[发明专利]电力配电系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力配电系统，尤其是在推进中和为了钻探应用所使用的那些电力配电（power distribution）系统。

背景技术

电力系统，例如在推进中使用的那些电力系统，把燃料燃烧驱动的原动机（prime mover）例如柴油内燃机作为主电力源。在传统的柴油发动机（diesel engine）例如在船舶推进中使用的那些柴油发动机中，在发动机和驱动推进器的电动机（motor）之间存在直接连接。根据船舶的尺寸通常使用一个或者两个这样的发动机。这里问题在于，这些发动机与船舶的速度无关地在恒定的旋转速度下操作。因此，在低速度下，与实际输出相比，能量消耗是高的，从而导致高水平的CO₂排放、高能量消耗和高维护成本。另外，一个构件的故障可能非常经常地引起总体发动机损坏。

在柴油-电动（diesel-electric）推进系统的情形中排除了以上问题。在这里，一个或者两个大型主发动机可以被更多和更小的柴油发动机替代，每一个柴油发动机均连接到向主配电盘输送电力的发电机，主配电盘是被断路器（disconnector）或者汇流排（bus tie）分为二的AC配电母线（AC：交流）。主配电盘经由各个整流器和逆变器向多个推进器电动机供应电力。这种系统的优点是使用充足数目的、更小的柴油发动机，即，避免了一直使用所有的发动机。如果发动机怠速工作或者船舶以降低的速度移动，则连接仅仅一个发电机可以是足够的，该发电机作为回报可以以最佳容量和效率操作。在另一方面，更高的电力需求可能要求高的速度和所有发电机的运行。这个灵活性给出了相当大的能量节约，同时确保了最佳输出效果。

然而，这种柴油电力系统遭受几个缺陷。例如，是AC配电母线的主配电盘额定地用于高电流水平并且代表高成本元件。而且，为了最佳的操作，在每一条母线上至少一个发电机必须在操作中。这导致燃料消耗的显著降低。在非关键性操作中，利用闭合的（closed）汇流排的操作是可能的。在这些情形中，仅仅一个发电机可以在低负载下操作。然而，在需要更高容量的情形中，必须向主配电盘接通另一发电机。为此，必须跟随正常的同步化过程，这增加了发电机组的起动时间。进而，在很多应用中，在故障情形中在发电机之间的选择性是困难的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的电力配电系统。

通过一种电力配电系统实现了以上目的，该电力配电系统包括：

-多个发电机系统，每一个发电机系统均包括：

--以旋转方式耦合到原动机的交流发电机，其中，在所述原动机操作时，所述交流发电机产生交流输出，以及

--整流器，直接地连接到所述交流发电机并且适于将所述交流发电机的所述交流输出转换成直流输出，

-耦合到来自每一个整流器的直流输出的直流配电母线，以及

-多个逆变器，适于从所述直流配电母线接收电力，每一个逆变器的输出均适于驱动交流电动机。

还通过一种用于电力配电的方法实现了以上目的，该方法包括：

-将交流发电机耦合到原动机，其中，在所述原动机操作时，所述交流发电机产生交流输出，

-将整流器直接地连接到所述交流发电机，所述整流器适于将所述交流发电机的所述交流输出转换成直流输出，

-将来自每一个整流器的直流输出耦合到直流配电母线，以及

-将多个逆变器连接到直流配电母线，每一个逆变器的输出均适于驱动交流电动机。

本发明的基本思想是将一个或者多个整流器直接地连接到每一个发电机。因此整流器被视为发电机系统的一部分。这个布置排除了对AC主配电盘的需要，如早先述及地，AC主配电盘是一种高成本元件。相反，本发明使用将无论如何是转换器系统的一部分的DC配电母线（DC：直流）。此外，因为整流器直接地连接到发电机，所以在起动时不需要同步，并且在更高电力要求的情形中，另外的发电机的快速连接是可能的。因为来自每一个发电机系统的输出是DC电流，所以对在发电机的内部AC输出上的固定频率输出的需要是多余的。因此在低负载条件下，可以降低原动机的速度（每分钟的转数）以便节约燃料成本。

在一个实施例中，在所述发电机系统中的所述整流器是二极管整流器。在可替代的实施例中，在所述发电机系统中的所述整流器是可控硅（thyristor）整流器。可控硅整流器保证了软起动器功能，因为它以受控方式对DC配电母线充电，从而在起动期间避免高电流峰值。在对在发生故障的情形中断开发电机和在发生故障或者短路的情形中断开负载进行过电流监视时，可控硅整流器是另外有利的。