[发明专利]用于船舶的电驱动装置的供电系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于船舶的电驱动装置的供电系统以及操作这样的供电系统的方法。

背景技术

例如在钻井操作中采用的现代船舶经常包括多个不同的电驱动装置。这些可以例如是电推进系统，其中推进器由诸如方位助推器（Azimuth thruster）的电动机驱动。需要用于操作的电能的其他类型的电驱动装置包括起锚机（anchor winch）驱动装置、钻井应用的驱动装置等等。通常在船上发电并且传输到相应电驱动装置的电动机。

为了生成电能，船舶经常包括船上发电站，所述船上发电站通过被耦合到发电机的柴油引擎或燃气轮机来产生所需要的电能。这样的装置为船提供主要供电。如果发电站经历断电或如果在功率传输或分配系统中有故障，船可能失去其主要供电。

在这样的断电或另一类型的功率丢失的情况下，电驱动装置将通常被断开并且停止操作。例如在诸如钻机的绞车或起锚机驱动装置的起重应用中，制动必须被应用于旋转的发动机并且操作将停止。

此外，在这样的应用中，在起重操作期间，例如当降下或停止负载时，可以通过相应电动机来生成能量。所生成的能量需要被操纵。这通常通过利用耗散能量的水冷却制动电阻器来执行。绞车发动机、起锚机发动机、顶部驱动发动机等等可以例如具有驱动装置设置，其具有阻断断续器和耗散由发动机生成的制动能量的电阻器。在诸如钻机上的主动升沉补偿绞车的包括主动升沉补偿的系统中，操纵制动能量的问题甚至更显著，在所述系统中，在为补偿海洋的波浪高度的降下操作期间生成制动能量。制动能量必须更快地被操纵并且通常也在制动电阻器中被耗散。

水冷却制动电阻器通常是重的并且需要大量空间，而没有任何另外的有用功能。此外，例如在主动升沉补偿期间，发生功率消耗中的周期性峰值，其是不利的因为他们导致发电机的循环操作。能量消耗中的峰值使得发电机的操作效率更低并且此外需要船舶的供电系统针对更大的负载而设计。此外，通常期望的是减少船舶的能量消耗。同样，期望的是在供电的断电之后的至少短时间内继续电驱动装置的操作。

发明内容

因此，需要减轻上述缺点中至少一些的改进供电系统。

这个需要被独立权利要求的特征满足。从属权利要求描述本发明的优选实施例。

本发明的实施例提供用于船舶的电驱动装置的供电系统，其中电驱动装置包括适合于从电源接收电能的电动机。所述电驱动装置具有第一操作状态，在所述第一操作状态中由电源向电驱动装置供应电能以操作电驱动装置，和第二操作状态，在所述第二操作状态中电驱动装置的电动机减速或被制动，其中电驱动装置在第二操作状态中生成电能。供电系统包括被电耦合到电驱动装置的电能存储设备。所述耦合是这样的以致于电能存储设备被由电驱动装置在第二操作状态中所生成的电能充电并且电能存储设备向电驱动装置提供所存储的电能用于在第一操作状态中操作电驱动装置。

在第一操作状态中，可以用来自电能存储设备的电能、用由（主要）电源提供的剩余电能来支持电驱动装置的操作，或者可以完全在由电能存储设备所提供的电能上操作电驱动装置（例如在电源的断电或功率分配的中断期间）。通过存储所生成的电能并且再使用它用于操作电驱动装置，可以减少船舶的总能量消耗。此外，在主要电源的断电之后的一定时间内，电驱动装置可以继续操作。这可能例如在以下的情形中是有益的，在所述情形中电驱动装置的继续操作是至关紧要的，诸如在钻井操作期间，以便可以恢复主要电源而不中断操作。特别在电驱动装置可以周期性使用和生成电能的主动升沉补偿应用中，根据本实施例的供电系统可以达到相当大的能量节约。电能存储设备可以在供电系统中充当阻尼器，因此避免在例如发电机的电源上的峰值负载。注意的是，在第二操作状态中，电动机被制动的情形不意味着发动机的旋转速度降低。它也可以保持恒定或增加。通过从电动机提取电能、例如通过让电动机作为发电机操作，可以至少部分应用制动。因此，不论电动机的速度或速度改变，制动转矩可以被应用于电动机。

在实施例中，电能存储设备可以是电池或电容器组。电能存储设备可以例如是锂聚合物电池。这样的电池可以存储大量电能而只有相对小的封装（foot print）。锂聚合物电池可以具有较低的重量和需要较少体积，以便可以达到重量上和所需空间上的节约。此外，这样类型的电池可以是无需维护的并且可以被完全密封，其具有可以不需要指定电池室的优点。所述电池可以例如是具有镍锰钴（NMC）氧化物阴极的类型。