和所述直流母排之间；

所述辅助负载支路还包括第五直流熔断器，所述第五直流熔断器串联在所述辅助变频器和所述直流母排之间；

所述日用负载支路还包括第六直流熔断器，所述第六直流熔断器串联在所述辅助逆变单元和所述直流母排之间。

与现有技术相比，本实用新型直流环网电力推进系统的有益效果是：

1.由于三个直流母排连接呈环网状，任意一个直流母排故障而与另两个直流母排隔离时，另两个直流母排扔相互连接，提高了系统的可靠性。

2.由于每两个直流母排间均串联有两个母联断路器，当两个直流母排模块相距较远时，每个直流母排的附近均可设置母联断路器，当某个直流母排故障时，操作该直流母排附近的母联断路器，即可将该直流母排与其他直流母排隔离，操作更方便，可靠性更高。

附图说明

图1是本实用新型直流环网电力推进系统的电路结构示意图。

附图标记中：发电机供电支路1；电池供电支路2；推进支路3；辅助负载支路4；日用负载支路5；直流母排模块6。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提出了一种直流环网电力推进系统，如图1所示，包括三个直流母排模块6，三个供电支路、和六个用电支路。三个直流母排模块6分别是第一直流母排61、第二直流母排62和第三直流母排63，且每个直流母排模块都包括一个直流母排和两个母联断路器。第一直流母排61包括第一直流母排BUS1、第一母联断路器QF1和第二母联断路器QF2；第二直流母排62包括第二直流母排BUS2、第三母联断路器QF3和第四母联断路器QF4；第三直流母排63包括第三直流母排BUS3、第五母联断路器QF5和第六母联断路器QF6。第一母联断路器QF1的一端连接第一直流母排BUS1的一端，第一直流母排BUS1的另一端连接第二母联断路器QF2的一端，第二母联断路器QF2的另一端连接第三母联断路器QF3的一端；第三母联断路器QF3的另一端连接第二直流母排BUS2的一端，第二直流母排BUS2的另一端连接第四母联断路器QF4的一端，第四母联断路器QF4的另一端连接第五母联断路器QF5的一端；第五母联断路器QF5的另一端连接第三直流母排BUS3的一端，第三直流母排BUS3的另一端连接第六母联断路器QF6的一端，第六母联断路器QF6的另一端连接第一母联断路器QF1的另一端；使三个直流母排和六个母联断路器围成环网状，且同一个直流母排模块内的两个母联断路器分别串联于直流母排两端，每两个直流母排之间均串联有两个母联断路器。

当第一直流母排BUS1故障时，切断第一母联断路器QF1和第二母联断路器QF2，使第一直流母排BUS1与其他直流母排隔离；当第二直流母排BUS2故障时，切断第三母联断路器QF3和第四母联断路器QF4，使第二直流母排BUS2与其他直流母排隔离；当第三直流母排BUS3故障时，切断第五母联断路器QF5和第六母联断路器QF6，使第三直流母排BUS3与其他直流母排隔离。由于三个直流母排连接呈环网状，任意一个直流母排故障而与另两个直流母排隔离时，另两个直流母排仍相互连接，提高了系统的可靠性。

同一个直流母排模块内的两个母联断路器均设置在直流母排的附近，若两个直流母排模块相距较远，当其中一个直流母排模块内的直流母排故障时，只需切断该直流母排模块内的两个母联断路器，即可将直流母排隔离，而不需要切断较远处的另一个直流母排模块内的母联断路器，操作更方便。同时，每个直流母排模块均适合模块化生产，相比于每两个直流母排模块仅串联一个母联断路器，现场连接时不需要考虑母联断路器串联于直流母排的哪一端，只需将相邻的直流母排模块各自的一端直接连接即可，提高了生产和安装效率。

三个供电支路分别是两个发电机供电支路1和一个电池供电支路2，且两个发电机供电支路1分别连接第一直流母排BUS1和第三直流母排BUS3，电池供电支路2连接第二直流母排BUS3。

发电机供电支路1包括变速发电机、整流单元REC1和第一直流熔断器F1。变速发电机有变速发动机VDE1进而发电机G1组成，变速发动机VDE1拖动发电机G1运行，发电机G1的输出端连接整流单元REC1的交流输入端，且整流单元REC1的直流输出端连接第一直流熔断器F1的一端，第一直流熔断器F1的另一端连接第一直流母排BUS1或者第三直流母排BUS3。变速发动机VDE1带动发电机G1发电，实现对发电机G1发电量的控制。整流单元REC1将发电机组G1发出的交流电转化为直流电，并送至第一直流母排BUS1或者第二直流母排BUS2。当发电机供电支路1出现故障时，第一直流熔断器F1熔断，即可将发电机供电支路1与直流母排切断。

电池供电支路包括蓄电池组BAT1、DC\/DC转换器CON1、第二直流熔断器F2和第三直流熔断器F3。蓄电池组BA1连接第二直流熔断器F2的一端，第二直流熔断器F2的另一端连接DC\/DC转换器CON1的一端，DC\/DC转换器CON1的另一端连接第三直流熔断器F3的一端，第三直流熔断器F3的另一端连接第二直流母排BUS2。当船舶航行在平静的海面时，推进系统消耗的能量较少，蓄电池组BAT1将发电机组G1放出的多余的能量储存起来，DC\/DC转换器CON1将直流母排上的直流电改变电压电流后向蓄电池组BAT1充电。当海面风浪较大时，推进系统消耗的能量较多，发电机组G1发出的电能或其动态性能不足以满足推进电机的转矩要求，蓄电池组BAT1向直流母排放电以保证变频器控制推进电机有较好的动态特性。当电池供电支路故障时，第二直流熔断器F2或第三直流熔断器F3熔断，切断故障点。

因为蓄电池组BAT1需要先储存能量才能向直流母排供电，因此设置有至少两个发电机供电支路1，当其中一个发电机供电支路1故障，而且蓄电池组BAT1内储存的能量用完时，另一个发电机供电支路也能向各个直流母排供电。

六个用电支路分别是两个推进支路3、两个辅助负载支路4和两个日用负载支路5。其中两个推进支路3分别连接第一直流母排BUS1和第三直流母排BUS3，两个辅助负载支路4分别连接第一直流母排BUS1和第二直流母排BUS2，两个日用负载支路5分别连接第二直流母排BUS2和第三直流母排BUS3。

推进支路3包括推进电机31、推进变频器INV1和第四熔断器F4。推进电机31连接推进变频器INV1的交流输出端，推进变频器INV1的直流输入端连接第四熔断器F4的一端，第四熔断器F4的另一端连接第一直流母排BUS1或者第三直流母排BUS3。推进变频器INV1将来自直流母排上的直流电转化为电压、频率可调的交流电，并将交流电送至推进电机31，驱动螺旋桨进而推动船舶前进。当推进支路3故障时，第四熔断器F4熔断，将推进支路3与直流母排隔离。

辅助负载支路4包括辅助交流负载41、辅助变频器INV2和第五熔断器F5。辅助交流负载41连接辅助变频器INV2的交流输出端，辅助变频器INV2的直流输入端连接第五熔断器F5的一端，第五熔断器F5的另一端连接第一直流母排BUS1或第二直流母排BUS2。辅助变频器INV2将来自直流母排的直流电转换成电压、频率可调的交流电，并把交流电送至辅助交流负载41，用于控制船舶上的各种船用泵。当辅助负载支路4故障时，第五熔断器F5熔断，将辅助负载支路4与直流母排隔离。

日用负载支路5包括日用配电板51、隔离变压器52、辅助逆变器INV3和第六熔断器F6。日用配电板51连接隔离变压器42的二次侧，隔离变压器的一次侧连接辅助逆变器INV3的交流输出端，辅助逆变器INV3的直流输入端连接第六熔断器F6的一端，第六熔断器F6的另一端连接第二直流母排BUS2或第三直流母排BUS3。辅助逆变器INV3将来自直流母排的直流电转换成交流电，并把交流电滤波处理后通过隔离变压器52提供给日用配电板51，用于提供船舶上的日常用电。当日用负载支路5故障时，第六熔断器F6熔断，将日用负载支路5与直流母排隔离。

由于推进电机31正常工作时消耗功率很大，蓄电池组BAT1单独供电无法满足推进电机31正常工作的要求。因此推进支路3仅连接第一直流母排BUS1和第三直流母排BUS3，而第一直流母排BUS1和第三直流母排BUS3均连接发电机供电支路1，当由于故障导致各个直流母线相互隔离时，由各个发电机G1向各个推进支路3供电。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

设计图

一种直流环网电力推进系统论文和设计

一种直流环网电力推进系统论文和设计-徐龙堂

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主设计要求

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