專利名稱：用于向船舶傳送電力的系統(tǒng)和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從交流電網(wǎng)向停泊在港灣碼頭的泊位的抵達(dá)船只供電的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
岸邊電源已經(jīng)被用于為渡船供應(yīng)電力。由于許多渡船典型地?？吭谕粋€碼頭的同一位置，因此容易提供合適的連接。目前，某些其它類型的商業(yè)船只，比如游輪、集裝箱船舶和滾裝船舶連接到世界各地港口中的電網(wǎng)。在海上，可以由與推進(jìn)引擎耦合的主發(fā)電機(jī)和用于生成船只所需電力的輔助引擎組合來提供船只的船上發(fā)電。一旦船只停泊在碼頭的泊位，船只的(多個)主發(fā)動機(jī)通常被關(guān)閉，并且輔助發(fā)電機(jī)控制所有的船上發(fā)電以供酒店、卸載和裝載活動。目前輔助引擎是利用廉價且低質(zhì)量的燃料來運行，這導(dǎo)致負(fù)面的環(huán)境影響。因此，推薦岸邊電源。再者，如果輔助發(fā)電機(jī)關(guān)閉，則在船只停泊在碼頭時需要外部電源。從岸邊向船只的電力供應(yīng)的問題在于，不同國家使用不同頻率的交流電力傳輸， 例如在美國是60Hz，而在歐洲各國是50Hz，并且船只在多個國家之間行進(jìn)。船只通常使用或者50Hz或者60Hz系統(tǒng)用于它們的設(shè)備并且也需要不同電力的量，該電力的量可以是在幾百kW直到大游輪的12-15麗的范圍內(nèi)。取決于船舶的類型，對于船舶，例如現(xiàn)代游輪，會需要在6-llkV范圍內(nèi)的高連接電壓。為了將交流電源轉(zhuǎn)換為選定頻率和功率等級，例如整流器、逆變器和變壓器的一組設(shè)備必須安裝在碼頭的每個泊位，這對電源轉(zhuǎn)換的占地面積/空間施加了相當(dāng)大的需求，并且也導(dǎo)致對泊位處的活動的干擾。例如，當(dāng)集裝箱船只停泊在泊位時，起重機(jī)經(jīng)常在泊位的全程上運行以進(jìn)行裝載、卸載操作，這使得極大約束了至停泊船只的電氣連接的靈活性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于從交流電源向停泊在碼頭的泊位的船只供電的靈活電源系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)被適于在碼頭的空間約束。此目的是通過如權(quán)利要求1所限定的系統(tǒng)來實現(xiàn)的。這種系統(tǒng)包括整流器，其具有交流側(cè)和直流側(cè)，用于將來自交流電源的交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力，該交流側(cè)布置成連接到交流電源；以及用于向相應(yīng)船只供電的多個船只連接裝置，每個船只連接裝置置于一個所述泊位處并且包括逆變器和用于連接船只的船只連接器，該逆變器可配置成輸出在第一或第二頻率的交流電力。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接到整流器的直流側(cè)的直流配電網(wǎng)絡(luò)，以及該整流器置于距碼頭一距離處，并且每個逆變器連接到直流配電網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明的系統(tǒng)布局在每個泊位需要比較小的空間。整流器不需要定位在碼頭的每個泊位，而可以置于中央位置，例如置于主船只裝載區(qū)域之外。這意味著大量的設(shè)備可以置于其它位置，并且可以設(shè)置為遠(yuǎn)離這些終端，在終端有更多可用空間。由于整流器中央放置在距碼頭泊位區(qū)域一距離處并且直流配電網(wǎng)絡(luò)適于將電力向下配送到每個泊位的事實，本發(fā)明解決了由于空間約束引起的利用在碼頭增加有限的設(shè)備來為船只供電的靈活性的問題。因此從集裝箱裝載、處理和卸載貨物將不受干涉。利用布置在每個船只連接裝置中的逆變器，該系統(tǒng)使得有可能為船只提供可選擇的頻率。根據(jù)本發(fā)明，多終端直流配電網(wǎng)絡(luò)布置成將經(jīng)轉(zhuǎn)換的直流電力向下配送到泊位。 本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，其使得有可能經(jīng)由相應(yīng)整流器將具有不同電壓和功率能力的若干交流電源連接到直流配電系統(tǒng)。例如，除了主電網(wǎng)，本地風(fēng)力電源也可以經(jīng)由第二整流器連接到直流配電網(wǎng)絡(luò)。以此方式，實現(xiàn)了該系統(tǒng)的模塊化。根據(jù)本發(fā)明的實施例，直流配電網(wǎng)絡(luò)適于配送高于IkV的電壓等級的電力，從而實現(xiàn)高效的配電。利用高電壓直流配電的優(yōu)點在于它減小了功率損耗。利用高壓連接，利用更少的線纜實現(xiàn)相同量的電力，這使得在連接過程中更為容易。例如，高壓線纜使得有可能傳送是相同尺寸的正常400伏特線纜25倍的電力。因此，實現(xiàn)了高效的配電。直流電網(wǎng)也實現(xiàn)了無電磁場的環(huán)境。直流配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步包括包含線纜、到(多個)整流器和逆變器的線纜連接以及直流斷路器或開關(guān)的直流配電電網(wǎng)。利用直流配電電網(wǎng)的優(yōu)點在于，有可能附加地減小線纜損耗。然而，簡單的直流母線也可應(yīng)用于配送直流電力。根據(jù)本發(fā)明的實施例，整流器為單向或雙向整流器。利用雙向整流器的優(yōu)點在于， 可以針對主電網(wǎng)的要求調(diào)整無功功率以實現(xiàn)期望的功率因數(shù)。由于對于船只而言不存在標(biāo)準(zhǔn)電壓等級，每個船只連接裝置包括布置在船只連接器和船只連接裝置的相應(yīng)逆變器之間的變壓器。變壓器可配置成提供在至少兩個電壓等級，例如6kV和IlkV的輸出。以此方式，在每個碼頭泊位可以獨立地選擇頻率和電壓等級兩者，使得可以向相應(yīng)船只提供適當(dāng)?shù)碾娏?。?yōu)點在于，變壓器被提供在置于每個泊位的每個船只連接裝置中，因為它允許到泊位的配電網(wǎng)絡(luò)中甚至更高的電壓，并且因此附加地減小功率損耗。根據(jù)本發(fā)明的實施例，每個船只連接裝置進(jìn)一步包括用于控制相應(yīng)逆變器的控制器。每個控制器包括用于接收每個船只的電力要求以及用于控制逆變器從而依照相應(yīng)船只的電力要求向該船只供電的裝置。應(yīng)理解，電力要求包含船只需要的電壓等級和/或在該船只上的電氣設(shè)備的頻率值。根據(jù)本發(fā)明的實施例，能量存儲器通過接口連接到直流配電網(wǎng)絡(luò)。接口實現(xiàn)能量存儲器與直流配電網(wǎng)絡(luò)的連接和斷開。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接到第二交流電源的第二整流器以及主控制器，該主控制器包括用于接收每個船只的電力要求的輸入裝置；用于接收每個交流電源的可用電源的輸入裝置；電力潮流管理機(jī)構(gòu)，其用于確定需要的來自每個整流器的有功功率從而平衡船只的電力要求，并用于提供電力潮流協(xié)調(diào)，以及用于基于所確定的有功功率需求和一個或多個優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)來確定用于連接到交流電源的整流器以及逆變器的一組參考值；以及輸出裝置，其用于將有功和無功功率的這組參考值傳遞到交流電源和逆變器。
在能量存儲器連接到直流配電網(wǎng)絡(luò)的情形中，主控制器優(yōu)選地可操作地連接到接口并且適于控制接口，以使得能量存儲器存儲過剩能量并且在需要能量為船只供電時傳送
能量°


現(xiàn)在將通過對本發(fā)明不同實施例的描述并參考附圖，更密切地解釋本發(fā)明。圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的系統(tǒng)的配置，其中整流器連接到交流電源并且中央地放置在距碼頭一距離的位置，直流配電電網(wǎng)連接為將經(jīng)轉(zhuǎn)換的直流電力向下傳輸?shù)酱a頭的泊位，并且若干船只連接裝置適于依照船只的電力要求轉(zhuǎn)換直流電力。圖2示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的系統(tǒng)的另一配置，其中該直流母線用于將經(jīng)轉(zhuǎn)換的直流電力向下傳輸?shù)酱a頭的泊位。圖3示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的系統(tǒng)的第三配置，其中圖1所示的每個船只連接裝置進(jìn)一步包括控制器。圖4示出根據(jù)本發(fā)明又一實施例的系統(tǒng)的第四配置，其中該系統(tǒng)附加地包括連接到其它三個交流電源的三個整流器，適于協(xié)調(diào)電力潮流的主控制器。
具體實施例方式圖1示出系統(tǒng)的第一配置，該系統(tǒng)包括交流電源、具有交流側(cè)和直流側(cè)的整流器1 以及直流配電網(wǎng)絡(luò)9和四組船只連接裝置。在此實例中，交流電源為頻率為50Hz或60Hz的主電網(wǎng)。整流器1設(shè)有電網(wǎng)連接， 該電網(wǎng)連接進(jìn)一步包括變壓器5，該變壓器的輸入側(cè)連接到主電網(wǎng)。整流器1的交流側(cè)連接到變壓器5的輸出側(cè)。變壓器和整流器一起被選擇以提供在電網(wǎng)連接處供應(yīng)的電力到直流電壓等級的高效轉(zhuǎn)換和整流，優(yōu)選地直流電壓等級具有高于IkV的等級，從而減小輸電期間的功率損耗。整流器的直流側(cè)連接到直流配電網(wǎng)絡(luò)(以直流配電電網(wǎng)9為示例)，從而將經(jīng)轉(zhuǎn)換的直流電力傳送到船只。直流配電電網(wǎng)9包含直流母線、線纜和比如直流斷路器和 /或開關(guān)的開關(guān)設(shè)備(未在圖中標(biāo)注)。開關(guān)設(shè)備適于通過在故障情況下斷開和/或隔離負(fù)載而保護(hù)直流電網(wǎng)。向下到泊位區(qū)域，四組船只連接裝置被提供在每個碼頭泊位A-D處，每個碼頭泊位包含逆變器11-14、變壓器17-20和船只連接器(圖中未示出)。每個逆變器適于在可選擇的頻率，例如50或60Hz，向船只遞送電力，而針對適合于連接到該船只連接裝置的船只的電壓等級設(shè)定每個變壓器17-20的尺寸，并且是適合于轉(zhuǎn)換所選擇頻率的選定類型。這種電壓等級是在5-25kV的范圍內(nèi)。在此實施例中，每個變壓器17-20布置成為在岸上的電網(wǎng)和在船只上的電氣系統(tǒng)之間的最后一個鏈接，從而形成電網(wǎng)之間的電流隔離。利用這種裝置，有可能減小故障電流，以及在船上的潛在故障，船舶將不會影響附近連接的船舶，從而使得故障的傳播得以防止。對于每個逆變器，可以布置本地控制器21-24，以用于從船只接收電力要求(比如頻率和電壓等級)，并且用于控制逆變器從而依照該電力要求供應(yīng)電力，如圖3所示。直流配電網(wǎng)絡(luò)可以是用于將直流電力向下傳送到碼頭的泊位區(qū)域的直流母線，如圖2所示。
在圖4中示出了第四配置，所述第四配置為圖1所示實施例的延伸。在這種配置中，由該系統(tǒng)提供若干電網(wǎng)連接，從而連接到具有不同電壓等級和不同電力容量的若干交流電源(AC-PS-l、AC-PS-2、AC-PS-3、AC-PS-4)。在此實例中，每個電網(wǎng)連接包含用于將交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力的整流器和變壓器。交流電源彼此之間并且與負(fù)載解耦。在此實例中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括主控制器10和經(jīng)由接口 16連接到直流配電電網(wǎng)9的能量存儲器15。如所示出，主控制器10可操作地連接到交流電源連接點，在變壓器1-4處連接到整流器5-8以及逆變器11-14。主控制器10也可操作地連接到能量存儲器15 (以電池能量存儲器為示例)的接口 16。主控制器10適于通過監(jiān)測提供交流電源到船只的能量存儲器接口 16、交流電網(wǎng)連接裝置1-8以及逆變器11-14而監(jiān)測直流配電電網(wǎng)9中的電力潮流， 并且適于協(xié)調(diào)整流器和逆變器，因此取決于負(fù)載需求和交流電源的電力容量而提供電力流協(xié)調(diào)，并且在不同交流電源提供裝置被連接時使能實現(xiàn)成本控制，從而使得實現(xiàn)輸入端和輸出端之間的有功功率之間的平衡以及無功功率的平衡。其還適于監(jiān)測系統(tǒng)的工作并且在故障情況下提供系統(tǒng)診斷。其還可適于控制電池能量存儲器的充電和放電，并且也可以控制變壓器的有載抽頭變換開關(guān)以獲得協(xié)調(diào)的電壓控制(例如，在使用二極管整流器的情況下)。在這種情況下，船只的電力要求可以通知到主控制器而不是相應(yīng)本地控制器，從而依照船只的電力要求向船只供應(yīng)電力。另外，如果一個所述整流器為雙向整流器，則該雙向整流器可適于以提供某種無功功率補(bǔ)償(在轉(zhuǎn)換器電流容量的極限內(nèi))，使得該系統(tǒng)合適于連接到弱電網(wǎng)而無需用于無功功率補(bǔ)償?shù)母郊友b置。因此，其中至少一個整流器是雙向的系統(tǒng)是有利的。具有經(jīng)由接口連接到直流電網(wǎng)的能量存儲器，這通過合適地適配主控制器或者可替換地在接口處的本地控制器而提供了使該系統(tǒng)作為UPS(不間斷電源)工作的能力。能量存儲器可以被適配從而增大負(fù)載能力以及提供電力“調(diào)峰”以及補(bǔ)償交流網(wǎng)絡(luò)中的電壓驟降。再者，它使得能實現(xiàn)島操作，并且可以突增(surge)船只電源的電壓穩(wěn)定性。如果在港灣(例如集裝箱終端)中存在起重機(jī)，它們可以連接到同一個直流配電網(wǎng)絡(luò)并且再生制動可以被實施，因此將過剩電力發(fā)送到所提出的直流電網(wǎng)或能量存儲器中，并且致使港灣設(shè)施的能量效率增大。本發(fā)明的某些其它優(yōu)點可以概述如下。使用直流配電電網(wǎng)將來自交流網(wǎng)絡(luò)的電力配送到船只連接裝置具有若干優(yōu)點，例如將交流電網(wǎng)與負(fù)載解耦，使得該系統(tǒng)針對干擾具有魯棒性，以及它們也可以彼此解耦，因此它們是獨立的并且交流電源可以具有變化且不同的電壓等級。再者，在船只連接處僅具有逆變器和變壓器節(jié)約了空間，因為用于交流電源的電網(wǎng)連接可以置于距碼頭一距離處， 從而不占據(jù)寶貴的工作區(qū)域，即，變壓器和整流器置于碼頭區(qū)域之外。在交流電網(wǎng)連接處使用至少一個雙向整流器對于智能系統(tǒng)是有幫助的，使得直流電網(wǎng)的電力需求和/或交流電網(wǎng)的電力容量可以更容易和更靈活地得以處理。這些整流器可以由該系統(tǒng)作為逆變器來操作并且執(zhí)行電網(wǎng)的功率因數(shù)校正。整流器也可以作為逆變器來操作以用于執(zhí)行相應(yīng)交流電網(wǎng)的有源諧波濾波。另一優(yōu)點在于，即使當(dāng)使用有源整流器時，可用的電網(wǎng)連接點是弱的，仍可以實施港灣的電氣化。應(yīng)理解，上述系統(tǒng)同樣可應(yīng)用于當(dāng)交流電源的頻率為50Hz時以及當(dāng)交流電源的
6頻率為60Hz時，在50Hz和/或60Hz的頻率進(jìn)行供電。參考一些實施例在上文總體上描述了本發(fā)明。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所容易理解，在如所附專利權(quán)利要求定義的本發(fā)明范圍之內(nèi)上文公開實施例以外的實施例同樣是有可能的。A. 一種用于從主電網(wǎng)向停泊在相應(yīng)泊位的多個船只供電的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括整流器，其用于將來自電網(wǎng)的交流電力轉(zhuǎn)換為直流(DC)，直流電網(wǎng)，其連接到所述整流器的直流輸出端，多個船只連接裝置，其用于向相應(yīng)船只傳送電力，其中每個船只連接裝置包括具有連接到直流電網(wǎng)的輸入端的逆變器，所述逆變器可配置成輸出在第一或第二頻率的交流電力，每個船只連接裝置布置成向相應(yīng)船只供應(yīng)所述交流電力。B.根據(jù)項A所述的系統(tǒng)，包括多個整流器，其用于將來自電網(wǎng)的交流電力轉(zhuǎn)換為到所述直流電網(wǎng)的直流(DC)。C.根據(jù)項A所述的系統(tǒng)，其中每個船只連接裝置包括布置在所述逆變器和船只連接器之間的變壓器。D.根據(jù)項A-C所述的系統(tǒng)，其中每個變壓器設(shè)有在兩個電壓等級的輸出端。E.根據(jù)項A-D所述的系統(tǒng)，包含用于控制逆變器的控制器。F.根據(jù)項E所述的系統(tǒng)，其中所述控制器包括用于接收每個船只的電力要求以及用于依照船只的電力要求來控制該系統(tǒng)以向相應(yīng)船只供應(yīng)電力的裝置。G.根據(jù)項F所述的系統(tǒng)，其中所述電力要求包含電壓等級。H.根據(jù)項F或G所述的系統(tǒng)，其中所述電力要求包含頻率。I.根據(jù)前述項A-H其中任意一項所述的系統(tǒng)，其中該逆變器是可控制的以實現(xiàn)與所述主電網(wǎng)有關(guān)的期望的無功功率。J.根據(jù)項E至I其中任意一項所述的系統(tǒng)，其中每個所述逆變器從所述控制器接收關(guān)于輸出交流電力的頻率的數(shù)據(jù)。K.根據(jù)前述各項其中任意一項的系統(tǒng)，其中每個所述逆變器從在所述船只連接裝置處的相應(yīng)控制器接收關(guān)于輸出交流電力的頻率的數(shù)據(jù)?！N用于向停泊在相應(yīng)泊位的多個船只供電的方法，該方法包括下述步驟從主電網(wǎng)向用于將來自電網(wǎng)的交流電力轉(zhuǎn)換為到直流電網(wǎng)的直流(DC)的整流器饋送電力，使用多個逆變器將來自所述直流電網(wǎng)的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力，每個逆變器置于相應(yīng)船只連接裝置處，每個所述逆變器可配置成依照相應(yīng)船只的頻率要求在第一頻率或第二頻率輸出交流電力。
權(quán)利要求
1.一種用于從交流電源(AC-PS-I)向船只供電的系統(tǒng)，每個船只停泊在碼頭的相應(yīng)泊位(A、B、C、D)，所述系統(tǒng)包括整流器(5)，其具有交流側(cè)和直流側(cè)，用于將來自交流電源的交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力，該交流側(cè)布置成連接到交流電源，以及用于向相應(yīng)船只供電的多個船只連接裝置，每個船只連接裝置置于所述泊位其中之一處，并且包括逆變器(11、12、13、14)和用于連接該船只的船只連接器，該逆變器可配置成輸出在第一或第二頻率的交流電力，其特征在于，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接到整流器的直流側(cè)的直流配電網(wǎng)絡(luò)(9)，以及該整流器置于距碼頭一距離處，并且每個逆變器連接到所述直流配電網(wǎng)絡(luò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述直流配電網(wǎng)絡(luò)適于在高于IkV的電壓等級配送電力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述直流配電網(wǎng)絡(luò)包括直流配電電網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述直流配電電網(wǎng)包含線纜、到整流器和逆變器的線纜連接以及直流斷路器或開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述整流器為單向的和雙向的中的任一類型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中每個船只連接裝置進(jìn)一步包括布置在船只連接裝置的船只連接器和逆變器之間的變壓器(17，18，19，20)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述變壓器適于至少在兩個電壓等級提供輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中每個船只連接裝置進(jìn)一步包括用于控制相應(yīng)逆變器的控制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中每個所述控制器包括用于接收每個船只的電力要求以及用于依照所述船只的電力要求控制逆變器以向相應(yīng)船只供電的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述電力要求包含電壓等級。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述電力要求包含頻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中能量存儲器通過接口連接到直流配電網(wǎng)絡(luò)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接到第二交流電源 (AC-PS-2、AC-PS-3、AC-PS-4)的第二整流器(6、7、8)以及主控制器，該主控制器包括用于接收每個船只的電力要求的輸入裝置，用于接收每個交流電源的可用電源的輸入裝置，電力潮流管理機(jī)構(gòu)，其用于確定從每個整流器需要的有功功率以平衡船只的電力要求并用于提供電力潮流協(xié)調(diào)，以及用于基于所確定的有功功率需求和一個或多個優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)， 確定連接到交流電源的整流器以及逆變器的一組參考值，以及輸出裝置，其用于將有功和無功功率的這組參考值傳遞到交流電源和逆變器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于從交流電源(AC-PS-1)向船只供電的系統(tǒng)，每個船只停泊在碼頭的相應(yīng)泊位(A、B、C、D)，所述系統(tǒng)包括整流器(5)，其具有交流側(cè)和直流側(cè)，用于將來自交流電源的交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力，該交流側(cè)布置成連接到交流電源；以及用于向相應(yīng)船只供電的多個船只連接裝置，每個船只連接裝置置于一個所述泊位處并且包括逆變器(11、12、13、14)和用于連接船只的船只連接器，該逆變器可配置成輸出在第一或第二頻率的交流電力。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接到整流器的直流側(cè)的直流配電網(wǎng)絡(luò)(9)，以及該整流器置于距碼頭一距離處，并且每個逆變器連接到直流配電網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號H02J3/36GK102246381SQ200980150123
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者A·桑尼諾, G·德梅特里亞德斯, L·乎爾特維斯特, O·約森 申請人:Abb研究有限公司