[发明专利]基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统

说明书

本发明公开了一种基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统，其包括变速发电机组、储能装置、变压器、直流配电板、推进电机、恒压恒频逆变模块以及能源管理系统装置；变速发电机组连接有第一有源前端整流装置；储能装置和变压器之间连接有调压模块和第二有源前端整流装置；推进电机连接有电动机逆变模块；储能装置与调压模块之间、第一有源前端整流装置和储能装置之间、第一有源前端整流装置和直流配电板、第二有源前端整流装置和直流配电板之间均分别通过空气断路器连接。本发明的推进系统解决了谐波污染、提高了电源转换效率、提高了发电机组的负荷率，达到了节能减排、降低成本、提高船舶安全性的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统。

背景技术

电力推进船舶与常规柴油机推进相比具有节能、操纵性佳、布置灵活等特点，随着电力电子技术的发展，越来越多的船舶使用电力推进方式。电力推进船舶普遍采用交流柴油发电机组提供电源，通过交流配电板供电给移相变压器和交直交变频器，变频电机驱动螺旋桨为船舶提供动力。因为电力推进船舶的推进电机功率较大，推进电机的容量与船舶电站的功率之比达到了0.5以上，有的甚至达到了0.8，大功率变频器的应用带来了谐波干扰等新的问题。一些工程船舶因为工况复杂，不同工况下电力负荷变化较大，造成发电机组经常工作在较低的负荷率，特别是配备二级和三级动力定位的船舶，为了防止单个发电机组故障或机舱火灾造成定位能力损失，特意保持多台发电机组在网引起了发电机组经常工作在较低的负荷率。发电机组运行在较低负荷率会造成效率降低、燃烧不充分、缸体积碳等问题。

另外，通常电力推进船舶使用的交直交变频器需要配备移相变压器，电源经过了移相变压器、整流单元、逆变单元，每一个变频电机都需要一整套移相变压器、整流单元、逆变单元，造成了设备尺寸较大、电能转换损失较多等后果。

随着锂电池技术的快速发展以及在新能源汽车上的成熟应用，对于航行距离短、不需要长时间满功率航行、不同工况下功率变化较大的船舶例如渡轮、港作拖轮、短距离航行货船等船舶非常适应于使用锂电池作为主电源或补充电源。

目前几乎所有的船舶都是使用定速柴油发电机组作为电源，然而因为柴油机的特性，负荷率在85～90％时燃烧较充分、效率最高、燃油消耗率最低，当负荷率降低时效率降低、燃油消耗率升高。变速柴油发电机组可以根据负荷率调整发电机组的转速，从而实现在较宽的效率范围内都保持较高的效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种基于有源前端变频技术的船舶混合动力推进系统，其包括变速发电机组、储能装置、变压器、直流配电板、推进电机、恒压恒频逆变模块以及用于系统管理控制的能源管理系统装置；变速发电机组连接有第一有源前端整流装置；储能装置和变压器之间依次连接有调压模块和第二有源前端整流装置；推进电机连接有电动机逆变模块；储能装置与调压模块之间、第一有源前端整流装置和储能装置之间、第一有源前端整流装置和直流配电板、第二有源前端整流装置和直流配电板之间、电动机逆变模块和直流配电板之间、恒压恒频逆变模块和直流配电板之间、第二有源前端整流装置和变压器之间均分别通过空气断路器连接；变速发电机组、第一有源前端整流装置、调压模块、第二有源前端整流装置、直流配电板、电动机逆变模块及恒压恒频逆变模块均分别与能源管理系统装置连接。

恒压恒频逆变模块连接有无源滤波器，无源滤波器连接有负载接口装置。船舶上的辅助负载可以连接于负载接口装置上，该负载接口装置可以提供电源。无源滤波器，又称LC滤波器，可滤除某一次或多次谐波，解决了系统中的谐波问题，消除了谐波污染。

变速发电机组包括变速柴油机以及变速柴油机驱动的发电机；发电机为异步发电机或永磁发电机。变速柴油机和发电机组成变速柴油发电机组。与定速柴油发电机组相比，变速柴油发电机组效率更高、更加节能。