本發(fā)明一般涉及用于分配電能的系統(tǒng)，且具體而言，涉及用于在船舶上供應電荷的電能分配系統(tǒng)，例如，在采用電氣推進的船舶的情況下的推進系統(tǒng)。

本發(fā)明還涉及用于配備有這種電功率分配系統(tǒng)的船舶的推進系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

船舶推進系統(tǒng)能夠是各種類型。為了減少燃料消耗和向大氣的污染物排放，已經(jīng)提出使用驅(qū)動具有螺旋槳的傳動軸系(lineshafting)的主熱力引擎和再循環(huán)主引擎的廢氣來驅(qū)動傳動軸系連同熱力引擎的蒸汽渦輪機。

在這點上，我們能夠參考描述這種布置的文獻gb1159090。

我們還能夠參考文獻ep-b-2057068，其描述了另一種類型的推進系統(tǒng)，其包括專用于驅(qū)動傳動軸系的主熱力引擎，例如二沖程柴油引擎，并包括耦合到傳動軸系并由分配網(wǎng)絡供應的輔助電馬達。

分配網(wǎng)絡本身由通過輔助熱力引擎驅(qū)動的發(fā)電機供應。

主熱力引擎的廢氣壓力用來驅(qū)動功率渦輪機，并且廢氣的熱量在熱交換器中用來驅(qū)動蒸汽渦輪機。這兩個渦輪機與供應分配網(wǎng)絡的發(fā)電機相關聯(lián)。

機載電氣系統(tǒng)中可用的電功率能夠用來為在船上的各種任務供能或用于其推進。

回收在熱力引擎操作期間生成的熱能的系統(tǒng)（在這種情況下主熱力引擎驅(qū)動傳動軸系或輔助熱力引擎以產(chǎn)生電力）被稱為whrs（即“余熱回收系統(tǒng)”）。

在文獻ep-b-2057068中描述的系統(tǒng)中，輸送到蒸汽渦輪機的蒸汽的流速由閥調(diào)節(jié)?？刂蒲b置控制閥的打開，使得蒸汽壓力保持在預定壓力范圍內(nèi)。

更具體地，控制允許進入蒸汽渦輪機的蒸汽的壓力，以便作用于消耗或產(chǎn)生的功率。

推進系統(tǒng)提供用于可逆操作。

根據(jù)第一操作模式，耦合的輔助電馬達通過經(jīng)由轉(zhuǎn)換器從分配網(wǎng)絡獲取能量來促進螺旋槳軸的驅(qū)動。該操作模式通常被稱為pti（即“功率吸收(powertakein)”）。

輔助馬達還能夠在發(fā)電機模式中操作并且經(jīng)由轉(zhuǎn)換器將電能輸送到分配網(wǎng)絡。該操作模式通常被稱為pto（即“功率取出(powertakeoff)”）。

因此，如果由蒸汽渦輪機供應的功率增加到高值，使得蒸汽渦輪機是更加重載的，則耦合到傳動軸系的輔助電馬達在馬達模式中操作，以便增加消耗的能量的量。

另一方面，如果蒸汽渦輪機中的壓力降低，則耦合的輔助馬達經(jīng)由轉(zhuǎn)換器在發(fā)電機模式中操作，以便重新注入用來供應分配網(wǎng)絡所要求的功率。

whrs系統(tǒng)的另一種控制技術(shù)是要使用根據(jù)速度和功率生成蒸汽渦輪機閥的控制信號的控制裝置。

然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的whrs系統(tǒng)的控制方法遭受一定數(shù)量的缺點，特別是因為系統(tǒng)的效率是相對低的，特別是關于最大可用能量值。在當輔助發(fā)電機并行操作時或當whrs系統(tǒng)從pti模式切換到pto模式時的瞬時階段(transientphase)期間也已觀察到穩(wěn)定性問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述，本發(fā)明的目的是要克服與現(xiàn)有技術(shù)相關聯(lián)的缺點，并特別是要增加由whrs系統(tǒng)輸送的最大能量，同時提高系統(tǒng)在操作和瞬時階段中的可靠性。

因此，本發(fā)明的目的在第一方面中是一種用于分配電能的系統(tǒng)，其包括各由熱力引擎驅(qū)動并供應分配網(wǎng)絡的電能發(fā)電機的組合件；用于回收在熱力引擎操作期間生成的熱能并且用于蒸發(fā)工作流體的部件；由工作流體驅(qū)動并與連接到分配網(wǎng)絡的發(fā)電機相關聯(lián)的蒸汽渦輪機，用于將回收的熱能轉(zhuǎn)換成電能；以及布置在分配網(wǎng)絡和電氣負載之間的至少一個頻率轉(zhuǎn)換器。

該分配系統(tǒng)還包括用于控制分配網(wǎng)絡的頻率的部件，其中蒸發(fā)的工作流體的流動速率被調(diào)節(jié)到最大值。

根據(jù)按照本發(fā)明的電能分配系統(tǒng)的另一個特性，控制部件包括用于在最小和最大頻率值之間調(diào)節(jié)網(wǎng)絡的頻率的調(diào)節(jié)部件。

在一個實施例中，調(diào)節(jié)部件包括與積分比例型校正器相關聯(lián)的鎖相環(huán)。

有利地，所述或每個頻率轉(zhuǎn)換器是能夠提供雙向功率傳遞的雙向轉(zhuǎn)換器。

在一個實施例中，每個轉(zhuǎn)換器包括濾波器輸入級、有源整流電路、平滑電路和逆變器電路。

另外，每個轉(zhuǎn)換器可包含輸出濾波電感器。

因此，本發(fā)明的目的在第二方面中還是一種經(jīng)由用于分配電能的系統(tǒng)供應電荷的方法，該系統(tǒng)包括：各由熱力引擎驅(qū)動并供應分配網(wǎng)絡的電能發(fā)電機的組合件；用于回收在熱力引擎操作期間生成的熱能并且用于蒸發(fā)工作流體的部件；由工作流體驅(qū)動并與連接到分配網(wǎng)絡的發(fā)電機相關聯(lián)的蒸汽渦輪機，用于將回收的熱能轉(zhuǎn)換成電能；以及布置在分配網(wǎng)絡和電氣負載之間的至少一個頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于蒸發(fā)的工作流體的流動速率被以最大蒸汽調(diào)節(jié)，且分配網(wǎng)絡的頻率被控制。

優(yōu)選地，通過打開閥至最大來調(diào)節(jié)蒸發(fā)的工作流體的流動速率，以用于控制蒸發(fā)的工作流體的流動速率。

有利地，在最小和最大頻率值之間調(diào)節(jié)網(wǎng)絡的頻率。

最后，本發(fā)明的目的在于一種用于船舶的推進系統(tǒng)，包括：

-驅(qū)動傳動軸系的主熱力引擎;

-耦合到傳動軸系并由電功率分配網(wǎng)絡供應的輔助電馬達，所述分配網(wǎng)絡由與電能發(fā)電機相關聯(lián)的輔助熱力引擎供應;

-回收在推進系統(tǒng)操作期間生成的熱能并用于蒸發(fā)工作流體的部件;

-由工作流體驅(qū)動并與連接到分配網(wǎng)絡的發(fā)電機相關聯(lián)的蒸汽渦輪機，用于將回收的熱能轉(zhuǎn)換成電能，以及

-布置在分配網(wǎng)絡和輔助電馬達之間的至少一個頻率轉(zhuǎn)換器；

其特征在于，它包括用于控制分配網(wǎng)絡的頻率的部件，其中蒸發(fā)的工作流體的流動速率被調(diào)節(jié)到最大值。

在一個實施例中，推進系統(tǒng)還包括電功率發(fā)電機的組合件，每個電功率發(fā)電機由熱力引擎驅(qū)動并且供應分配網(wǎng)絡。

還可以提供的是，推進系統(tǒng)還包括至少一個船首推進器，其包括能夠通過電功率分配網(wǎng)絡經(jīng)由頻率轉(zhuǎn)換器供應的電馬達，當船首推進器由所述網(wǎng)絡供應時，所述網(wǎng)絡由熱力引擎供能。

根據(jù)第三方面，本發(fā)明具有經(jīng)由推進系統(tǒng)來推進船舶的方法的另外的目的，所述推進系統(tǒng)包括驅(qū)動傳動軸系的主熱力引擎；耦合到傳動軸系并由電功率分配網(wǎng)絡供應的輔助電馬達，所述分配網(wǎng)絡由與電功率發(fā)電機相關聯(lián)的輔助熱力引擎供應；用于回收在推進系統(tǒng)操作期間生成的熱能并且用于蒸發(fā)工作流體的部件；由工作流體驅(qū)動并與連接到分配網(wǎng)絡的發(fā)電機相關聯(lián)的蒸汽渦輪機，用于將回收的熱能轉(zhuǎn)換成電能；以及布置在分配網(wǎng)絡和輔助電馬達之間的至少一個頻率轉(zhuǎn)換器，其中蒸發(fā)的工作流體的流動速率被調(diào)節(jié)到最大蒸汽且分配網(wǎng)絡的頻率被控制。

有利地，根據(jù)該推進方法，分配網(wǎng)絡通過各由熱力引擎驅(qū)動的電功率發(fā)電機的組合件供應。

在一個實施例中，包括電馬達的至少一個船首推進器通過電功率分配網(wǎng)絡經(jīng)由頻率轉(zhuǎn)換器供應，當船首推進器由所述網(wǎng)絡供應時，所述網(wǎng)絡由熱力引擎供能。

本發(fā)明提供一組技術(shù)方案,如下:

1.一種電功率分配系統(tǒng)，包括：電功率發(fā)電機（g）的組合件，每個電功率發(fā)電機由熱力引擎（6）驅(qū)動并供應分配網(wǎng)絡;

回收在熱力引擎操作期間生成的熱能并用于蒸發(fā)工作流體的部件（7）;

由所述工作流體驅(qū)動并與連接到所述分配網(wǎng)絡的發(fā)電機相關聯(lián)的蒸汽渦輪機（8），用于將回收的熱能轉(zhuǎn)換成電能，以及

布置在所述分配網(wǎng)絡和電氣負載之間的至少一個頻率轉(zhuǎn)換器（11）；

其特征在于，它包括用于控制所述分配網(wǎng)絡的頻率的部件，其中蒸發(fā)的工作流體的流動速率被調(diào)節(jié)到最大值。

2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中所述控制部件包括用于在最小和最大頻率值之間調(diào)節(jié)所述網(wǎng)絡的所述頻率的調(diào)節(jié)部件。

3.根據(jù)技術(shù)方案1和2中的一個所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)節(jié)部件包括與比例積分校正器（25,26）相關聯(lián)的至少一個鎖相環(huán)（22）。

4.根據(jù)技術(shù)方案1至3中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述或每個頻率轉(zhuǎn)換器是能夠提供雙向功率傳遞的雙向轉(zhuǎn)換器。

5.根據(jù)技術(shù)方案4所述的系統(tǒng)，其中每個轉(zhuǎn)換器（11）包括濾波器輸入級（12）、有源整流電路（13）、平滑電路（14）和逆變器電路（15）。

6.根據(jù)技術(shù)方案5所述的系統(tǒng)，其中每個轉(zhuǎn)換器還包括輸出濾波電感器（l）。

7.一種經(jīng)由用于分配電能的系統(tǒng)供應電荷的方法，所述系統(tǒng)包括：各由熱力引擎（6）驅(qū)動并供應分配網(wǎng)絡（5）的電能發(fā)電機（4）的組合件；用于回收在所述熱力引擎操作期間生成的熱能并且用于蒸發(fā)工作流體的部件（7）；由所述工作流體驅(qū)動并與連接到所述分配網(wǎng)絡的發(fā)電機相關聯(lián)的蒸汽渦輪機（8），用于將回收的熱能轉(zhuǎn)換成電能；以及布置在所述分配網(wǎng)絡和電氣負載之間的至少一個頻率轉(zhuǎn)換器（11），其特征在于蒸發(fā)的工作流體的流動速率被以最大蒸汽調(diào)節(jié)，且所述分配網(wǎng)絡的頻率被控制。

8.根據(jù)技術(shù)方案7的所述方法，其中通過打開閥至最大來調(diào)節(jié)蒸發(fā)的工作流體的所述流動速率，以用于控制蒸發(fā)的工作流體的流動速率。

9.根據(jù)技術(shù)方案7和8中的一個所述的方法，其中所述網(wǎng)絡的所述頻率在最小和最大頻率值之間被調(diào)節(jié)。

10.一種用于船舶的推進系統(tǒng)，包括：

-驅(qū)動傳動軸系的主熱力引擎（1）；

-耦合到所述傳動軸系并由電功率分配網(wǎng)絡供應的輔助電馬達（4），所述分配網(wǎng)絡由與電能發(fā)電機（g）相關聯(lián)的輔助熱力引擎（6）供應；

-回收在所述推進系統(tǒng)操作期間生成的熱能并用于蒸發(fā)工作流體的部件（7）；

-由所述工作流體驅(qū)動并與連接到所述分配網(wǎng)絡的發(fā)電機相關聯(lián)的蒸汽渦輪機（8），用于將回收的熱能轉(zhuǎn)換成電能，以及

-布置在所述分配網(wǎng)絡和所述輔助電馬達之間的至少一個頻率轉(zhuǎn)換器（11）；

其特征在于，它包括用于控制所述分配網(wǎng)絡的頻率的部件，其中蒸發(fā)的工作流體的流動速率被調(diào)節(jié)到最大值。

11.根據(jù)技術(shù)方案10所述的推進系統(tǒng)，還包括電功率發(fā)電機（g）的組合件，每個電功率發(fā)電機由熱力引擎（6）驅(qū)動并供應所述分配網(wǎng)絡。

12.根據(jù)技術(shù)方案10和11的一個所述的推進系統(tǒng)，還包括包括能夠通過電功率分配網(wǎng)絡（5）經(jīng)由頻率轉(zhuǎn)換器（11）供應的電馬達（28）的至少一個船首推進器，當所述船首推進器由所述網(wǎng)絡供應時，所述網(wǎng)絡由所述熱力引擎供能。

13.一種經(jīng)由推進系統(tǒng)推進船舶的方法，所述推進系統(tǒng)包括：驅(qū)動傳動軸系的主熱力引擎（1）；耦合到所述傳動軸系并由電功率分配網(wǎng)絡供應的輔助電馬達（4），所述分配網(wǎng)絡由與電功率發(fā)電機（g）相關聯(lián)的輔助熱力引擎（6）供應；用于回收在所述推進系統(tǒng)操作期間生成的熱能并且用于蒸發(fā)工作流體的部件（7）；由所述工作流體驅(qū)動并與連接到所述分配網(wǎng)絡的發(fā)電機相關聯(lián)的蒸汽渦輪（8），用于將回收的熱能轉(zhuǎn)換成電能；以及布置在所述分配網(wǎng)絡和所述輔助電馬達之間的至少一個頻率轉(zhuǎn)換器（11），其特征在于蒸發(fā)的工作流體的流動速率被調(diào)節(jié)到最大蒸汽且所述分配網(wǎng)絡的頻率被控制。

14.根據(jù)技術(shù)方案13所述的推進方法，其中通過各由熱力引擎（6）驅(qū)動的電功率發(fā)電機（g）的組合件供應所述分配網(wǎng)絡。

15.根據(jù)技術(shù)方案13和14的一個所述的推進系統(tǒng)，其中至少一個船首推進器包括通過電功率分配網(wǎng)絡（5）經(jīng)由頻率轉(zhuǎn)換器（11）供應的電馬達（28），當所述船首推進器由所述網(wǎng)絡供應時，所述網(wǎng)絡正由所述熱力引擎供能。

附圖說明

在參考附圖閱讀僅通過非限制性示例給出的以下描述，本發(fā)明的其它目的、特性和優(yōu)點將變得顯而易見，其中：

-圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的包括電能分配系統(tǒng)的用于船舶的推進系統(tǒng)的一般架構(gòu)；以及

-圖2、3和4圖示了根據(jù)本發(fā)明的推進系統(tǒng)的實施例的不同變型。

具體實施方式

該推進系統(tǒng)首先包括驅(qū)動提供有螺旋槳3的馬達軸2的熱力引擎1，其配備有sgm型（即“軸發(fā)電機馬達”）的輔助電馬達4，其由具有固定頻率的ac型的分配網(wǎng)絡5供應。

網(wǎng)絡5由發(fā)電機g的組合件供應，這里發(fā)電機g的數(shù)量為四個，各由輔助熱力引擎例如6（在這種情況下為二沖程柴油引擎）驅(qū)動。

除了與發(fā)電機相關聯(lián)的分配網(wǎng)絡5和輔助熱力引擎6之外，電功率分配系統(tǒng)還提供有用于回收熱能的部件whrs，其包括：接收用于蒸發(fā)工作流體（在這種情況下為水）的輔助電馬達6的廢氣的熱交換器7；和經(jīng)由通過控制裝置10控制的調(diào)節(jié)閥9從交換器接收蒸汽的蒸汽渦輪機8。

一旦蒸汽渦輪機上游的蒸汽壓力超過pmin最小值，控制裝置就作用在閥9上以便將其控制在完全打開位置中。因此，控制裝置包括用于測量蒸汽渦輪機8上游的壓力的構(gòu)件10a和將測量的壓力值與用于控制閥9的最小值進行比較的比較器10b。

如圖中所示，輔助電馬達4經(jīng)由頻率轉(zhuǎn)換器11由分配網(wǎng)絡5供應。

轉(zhuǎn)換器11是可逆轉(zhuǎn)換器并且構(gòu)成用于將固定頻率網(wǎng)絡5上的可用ac電壓轉(zhuǎn)換成用于供應輔助馬達4的可變頻率電壓的固定頻率-可變頻率轉(zhuǎn)換器。

在分配網(wǎng)絡側(cè)上，它包括濾波器輸入級12、然后是有源整流電路13、平滑電路14、逆變器電路15和濾波電感l(wèi)。

分配網(wǎng)絡5基本上包括由輔助馬達和與發(fā)電機g相關聯(lián)的燃氣渦輪機供應的主母線。

它還包括由主母線經(jīng)由分配變壓器16供應的次級母線5a。

還能夠看出，系統(tǒng)包括能夠?qū)⒎峙渚W(wǎng)絡5與發(fā)電機g、頻率轉(zhuǎn)換器11和分配變壓器隔離的多個電路斷路器17、18和19。

附加的電路斷路器，例如20，使得隔離次級供應母線5a和主供應母線5的部分成為可能。

最后，分配系統(tǒng)由用于控制分配網(wǎng)絡的頻率的級補充。

該級首先包括用于測量網(wǎng)絡5上可用的電壓的變壓器21以及用于將測量的電壓轉(zhuǎn)換成頻率的鎖相環(huán)22。

比較器23提供了分配網(wǎng)絡的頻率與參考頻率fref的比較。比較器23在輸出處與滯后功能（hysteresisfunction）24相關聯(lián)，其當活動時，當測量的頻率和參考頻率之間的差高于閾值δfmin和δfmax時，在輸出處再現(xiàn)輸入。當差小于這些閾值時，滯后功能的輸出為零。

滯后功能的輸出被供應至比例積分校正器25，以將頻率保持在滯后頻帶內(nèi)。

另外，比較器27接收功率參考值pref和校正器25的輸出用于控制頻率轉(zhuǎn)換器。

最后，必須注意的是，分配網(wǎng)絡也意圖在船上供應各種電荷。

實際上，推進系統(tǒng)由互補馬達補充，在這種情況下，船首馬達(bowmotor)28驅(qū)動承載螺旋槳的軸并由網(wǎng)絡5經(jīng)由自耦變壓器29供應。

上述分配系統(tǒng)如下操作。

首先，當輔助馬達6操作時，當被允許進入蒸汽渦輪機8的輸入的蒸汽的壓力增加時，這導致蒸汽渦輪機的加速和分配網(wǎng)絡5的頻率中的隨后的增加，并且如果sgm馬達處于馬達模式中，則控制sgm馬達以增加其有功功率消耗，或如果其處于發(fā)電機模式中，則控制sgm馬達以減少其有功功率產(chǎn)生。

取決于輔助馬達4的消耗，或者如果由蒸汽渦輪機供應的能量是過度可用的，則控制頻率轉(zhuǎn)換器11以便將可用能量經(jīng)由輔助電馬達4重新注入到傳動軸系中。

如果蒸汽渦輪機的輸入處可用的蒸汽壓力降低，則如果sgm馬達處于引擎模式中，則控制其以提高其有功功率消耗，或者如果其處于發(fā)電機模式中，則控制其以減少其有功功率產(chǎn)生，以便減少由蒸汽渦輪機生成的功率。頻率轉(zhuǎn)換器11的可逆性使其能夠從發(fā)電機模式切換到馬達模式，或者反之亦然。

然而，在蒸汽渦輪機的輸入處可用的壓力被控制并與pmin極限值進行比較（圖1）。一旦壓力超過該極限值，閥9就控制在完全打開位置中，并且通過在由sgm馬達經(jīng)由頻率轉(zhuǎn)換器供應的功率電平作用來調(diào)節(jié)分配網(wǎng)絡5的固定頻率ac電壓的頻率。

最后，注意到，本發(fā)明不限于所描述的實施例。

實際上，在參考圖1描述的實施例中，推進系統(tǒng)包括船首推進器，各包括電船首馬達28，其驅(qū)動配備有螺旋槳的軸并由分配網(wǎng)絡5經(jīng)由自耦變壓器29供應。

如圖2、3和4所示，其中我們認識到配備有輔助電馬達4的主熱力引擎1(其共同驅(qū)動提供有螺旋槳3的馬達軸2)和經(jīng)由電路斷路器18和變壓器t連接到分配網(wǎng)絡5的頻率變換器11。作為變型，也有可能從轉(zhuǎn)換器11供應船首馬達28。

因此，當船舶正操縱時，即當船舶以低速移動并且分配網(wǎng)絡5由與相應發(fā)電機g相關聯(lián)的輔助馬達6供能時，船首推進器可由頻率轉(zhuǎn)換器供應。

在圖2的實施例中，能夠由單個頻率轉(zhuǎn)換器供應多個船首馬達，在這種情況下為兩個。

在圖3和圖4的實施例中，船首馬達能夠由多個個并聯(lián)連接的頻率轉(zhuǎn)換器11供應。