[发明专利]海洋船舶的电源系统

说明书

技术领域

本发明涉及海洋船舶的电源系统和这种船舶的电力系统。本发明还涉及操作海洋船舶的电源系统的方法。

背景技术

海洋船舶、如海上平台、钻井或生产船舶通常包括具有耦合到机械能量的源、诸如柴油发动机或燃气涡轮机的发电机的独立电力系统。由发电机产生的电气电力通过电力分配总线被分配，多个用户连接到所述电力分配总线。大用户包括推进器驱动器、钻井驱动器或绞车，而较小的用户可以是泵、压缩机，以及设置在此类船舶上的其他电气设备。

不像岸上电力系统通常从多个源获得电能，海洋船舶的隔离电力系统安装的发电机的数目相对较低，典型为4至6个。由于电缆路线短、使用汇流条以及在路径中没有变压器，发电机之间的阻抗一般都相当低，几乎是微不足道的。如果电力系统中有故障，诸如汇流条故障或发电机互连电缆故障，由于低阻抗，会发生相对高的电压跌落。连接到电力系统的电气电机将因此总体操作在显著减少电流供给的状况下，并且将因此放慢。作为示例，海洋船舶的电力系统可能有几十或几百个连接的小型电气电机，例如直接在线(DOL)感应电机。

故障被清除后，电气电机将增加他们的速度返回到额定，这将导致显著浪涌电流。在一些系统中，自动电压调节器(AVR)将控制发电机并从而控制主电力分配总线上的电压。在故障后的系统恢复期间，由于AVR将尝试补偿电压降，将一般发生电压过冲，过冲典型地高于150％。如果海洋船舶在运输期间，它将通常在DP2模式(即根据挪威船级社(DNV)的动态定位2规定)操作。在这种操作模式中，电压过冲一般不认为是一个问题。如果过冲应导致另一个部件的停电(blackout)，该部件可以从系统中隔离和修理，根据DP2的操作，这通常不是至关重要的。另一方面，如果船舶操作在DP3模式，例如进行钻井操作时，电力分配总线的汇流排断路器开路，从而使海洋船舶的电力系统本质上划分成若干独立的电力系统。作为示例，可以提供电力分配总线的2，3或4个区段，其中每个区段作为独立的冗余电力系统操作。如果在这些子系统中的一个中存在故障，其它子系统也不会受到影响，因为它们与有故障的子系统在电气上隔离。因此，剩余的子系统将不会经历可能在恢复有故障的子系统的操作之后发生的电压过冲。

虽然操作带有开路的汇流排断路器的电力系统提供冗余并避免在部件中有故障的情况下完全停电，但其具有这样的缺点，即在每一个区段中，发电机需要被操作，并且发电机的操作一般相当无效，因为有些发电机可能操作在其最大容量，而其他的发电机只能操作在接近空闲。

因此，期望操作这样的电力系统，其具有闭合的汇流排断路器，而同时确保满足根据DP3规定的要求的抗故障操作。特别地，期望确保在一个部件中的故障不会影响电力系统的剩余区段的剩余部件、例如发电机和驱动器的操作。

发明内容

因此，存在对用于海洋船舶的改进的电源系统的需要，该改进的电源系统减轻至少一些上述的缺点。

独立权利要求的特征满足了这种需要。从属权利要求描述本发明的实施例。

实施例提供了一种海洋船舶的电源系统，所述电源系统适于耦合到海洋船舶的电力分配总线，用于为耦合到电力分配总线的多个电气电机供电。所述电源系统包括发电机，用于产生电气电力，所述产生在操作中在所述发电机的输出处提供输出电压，所述输出电压为交流(AC)电压。所述电源系统还包括控制系统，其耦合到所述发电机，并且适于按照电压选点控制所述发电机的输出电压，其中所述电压选点在操作中被设置为操作电压选点。所述控制系统包括测量单元，其适于测量由所述发电机产生的电气电力的参数，其中所述参数能够指示耦合到所述电源系统的部件中的故障，所述故障导致发电机输出上的电压的下降。被测量的参数可以是例如在发电机输出处的输出电压或输出电压的交流频率。所述控制系统还包括控制单元，其适于根据所测量的参数来针对所述发电机的输出电压控制所述电压选点，使得如果所述参数的值下落到低于阈值，则减小所述电压选点。所述控制单元还适于在所述故障从所述电源系统电气隔离后，逐渐增加所述电压选点而回到所述操作电压选点。

通过在故障后降低电压选点并使它逐渐回到正常，电压过冲可以保持在可接受的限制之内，或者甚至可以被防止。通过限制电压过冲，可以防止耦合到海洋船舶的电力分配总线的其它电气部件的跳闸和/或损坏。因此，即使汇流排断路器闭合并且电力系统中发生故障，也可以确保可靠的操作。因此，可以实现在闭合的汇流排断路器的情况下的根据DP3规定的电力系统的操作。