用于變頻驅(qū)動裝置的熱備電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于變頻驅(qū)動裝置的熱備電源。提供了一種用于浮船的變頻驅(qū)動裝置的熱備電源。所述變頻驅(qū)動裝置能夠給所述浮船的電動機(jī)供電。所述熱備電源具有用于從所述浮船的主電源接收電力的電力輸入端。它進(jìn)一步具有配置成以第一電壓電平將電力供應(yīng)給所述變頻驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)換器電力輸入端的第一電連接和配置成以第二電壓電平將電力供應(yīng)給所述變頻驅(qū)動裝置的控制電力輸入端的第二電連接。所述第一電壓電平高于所述第二電壓電平。變壓器被進(jìn)一步提供用于將接收到的電力變換為所述第一電壓電平或者變換為所述第二電壓電平。
【專利說明】用于變頻驅(qū)動裝置的熱備電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于浮船的尤其是動力定位船的變頻驅(qū)動裝置的熱備電源(hotstandby power supply)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種包括這種熱備電源的對應(yīng)驅(qū)動系統(tǒng),并且涉及一種操作熱備電源的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如鉆井船、浮式平臺、鉆井半潛水船、FPSO (浮式生產(chǎn)存儲和卸載船)等等之類的一些類型的浮船使用其中螺旋槳被電動機(jī)驅(qū)動的電推進(jìn)系統(tǒng)。示例包括船的方位推進(jìn)器，其包括布置在罐中的電動機(jī)，所述電動機(jī)被直接地連接到螺旋槳。電力一般地例如通過耦合到柴油發(fā)動機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)在這種船上產(chǎn)生，并且通過船載電網(wǎng)被傳送到電動機(jī)以便驅(qū)動推進(jìn)器。這種船能夠包括對于操作需要電能的另外的電驅(qū)動裝置，包括起錨機(jī)驅(qū)動裝置、鉆井應(yīng)用的驅(qū)動裝置、絞車的驅(qū)動裝置等等，并且此外能夠包括操作輔助設(shè)備的電動機(jī)。
[0003]采用這種類型的電驅(qū)動裝置的海船一般地包括船載發(fā)電裝置，所述船載發(fā)電裝置例如通過上面提到的耦合到發(fā)電機(jī)的柴油發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)來產(chǎn)生所需要的電能。這種裝置為船提供主電源。如果發(fā)電裝置經(jīng)歷斷電，或者如果在船載電網(wǎng)中或在耦合到其的部件中存在故障，則船將喪失其主電源。
[0004]尤其是推進(jìn)器的電動機(jī)能夠被變頻驅(qū)動裝置驅(qū)動以便使得能實(shí)現(xiàn)速度控制。如果主電源的斷電發(fā)生了，則這些頻率轉(zhuǎn)換器將一般地在欠壓上跳閘，并且將不能工作持續(xù)該斷電的持續(xù)時(shí)間。此外，在船載發(fā)電裝置恢復(fù)操作之后，變頻驅(qū)動裝置需要特定啟動時(shí)間以恢復(fù)聯(lián)機(jī)并且以開始將電力供應(yīng)給電動機(jī)。重新啟動變頻驅(qū)動裝置一般地還包括諸如冷卻泵、風(fēng)扇、潤滑泵等等之類的所有輔助設(shè)備的啟動。用于重新啟動變頻驅(qū)動裝置的持續(xù)時(shí)間可能是顯著的。
[0005]盡管這種船的發(fā)電裝置被一般地設(shè)計(jì)成盡可能快地恢復(fù)電力，并且電驅(qū)動裝置被設(shè)計(jì)成盡可能快地重新啟動，但是在電驅(qū)動裝置能夠繼續(xù)操作之前可能存在顯著的延遲。長延遲特別對于具有電推進(jìn)系統(tǒng)的海船來說是不合需要的，因?yàn)橥七M(jìn)器驅(qū)動裝置的不可操作性可以導(dǎo)致位置和機(jī)動性的丟失。因此需要諸如設(shè)備類2 (DP2，例如DYNP0S-AUTR)或設(shè)備類 3 (DP3，例如 DYNP0S-AUTR0)等等(見頂O MSC/Circ.645，“Guidelines forvessels with dynamic positioning systems”)之類的較高分類的船操作動力定位系統(tǒng)在發(fā)電系統(tǒng)中具有特定冗余。發(fā)電系統(tǒng)可以例如被分成數(shù)個(gè)單獨(dú)的且獨(dú)立的子系統(tǒng)。對于DYNP0S-AUTR0分類或DPS3-分類，主接線被例如分成兩個(gè)或更多個(gè)不同的段，每段都被連接到發(fā)電機(jī)。在主配電母線的段之間提供的匯流條斷路器在3類操作期間應(yīng)該是打開的，以便使得一個(gè)段不被另一段中的斷電影響。
[0006]一般地由于推進(jìn)器用于在斷電之后恢復(fù)聯(lián)機(jī)所需要的時(shí)間太長而做出這個(gè)努力，原因之一是頻率轉(zhuǎn)換器需要啟動時(shí)間。用電力系統(tǒng)的分割段操作船使操作變得非常效率低的并且導(dǎo)致較高的燃料消耗以及因此導(dǎo)致增加的操作費(fèi)用。所以期望即使在設(shè)備類3 (DP3)操作中也用閉合的匯流條斷路器來操作。此外，同樣在具有配電母線的分割段和電網(wǎng)的這種系統(tǒng)中，期望在電網(wǎng)段中的斷電之后盡可能快地使頻率轉(zhuǎn)換器恢復(fù)聯(lián)機(jī)以便恢復(fù)船的安全操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，存在一種需要，即用于減輕上面所提到的缺點(diǎn)中的至少一些并且用于使在這期間變頻驅(qū)動裝置在斷電之后是不可用的時(shí)間盡可能短，即以便改善電氣驅(qū)動裝置在船的電力系統(tǒng)的斷電之后的恢復(fù)時(shí)間。
[0008]這個(gè)需要通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征來滿足。從屬權(quán)利要求描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0009]本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于浮船的變頻驅(qū)動裝置的熱備電源，所述變頻驅(qū)動裝置給浮船的電動機(jī)尤其是推進(jìn)器的電動機(jī)供電。浮船可以尤其是動力定位船。所述熱備電源包括:電力輸入端，其用于從浮船的主電源接收電力；第一電連接，其被配置成以第一電壓電平將電力供應(yīng)給變頻驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)換器電力輸入端；第二電連接，其被配置成以第二電壓電平將電力供應(yīng)給變頻驅(qū)動裝置的控制電力輸入端，其中所述第一電壓電平高于所述第二電壓電平；以及變壓器，其用于將接收到的電力變換為第一電壓電平或者變換為第二電壓電平。所述熱備電源進(jìn)一步包括用于存儲并且供應(yīng)電力的電力存儲單元。所述電力存儲單元被電力地連接以便能夠?qū)㈦娏?yīng)給第一電連接和第二電連接兩者。第一和第二電連接中的一個(gè)經(jīng)由用于分別提供第一電壓電平或第二電壓電平的變壓器被從電力存儲單元供應(yīng)。所述熱備電源進(jìn)一步包括適配成以這樣的方式來控制熱備電源的控制單元，即在操作中，在電力輸入端處接收到的電力經(jīng)由第一和第二電連接被提供給變頻驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)換器電力輸入端并且提供給變頻驅(qū)動裝置的控制電力輸入端，以及在采用來自主電源的電力的供應(yīng)中的中斷時(shí)，電力經(jīng)由第一和第二電連接被從電力存儲單元供應(yīng)給變頻驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)換器電力輸入端并且供應(yīng)給變頻驅(qū)動裝置的控制電力輸入端。
[0010]所述熱備電源因此提供了用于變頻驅(qū)動裝置(VFD)的電源，所述變頻驅(qū)動裝置需要來自主電源的僅一個(gè)電力輸入端，并且能夠?qū)⑦m當(dāng)?shù)碾娏μ峁┙o變頻驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)換器和控制器兩者。進(jìn)一步地，如果供應(yīng)給熱備電源的電力例如由于主電源的斷電而失敗了，則熱備電源(HSPS)繼續(xù)將電力提供給轉(zhuǎn)換器和控制器兩者，借此能夠確保變頻驅(qū)動裝置的持續(xù)的可用性。這允許VFD保持在備用狀態(tài)下，這確保VFD在恢復(fù)了主電源時(shí)的迅速重新啟動。
[0011 ] 在實(shí)施例中，所述變壓器可以是配置成提供從第一電壓電平到第二電壓電平的電壓轉(zhuǎn)換的降壓變壓器。在這種配置中，所述變壓器因此可以配備有在第一電壓電平處的電壓，所述電壓被同樣提供給用于轉(zhuǎn)換器電力輸入端的第一電連接，并且可以將這個(gè)電壓變換為被提供給用于VFD的控制電力輸入端的第二電連接的第二電壓電平。在另一配置中，所述變壓器可以是提供從第二電壓電平到較高的第一電壓電平的電壓轉(zhuǎn)換的升壓變壓器?？梢砸罁?jù)在HSPS的電力輸入端處接收到的電壓電平來選擇配置。
[0012]第一電壓電平可以例如位于約300 V至約1，000 V的范圍內(nèi)，它可以特別位于在約350 V與約700 V之間的范圍內(nèi)。示例是400 V或690 V。第二電壓電平可以位于在約100 V與約700 V之間尤其是在約100 V與約400 V之間的范圍中。第二電壓電平的特定示例包括 110 V,230 V,240 V 或 400 V。[0013]在實(shí)施例中，HSPS可以進(jìn)一步包括連接到HSPS的電力輸入端的第二變壓器，第二變壓器被配置成將在電力輸入端處接收到的電力從接收電壓電平轉(zhuǎn)換為第一電壓電平或第二電壓電平。作為示例，在其電力在電力輸入端處被接收的接收電壓電平可以是約690V，其中所述電壓被第二變壓器轉(zhuǎn)換為約400 V的電平，并且被第一變壓器轉(zhuǎn)換為約230 V的電平。所述電力存儲單元可以被電力地稱合到第二變壓器的二次側(cè)(secondary side)。由所述電力存儲單元所供應(yīng)的電力因此可能不需要再次通過第二變換器來轉(zhuǎn)換。
[0014]因此可以以不同于第一和第二電壓電平的電壓電平從主電源接收電力。
[0015]在實(shí)施例中，HSPS可以進(jìn)一步包括到變頻驅(qū)動裝置的輔助設(shè)備電力輸入端的第三電連接，其中輔助設(shè)備電力輸入端可以被電力地耦合到包括至少冷卻單元的變頻驅(qū)動裝置的一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備。所述熱備電源可以被配置成經(jīng)由第三電連接以第一電壓電平或者以第二電壓電平將電力供應(yīng)給輔助設(shè)備電力輸入端以便將電力提供給VFD的冷卻單元。因此，如果需要使VFD的部件例如包括在VFD中的轉(zhuǎn)換器冷卻，則能夠甚至在主電源的斷電之后操作提供這種冷卻的對應(yīng)冷卻單元。甚至這種VFD因此能夠在斷電期間保持在備用模式下并且能夠在主電源的返回之后立即重新啟動。優(yōu)選地，HSPS被配置成以第一電壓電平將電力提供給VFD的輔助設(shè)備電力輸入端。
[0016]在實(shí)施例中，從主電源接收到的電力是AC電力，并且電力存儲單元包括DC電力存儲元件和轉(zhuǎn)換器。所述轉(zhuǎn)換器能夠被配置成將接收到的AC電力轉(zhuǎn)換為DC電力以便對電力存儲單元的存儲元件進(jìn)行充電，并且配置成當(dāng)電力存儲單元將電力供應(yīng)給第一和第二電連接時(shí)，即當(dāng)VFD被從電力存儲單元饋給時(shí)在主電源的斷電期間將由存儲元件所供應(yīng)的DC電力轉(zhuǎn)換為AC電力。
[0017]DC電力存儲元件(簡稱:存儲元件)例如可以是電池、電容器組或其組合。電力存儲單元的轉(zhuǎn)換器可以是逆變器/整流器，其在一個(gè)操作模式下作為用于對電力存儲元件進(jìn)行充電的整流器，并且在另一操作模式下當(dāng)從存儲元件汲取電力時(shí)作為逆變器。在其他實(shí)施例中，它可以是具有中間DC鏈路的全轉(zhuǎn)換器(包括鎮(zhèn)流器和逆變器)，所述電力存儲元件被耦合到所述中間DC鏈路，并且通過所述中間DC鏈路在電力輸入端處接收到的電力在HSPS的正常操作期間流動。
[0018]在實(shí)施例中，HSPS進(jìn)一步包括朝變頻驅(qū)動裝置的控制器的通信鏈路，所述通信鏈路被配置成使得能實(shí)現(xiàn)HSPS的控制器與VFD的控制器之間的通信。借助于這種通信鏈路，例如可以確保在主電源的中斷時(shí)，VFD停止積極地驅(qū)動相關(guān)電動機(jī)但以最小功率消耗保持在備用狀態(tài)下。此外，在主電源恢復(fù)聯(lián)機(jī)之后能夠控制VFD的重新啟動。HSPS的控制器能夠被配置成交換相應(yīng)的信息和指令以實(shí)現(xiàn)這些功能。在其他實(shí)施例中，僅單個(gè)控制器可以被提供用于控制HSPS和VFD兩者，從而使這種通信鏈路成為可以省略的。
[0019]作為示例，HSPS的控制器可以被配置成在經(jīng)由通信鏈路接收到VFD的轉(zhuǎn)換器的DC鏈路上的電壓降在電壓門限以下的指示時(shí)開始將電力從電力存儲單元供應(yīng)給VFD。作為示例，VFD的控制器可以將其轉(zhuǎn)換器的DC鏈路上的電壓電平傳送到HSPS的控制器，或者它可以傳送錯(cuò)誤消息、觸發(fā)消息等等。另一方面，HSPS的控制器還能夠被配置成在它本身例如通過檢測電力輸入端上的電壓電平、或者通過從船電力網(wǎng)絡(luò)或電網(wǎng)接收對應(yīng)的指示(例如消息)來確定主電源的中斷時(shí)開始從電力存儲單元供應(yīng)電力。在其他實(shí)施例中，所述電力存儲單元可以在沒有控制器交互的情況下，例如當(dāng)所述電力存儲單元包括具有電力存儲元件(像上面所描述的那樣)被耦合到的中間DC鏈路的轉(zhuǎn)換器并且在中間DC鏈路上的電壓由于主電源中的中斷而下降時(shí)開始自動地供應(yīng)電力。
[0020]同時(shí)，HSPS的控制器可以經(jīng)由通信鏈路將對應(yīng)的消息發(fā)送到VFD的控制器以停止將電力供應(yīng)給連接到VFD的電動機(jī)。結(jié)果，由HSPS在第一電連接上供應(yīng)給VFD的電力能夠被用來將VFD的轉(zhuǎn)換器的DC鏈路上的電壓電平維持在門限電壓以上，以便使得能實(shí)現(xiàn)VFD的快速重新啟動。
[0021]在實(shí)施例中，HSPS的控制器可以被配置成在第一時(shí)間量之后或者在預(yù)定條件滿足了之后終止電力從電力存儲單元到VFD的轉(zhuǎn)換器電力輸入端或控制電力輸入端中的至少一個(gè)的供應(yīng)。所述第一時(shí)間量例如可以是預(yù)設(shè)的固定時(shí)間段，其可以通過由HSPS所供應(yīng)的VFD的類型和電力存儲單元的存儲容量來確定。預(yù)定條件可以通過特定事件，例如通過下降至特定門限以下(例如在約25 %、20 %、15 %、10 %等等的充電電平以下)的電力存儲單元的充電電平來動態(tài)地確定。這再次可能取決于在電力存儲單元中使用的存儲元件的類型和容量，并且取決于由VFD在熱備操作期間所汲取的電力，在所述熱備操作中電力存儲單元將電力供應(yīng)給VFD。確定在其之后電力從存儲單元的供應(yīng)被停止的時(shí)間的量或條件的其他可能性是同樣可以想象的。特別地，可以最晚在存儲在電力存儲單元中的電能的量仍然足夠大到使得能夠從所存儲的電力重新啟動VFD處在的時(shí)間點(diǎn)處停止采用電力的供應(yīng)(它當(dāng)然可以較早地停止)。在其他實(shí)施例中，所述控制器可以被配置以便使得電源僅當(dāng)在電力存儲單元中存儲的電力已耗盡時(shí)被停止。
[0022]在另一實(shí)施例中，執(zhí)行上面描述的功能的控制器可以未被包括在HSPS中，但可以被布置在VFD中。特別地，所述控制器可以是能夠被配置成提供所描述的功能性的VFD控制器。
[0023]所述控制器可以被配置成在接收到采用來自主電源的電力的供應(yīng)將恢復(fù)的指示時(shí)、尤其是在接收到關(guān)于正被供應(yīng)給主電源的發(fā)電機(jī)的啟動信號的指示時(shí)重新啟動將電力從電力存儲單元供應(yīng)給至少變頻驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)換器電力輸入端。HSPS因此已經(jīng)能夠與主電源恢復(fù)聯(lián)機(jī)并行地重新啟動VFD。它特別能夠?qū)㈦娏?yīng)給轉(zhuǎn)換器電力輸入端以便對VFD的轉(zhuǎn)換器的DC鏈路的電容進(jìn)行預(yù)充電，以便使得在電力在電力輸入端處從主電源被再次接收到之后VFD的操作能夠立即恢復(fù)。因此能夠避免在常規(guī)系統(tǒng)中可能是顯著的VFD的附加的重新啟動時(shí)間。通過電力網(wǎng)絡(luò)被發(fā)送到發(fā)電機(jī)的啟動命令是主電源不久將恢復(fù)聯(lián)機(jī)的特別好的指示。
[0024]在實(shí)施例中，HSPS此外可以包括用于從主電源接收輔助設(shè)備電力的輔助設(shè)備電力輸入端，并且此外可以包括到VFD的非必要輔助設(shè)備輸入端的另外的電連接，所述HSPS被配置成將經(jīng)由另外的電連接在輔助設(shè)備電力輸入端處接收到的電力提供給VFD的非必要輔助設(shè)備輸入端。
[0025]HSPS此外可以包括用于接收關(guān)閉信號的通信輸入端，并且可以被配置成在經(jīng)由所述接口接收到關(guān)閉命令時(shí)至少斷開電力存儲單元的能量存儲元件，并且可以優(yōu)選地被配置成在接收到這種命令時(shí)關(guān)閉HSPS。
[0026]HSPS可以包括用于以第二電壓電平將電力提供給另外的用電設(shè)備、尤其是用于將電力提供給另外的設(shè)備的控制器的另外的電連接，所述控制器諸如VFD變壓器的控制器、連接到VFD的電動機(jī)的控制器等等。出于這個(gè)目的，HSPS可以包括用于提供這種電連接的附加的連接端子。在內(nèi)部，HSPS的這些端子能夠被并聯(lián)連接到第二電連接。其他配置是無疑可以想象的，例如另外的電連接從在HSPS外部的第二電連接的分支。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例，提供了包括用于給浮船的電動機(jī)尤其是浮船的推進(jìn)器的電動機(jī)供電的變頻驅(qū)動裝置的驅(qū)動系統(tǒng)。所述變頻驅(qū)動裝置包括具有DC鏈路的轉(zhuǎn)換器、用于控制變頻驅(qū)動裝置的控制器、用于將電力供應(yīng)給轉(zhuǎn)換器并且供應(yīng)給DC鏈路的轉(zhuǎn)換器電力輸入端、以及用于將電力供應(yīng)給變頻驅(qū)動裝置的控制器的控制器電力輸入端。所述驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)一步包括根據(jù)上面概述的配置中的任一個(gè)的熱備電源。熱備電源的第一電連接被電力地連接到轉(zhuǎn)換器電力輸入端，并且熱備電源的第二電連接被電力地連接到控制器電力輸入端。因此可以實(shí)現(xiàn)緊湊且易于連接的驅(qū)動系統(tǒng)，這能夠在主電源的中斷情況下在特定時(shí)間段期間將變頻驅(qū)動裝置維持在備用狀態(tài)下。此外，在主電源的中斷情況下所需要的不同類型的電源之間不存在切換。此外，采用到熱備電源的僅單個(gè)電力連接，變頻驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)換器(尤其是其DC鏈路)和控制器能夠配備有電力。
[0028]在實(shí)施例中，所述驅(qū)動系統(tǒng)是動力定位船的驅(qū)動系統(tǒng)，并且變頻驅(qū)動裝置被配置成將電力供應(yīng)給動力定位船的推進(jìn)器的電動機(jī)。這在動力定位船的電源的斷電之后允許推進(jìn)器的快速重新啟動，從而確保船的安全定位。此外，為變頻驅(qū)動裝置提供熱備可以用電力系統(tǒng)的諸段之間的閉合匯流條斷路器使得能實(shí)現(xiàn)這種動力定位船在設(shè)備類3 (DP3)模式下的操作，因?yàn)槟軌蝻@著地降低在電力系統(tǒng)的斷電之后重新啟動動力定位船的推進(jìn)器所需要的時(shí)間。
[0029]在實(shí)施例中，所述變頻驅(qū)動裝置進(jìn)一步包括連接在轉(zhuǎn)換器電力輸入端與該轉(zhuǎn)換器之間的充電變壓器。所述充電變壓器因此可以供應(yīng)適于對轉(zhuǎn)換器的DC鏈路中的電容進(jìn)行充電的電壓。在其他實(shí)施例中，這種充電變壓器可以不被提供，或者可以被提供在不同的單元中，例如在HSPS中。
[0030]在另外的實(shí)施例中，所述變頻驅(qū)動裝置包括特別用于使轉(zhuǎn)換器的部件冷卻的冷卻單元，其中驅(qū)動系統(tǒng)包括熱備電源與變頻驅(qū)動裝置之間的電連接從而使得能實(shí)現(xiàn)電力從電力存儲單元到冷卻單元的供應(yīng)。該電連接可以是附加的第三電連接，或者它可以是經(jīng)由其電力被傳送到冷卻單元的第一或第二電連接。在主電源的斷電之后使VFD的轉(zhuǎn)換器保持可操作或者重新啟動轉(zhuǎn)換器可能需要冷卻單元的操作，所述冷卻單元能夠包括冷卻泵和/或冷卻單元控制器，以及用于在斷電情況下操作這些的電力可以經(jīng)由電連接通過HSPS尤其是通過HSPS的電能存儲單元來提供。取決于配置，經(jīng)由電連接所提供的電力能夠在第一電壓電平或第二電壓電平處，或者它可以在得自第一或第二電壓電平的第三電壓電平處。在正常操作中，冷卻單元可以經(jīng)由HSPS和HSPS的電力輸入端并且經(jīng)由所述電連接來接收電力。
[0031]在實(shí)施例中，VFD可以進(jìn)一步包括冷卻單元控制器，并且所述驅(qū)動系統(tǒng)可以被配置成能夠以第二電壓電平將電力從HSPS供應(yīng)給VFD控制器和冷卻單元控制器兩者。VFD的冷卻系統(tǒng)的控制器可以例如經(jīng)由第二電連接而供應(yīng)有電力。
[0032]在實(shí)施例中，VFD包括用于在操作中使VFD冷卻的冷卻單元以及冷卻單元控制器，其中HSPS的控制器被配置成在HSPS經(jīng)由第一和第二電連接將電力從其電力存儲單元提供給VFD時(shí)停止冷卻單元的操作。這可以例如通過經(jīng)由上面提到的通信鏈路發(fā)送對應(yīng)的指令來實(shí)現(xiàn)。因此可以降低電能通過VFD在備用模式下的使用。[0033]在一些實(shí)施例中，HSPS的控制器可以被布置在容納HSPS的主部件的相同物理單元內(nèi)。在其他實(shí)施例中，HSPS控制器可以被布置在另一單元中，例如在HSPS被連接到的VFD內(nèi)。在一些實(shí)施例中，HSPS的控制器可以與VFD的控制器相同，或者可以是VFD的控制器的一部分。單個(gè)控制器因此可以被提供用于控制VFD和HSPS，并且這種控制器可以位于單元中或者在另一位置處，例如在控制室等等中。
[0034]在實(shí)施例中，所述驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)一步包括變頻驅(qū)動裝置柜，變頻驅(qū)動裝置被安裝在所述變頻驅(qū)動裝置柜中。它進(jìn)一步包括熱備電源柜，熱備電源被安裝在所述熱備電源柜中。熱備電源柜被安裝與變頻驅(qū)動柜相鄰。具有小占位面積并且易于連接的緊湊驅(qū)動系統(tǒng)因此能夠被實(shí)現(xiàn)以便給浮船的電動機(jī)尤其是推進(jìn)器的電動機(jī)供電。VFD柜和HSPS柜能夠被安裝在公共框架上。
[0035]在實(shí)施例中，所述驅(qū)動系統(tǒng)此外可以被配置成在主電源的中斷時(shí)提供動能緩沖。VFD例如可以被配置成接收由耦合到VFD的電動機(jī)所生成的電力，以便轉(zhuǎn)換所接收到的電力并且以便將它提供給轉(zhuǎn)換器的DC鏈路以便將該DC鏈路上的電壓維持在預(yù)定電壓電平以上。因此可以增加在這期間能夠在備用模式下操作VFD的持續(xù)時(shí)間。
[0036]在另外的實(shí)施例中，HSPS的控制器可以被配置成在主電源的中斷之后和在電力通過動能緩沖給VFD的供應(yīng)已經(jīng)下降至預(yù)定電平以下或者已經(jīng)停止之后開始將電能從電力存儲單元供應(yīng)給VFD。因此可以延長用于VFD的備用操作的時(shí)間。再次，在其他實(shí)施例中，VFD的控制器可以被配置以便提供這個(gè)功能性。
[0037]注意，轉(zhuǎn)換器電力輸入端在優(yōu)選實(shí)施例中不是VFD的主操作電力輸入端，經(jīng)由VFD的主操作電力端電力被供應(yīng)給VFD以便操作連接到其的電動機(jī)。相反地，VFD的轉(zhuǎn)換器電力輸入端被耦合到VFD的轉(zhuǎn)換器的DC鏈路以便對DC鏈路進(jìn)行預(yù)充電。它可以在這種實(shí)施例中還被稱作轉(zhuǎn)換器預(yù)充電電力輸入端。HSPS因此可以構(gòu)成將輔助電力供應(yīng)給VFD的電源，而不是主操作電源。
[0038]在另一實(shí)施例中，提供了操作熱備電源以便將電力供應(yīng)給變頻驅(qū)動裝置的方法。所述方法包括以下步驟:在熱備電源的電力輸入端處從主電源接收電力；經(jīng)由第一電連接以第一電壓電平將電力提供給變頻驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)換器電力輸入端；經(jīng)由第二電連接以第二電壓電平將電力提供給變頻驅(qū)動裝置的控制器電力輸入端，所述第一電壓電平高于所述第二電壓電平；以及借助于變壓器將所接收到的電力變換為第一電壓電平或者變換為第二電壓電平。所述方法包括以下另外的步驟:將接收到的電力提供給電力存儲單元以便對該電力存儲單元進(jìn)行充電；檢測采用通過主電源的電力的供應(yīng)中的中斷；以及經(jīng)由所述第一電連接和所述第二電連接將電力從電力存儲單元供應(yīng)給變頻驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)換器電力輸入端并且供應(yīng)給變頻驅(qū)動裝置的控制器電力輸入端，第一和第二電連接中的一個(gè)經(jīng)由用于提供相應(yīng)的第一電壓電平或第二電壓電平的變壓器而供應(yīng)有電力。
[0039]借助于這個(gè)方法，可以實(shí)現(xiàn)與相對于熱備電源或驅(qū)動系統(tǒng)的實(shí)施例上面進(jìn)一步概述的優(yōu)點(diǎn)類似的優(yōu)點(diǎn)。在所述方法的實(shí)施例中，方法可以包括另外的步驟，包括相對于HSPS和驅(qū)動系統(tǒng)上面所描述的步驟。可以在HSPS或驅(qū)動系統(tǒng)上用上面概述的配置中的任一個(gè)來執(zhí)行所述方法。
[0040]在實(shí)施例中，所述方法可以進(jìn)一步包括借助于動能緩沖在從電力存儲單元將電力提供給VFD之前將電力提供給VFD的轉(zhuǎn)換器(尤其是給轉(zhuǎn)換器的DC鏈路)的步驟。所述方法可以進(jìn)一步包括將電力提供給VFD的轉(zhuǎn)換器電力輸入端直到耦合到轉(zhuǎn)換器電力輸入端的轉(zhuǎn)換器的DC鏈路的電壓已經(jīng)達(dá)到預(yù)定預(yù)充電電壓設(shè)定點(diǎn)為止，以及在DC鏈路上的電壓電平已經(jīng)達(dá)到預(yù)充電電壓設(shè)定點(diǎn)之后停止電力給轉(zhuǎn)換器電力輸入端的供應(yīng)的步驟。所述方法可以進(jìn)一步包括在DC鏈路上的電壓電平下降到預(yù)定電壓門限時(shí)開始將電力從電力存儲單元提供給VFD的轉(zhuǎn)換器電力輸入端的步驟。所述方法可以進(jìn)一步包括在預(yù)定時(shí)間量之后或者當(dāng)預(yù)定條件滿足了時(shí)例如在電力存儲單元中剩余的電能下降到預(yù)定電平之后停止將電力從電力存儲單元供應(yīng)給VFD的步驟。
[0041 ] 在實(shí)施例中，所述方法可以進(jìn)一步包括在接收到采用來自主電源的電力的供應(yīng)將恢復(fù)的指示、尤其是接收到關(guān)于正被供應(yīng)給主電源的發(fā)電機(jī)的啟動信號的指示時(shí)重新啟動以將電力從電力存儲單元供應(yīng)給VFD的轉(zhuǎn)換器電力輸入端的步驟。這樣，VFD能夠被帶進(jìn)其中它與主電源被恢復(fù)聯(lián)機(jī)并行地為操作做好準(zhǔn)備的狀態(tài)。
[0042]除非相反地指出，否則上面所提到的實(shí)施例和仍然待在下面說明的那些的特征能夠與彼此組合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合附圖閱讀的以下【具體實(shí)施方式】中將變得更顯而易見。在圖中，相同的附圖標(biāo)記指的是相同的元件。
[0044]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的浮船的電力系統(tǒng)的示意圖。
[0045]圖2是示出了在主電源中的斷電時(shí)轉(zhuǎn)換器的DC鏈路上的DC電壓下降的圖。
[0046]圖3是示出了當(dāng)動能緩沖是可用的時(shí)在主電源的斷電之后轉(zhuǎn)換器的DC鏈路上的電壓的圖。
[0047]圖4是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的流程圖。
[0048]圖5是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的流程圖。
[0049]圖6是示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的驅(qū)動系統(tǒng)和熱備電源的示意圖。
[0050]圖7是示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的熱備電源的示意圖。
[0051]圖8是示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的驅(qū)動系統(tǒng)的物理配置的示意圖。
[0052]圖9是示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例當(dāng)電力被從熱備電源供應(yīng)時(shí)隨著時(shí)間的推移轉(zhuǎn)換器的DC鏈路的電壓的圖。
[0053]圖10是示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例當(dāng)轉(zhuǎn)換器被與主電源的啟動并行地帶進(jìn)操作狀態(tài)時(shí)在主電源的斷電之后轉(zhuǎn)換器的DC鏈路上的電壓的圖。
[0054]圖11是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055]在下文中，將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，實(shí)施例的以下描述被給出僅用于說明的目的，并且將不在限制性意義上進(jìn)行。
[0056]圖僅僅將被認(rèn)為是示意表示，并且圖中的元件彼此未必按比例繪制。相反地，各種元件的表示被選擇以便使得它們的功能和通用目的對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言變得顯而易見。同樣應(yīng)當(dāng)理解的是，如在圖中所示出和在下文所描述的物理或功能單元的耦合未必需要為直接連接或耦合，而是還可以是間接連接或耦合，即采用一個(gè)或多個(gè)附加的中間元件的連接或耦合。技術(shù)人員將進(jìn)一步領(lǐng)會，相對于不同的實(shí)施例在本文中圖示和描述的物理或功能單元未必需要被實(shí)現(xiàn)為物理上單獨(dú)的單元。一個(gè)或多個(gè)物理或功能塊或單元可以被實(shí)現(xiàn)在公共電路、芯片、電路元件或單元中，然而其他物理或功能塊或單元可以被實(shí)現(xiàn)在單獨(dú)的電路、芯片、電路元件或單元中。
[0057]圖1示出了浮船的電網(wǎng)的示意圖，并且應(yīng)該注意的是，該電網(wǎng)實(shí)際上可以依賴待服務(wù)的目的而顯著地變化。電力系統(tǒng)100包括發(fā)電機(jī)101，所述發(fā)電機(jī)101可以例如被耦合到柴油發(fā)動機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)(注意這種發(fā)電機(jī)中的數(shù)個(gè)例如四個(gè)、六個(gè)、八個(gè)或更多個(gè)可以被包括在電力系統(tǒng)中)。發(fā)電機(jī)101經(jīng)由斷路器(CB)被連接到高壓開關(guān)裝置102。在其他實(shí)施例中，開關(guān)裝置可以是中壓或低壓開關(guān)裝置。這種開關(guān)裝置中的數(shù)個(gè)可以被包括在電力系統(tǒng)100中。經(jīng)由開關(guān)裝置102，由發(fā)電機(jī)101所生成的電力跨越船被分配。電力系統(tǒng)100進(jìn)一步包括作為船的推進(jìn)器的電動機(jī)的AC電動機(jī)104。電動機(jī)104可以例如被包括在方位推進(jìn)器的縱槽中，并且船可以包括這種電動機(jī)中的數(shù)個(gè)，例如四個(gè)、八個(gè)或更多個(gè)。為了使得能夠控制電動機(jī)104的旋轉(zhuǎn)速度，電動機(jī)104從變頻驅(qū)動裝置20接收用于操作的電力。三繞組變壓器103將電力從高壓開關(guān)裝置102提供給變頻驅(qū)動裝置(VFD) 20?？梢栽谄渌麑?shí)施例中使用其他類型的變壓器。變壓器103、VFD 20以及電動機(jī)104可以是變頻驅(qū)動系統(tǒng)(VFDS)或簡稱驅(qū)動系統(tǒng)的一部分。
[0058]部件103、20以及104 —般地以在高壓范圍內(nèi)(例如，在約1,000 V與約15，000V之間的范圍內(nèi))的電壓來操作。然而這些元件一般地將包括以例如在約20 V與約1，000V之間的較低電壓范圍被操作的部件，諸如控制器、冷卻設(shè)備以及其他輔助設(shè)備。出于這個(gè)目的，提供了將開關(guān)裝置102上的高壓變換成較低電壓的配電變壓器105，所述較低電壓然后經(jīng)由低壓配電106例如借助于包括配電母線等等的低壓配電面板而被分配。在正常操作中，由發(fā)電機(jī)101所生成的電力被提供給電動機(jī)104，所述電動機(jī)104使船的推進(jìn)器的螺旋槳轉(zhuǎn)動，以及因此推進(jìn)船。如果船是動力定位船，則它包括允許船將其位置維持在預(yù)定義限制內(nèi)的控制系統(tǒng)。這一般地需要推進(jìn)器驅(qū)動裝置的連續(xù)操作以抵抗波浪、海流、風(fēng)力等等。特別地在諸如鉆井之類的關(guān)鍵操作期間，位置保持是特別重要的，以便使得必須確保電動機(jī)104的操作性。如果主電源的斷電發(fā)生了，則期望盡可能快地使電動機(jī)104恢復(fù)到操作狀態(tài)中。
[0059]VFD 20可以包括用于對由三繞組變壓器103所供應(yīng)的AC電壓進(jìn)行整流的整流器段、具有用于去除失真(例如諧波)的電容的中間DC鏈路以及用于以所期望的頻率提供AC電壓的逆變器級。VFD 20 —般地包括允許DC鏈路的電容器被預(yù)充電以便當(dāng)啟動VFD 20時(shí)避免高浪涌電流的預(yù)充電單元。在正常操作中，DC鏈路上的電壓具有特定電壓電平，其在圖2中被描繪。在正常操作中，DC鏈路上的電壓(Virces)是在100 %處。在時(shí)間201處發(fā)生主電源的斷電之后，DC鏈路上的電壓開始下降。如果電壓下降到特定電平205 (DC鏈路跳閘電平)，則VFD 20將跳閘并且因此停止操作，斷路器打開(見標(biāo)號202)。如上面所提到的那樣，在VFD 20已經(jīng)從操作出來之后，它將需要大量時(shí)間來重新啟動VFD。如果來自主電源的電力在達(dá)到DC鏈路跳閘電平205之前返回，則VFD 20能夠恢復(fù)操作。
[0060]其中動能緩沖在驅(qū)動系統(tǒng)中是可用的情形在圖3中被描繪。動能緩沖是基于在供應(yīng)給電動機(jī)104的電力停止之后，電動機(jī)104由于存儲在連接到該電動機(jī)的轉(zhuǎn)子中的動能而將繼續(xù)轉(zhuǎn)動的事實(shí)的。當(dāng)電動機(jī)104被這個(gè)存儲的動能旋轉(zhuǎn)時(shí)，被供應(yīng)給VFD 20的電能被生成。因此，DC鏈路上的電壓能夠借助于由電動機(jī)104所供應(yīng)的電力而被維持在定義電平處。因此能夠延長直到DC鏈路上的電壓達(dá)到DC鏈路跳閘電平205為止的時(shí)間。如果主電源在這個(gè)時(shí)間內(nèi)被恢復(fù)了，則VFD 20能夠恢復(fù)操作(見標(biāo)號203)。
[0061]即使動能緩沖是可用的，直到VFD跳閘為止的時(shí)間也一般地是非常短的并且常常比恢復(fù)主電源所需要的時(shí)間短。此外，在VFD的跳閘之后，在主電源被恢復(fù)之后需要大量時(shí)間來使VFD恢復(fù)到操作狀態(tài)。本發(fā)明因此提供了熱備電源，所述熱備電源允許擴(kuò)展在這期間VFD在主電源的斷電之后保持操作的時(shí)間，并且進(jìn)一步降低VFD在主電源已被恢復(fù)之后是可操作的時(shí)間。圖4是示出了在饋電電網(wǎng)的斷電時(shí)典型的一系列事件的流程圖。在圖4的示例中，動能緩沖是可用的。在步驟401中的正常操作和步驟402中的主電源的斷電之后，在步驟403中動能緩沖被激活。只要在驅(qū)動系統(tǒng)中存在可用的動能，所述動能緩沖將使VFD的轉(zhuǎn)換器的DC鏈路上的電壓維持在跳閘電平之上。當(dāng)動能已被消耗了時(shí)，HSPS將在步驟404中接管并且將使DC電路電壓維持在DC鏈路跳閘電平之上持續(xù)盡可能長久(例如，直到HSPS中的能量存儲被放電到特定電平或者完全耗盡為止)。HSPS的能量存儲單元能夠被調(diào)整大小以便使得用于大多數(shù)斷電情形，能夠在達(dá)到DC鏈路跳閘電平之前恢復(fù)主電源。在恢復(fù)了主電源之后，在步驟405中正常操作被恢復(fù)。
[0062]圖5是示出了其中無動能緩沖是可用的情形的流程圖。因此，HSPS將在斷電發(fā)生之后立即維持DC鏈路電壓。因此還能夠在沒有動能緩沖的特征的情況下使用HSPS。
[0063]圖6示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例包括變頻驅(qū)動裝置20和熱備電源30的變頻驅(qū)動系統(tǒng)10。如示意性地圖示的那樣，用于操作電動機(jī)104的主要能量經(jīng)由三繞組變壓器103被供應(yīng)給VFD 20的轉(zhuǎn)換器21。VFD 20包括對于操作需要電力的數(shù)個(gè)其他系統(tǒng)，包括VFD控制器22、充電變壓器23、包括冷卻單元24的必要輔助設(shè)備以及非必要輔助設(shè)備25。用于這些部件的電力由HSPS 30來提供。HSPS 30因此還可以被稱作VFD預(yù)充電和輔助設(shè)備電源。HSPS 30具有被例如連接到圖1的低壓配電面板106的電力輸入端31。它可以經(jīng)由電力輸入端31 (接收電壓電平)來接收在約200 V與約1,000 V之間的AC電壓，例如690 VAC?？蛇x變壓器33能夠被提供用于將所接收到的電力變換為另一電壓電平，例如較低的電壓電平，例如400 V。HSPS 30進(jìn)一步包括在圖6的示例中被電力地連接到變壓器33的二次側(cè)的電力存儲單元40。電力存儲單元(簡單地說:存儲單元)40包括DC電力存儲元件(簡稱:存儲元件)41，其可以例如包括電池或電容器組。因?yàn)锳C電力在輸入端31處被接收，所以轉(zhuǎn)換器42被提供在存儲單元40中。轉(zhuǎn)換器42可以是可控的以當(dāng)對存儲元件41進(jìn)行充電時(shí)可操作為整流器并且當(dāng)對存儲元件41放電時(shí)作為逆變器。在其他配置中，轉(zhuǎn)換器42可以包括整流器級、中間DC鏈路以及逆變器級，存儲元件41被耦合到中間DC鏈路。這個(gè)配置在圖7中被示意性地圖示。HSPS 30可以進(jìn)一步包括旁路開關(guān)(手動的和/或靜態(tài)的)，所述旁路開關(guān)能夠被適配成在電力存儲單元40的故障情況下繞過電力存儲單元40(未示出旁路開關(guān))。
[0064]變壓器33可以例如以第一電壓電平提供電力。HSPS 30包括將電力變換為第二電壓電平的另外的變換器34 (“第一變壓器”)。HSPS 30進(jìn)一步具有朝VFD 20的轉(zhuǎn)換器電力輸入端26 (還可以被稱作預(yù)充電輸入端)的第一電連接36，以及到VFD 20的控制器電力輸入端27的第二電連接37。HSPS 30經(jīng)由第一連接36以第一電壓電平并且經(jīng)由第二電連接37以第二電壓電平來提供電力。還可以提供朝VFD 20的冷卻單元/輔助設(shè)備電力輸入端28的第三電連接38。注意在其他配置中，可以省略第三電連接38，并且可以從VFD20內(nèi)的轉(zhuǎn)換器電力輸入端26取得用于冷卻單兀/輔助設(shè)備的電力。
[0065]可以提供另外的電連接39，所述電連接39針對諸如VFD空間加熱器等等之類的非必要用電設(shè)備25給VFD 20供應(yīng)電力。出于這個(gè)目的，HSPS 30可以具有連接到相應(yīng)低壓配電系統(tǒng)的附加的電力輸入端35。
[0066]HSPS 30進(jìn)一步包括HSPS控制器32，所述HSPS控制器32例如控制存儲單元40的操作。通信鏈路50被提供，經(jīng)由所述通信鏈路50 HSPS控制器32能夠與VFD控制器22進(jìn)行通信。它可以進(jìn)一步包括朝電力網(wǎng)絡(luò)即主電源的通信鏈路，以便使得它能夠接收關(guān)于主電源的狀態(tài)的信息和在該電力網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)出的命令/指令的指示。
[0067]VFD 20包括轉(zhuǎn)換器21，所述轉(zhuǎn)換器21為了操作電動機(jī)104經(jīng)由兩個(gè)相移輸入端從三繞組變壓器103接收電力并且以可控AC頻率輸出電力。轉(zhuǎn)換器21被VFD控制器22控制。為了啟動VFD 20的操作，它包括充電變壓器23，經(jīng)由所述充電變壓器23轉(zhuǎn)換器21的DC鏈路的電容能夠被預(yù)充電。它進(jìn)一步包括冷卻單元和其他必要輔助設(shè)備24，諸如潤滑泵等等。冷卻單元包括用于使轉(zhuǎn)換器21的部件(諸如功率電子裝置等等)冷卻的冷卻泵。當(dāng)VFD 20被啟動并且在正常操作期間時(shí)，HSPS 30分別經(jīng)由電連接36、37以及38和輸入端26、27以及28將電力供應(yīng)給VFD 20。電力一般地僅在VFD 20的啟動階段期間經(jīng)由第一電連接36和轉(zhuǎn)換器電力輸入端26被提供用于對轉(zhuǎn)換器21的DC鏈路進(jìn)行預(yù)充電。
[0068]VFD 20和HSPS 30能夠被安裝在公共底座11上，如圖8中所圖示的那樣。VFD 20可以被包括在一個(gè)或多個(gè)柜中，并且HSPS 30可以被包括在臨近VFD柜安裝的單獨(dú)的柜中。因此能夠容易地在短連接距離情況下建立電連接和通信鏈路。預(yù)組裝是同樣可能的。驅(qū)動系統(tǒng)10的安裝和連結(jié)因此被促進(jìn)了，因?yàn)閮H電力輸入端31需要被連接到低壓配電106。如果被提供了，則此外可以建立經(jīng)由輸入端35用于非必要輔助設(shè)備25的低壓連接。
[0069]HSPS控制器32和VFD控制器22被配置成在主電源的斷電發(fā)生之后使VFD 20維持在備用模式下。能夠以各種方式來檢測斷電的發(fā)生，包括輸入電壓通過HSPS控制器32或VFD控制器22的測量、通過所述控制器中的任一個(gè)從船的電力網(wǎng)絡(luò)接收測量轉(zhuǎn)換器21的DC鏈路上的電壓的消息。相應(yīng)的指示可以例如通過VFD控制器22經(jīng)由通信鏈路50而被提供給HSPS控制器32。在檢測到斷電時(shí)，HSPS控制器32現(xiàn)在能夠控制存儲單元40以便使得存儲單元40通過對存儲元件41放電來供應(yīng)電力。取決于配置，電力經(jīng)由第一電連接36和充電變壓器23被提供給轉(zhuǎn)換器21的DC鏈路。與預(yù)充電操作類似，DC鏈路因此能夠被保持在預(yù)定義電壓電平以上。此外，電力經(jīng)由第二電連接37被提供給VFD控制器22以使得VFD 20能夠“保持活動”。取決于VFD 20的配置，冷卻單元24可能需要在備用期間被操作并且因此還可以從HSPS 30接收電力，或者可以被斷開。
[0070]取決于存儲單元40的尺寸尤其是存儲元件41的容量，VFD 20現(xiàn)在能夠被保持在備用模式下持續(xù)特定時(shí)間段，在所述特定時(shí)間段期間轉(zhuǎn)換器21的DC鏈路上的電壓被保持在預(yù)定電壓電平以上。主電源一恢復(fù)聯(lián)機(jī)，VFD 20就因此能夠恢復(fù)操作。因此能夠顯著地降低繼續(xù)電動機(jī)104的操作所需要的時(shí)間。相對于圖9至11在下文中更詳細(xì)地描述了操作HSPS 30的不同可能性。
[0071]圖7中所圖示的驅(qū)動系統(tǒng)10被與圖6的驅(qū)動系統(tǒng)10類似地配置。除非另外指出，否則上面給出的說明因此相應(yīng)地適用于圖7的驅(qū)動系統(tǒng)10。[0072]在圖7中，HSPS 30看管給VFD 20的所有內(nèi)部輔助設(shè)備的電力。作為示例，VFD20可以被連接到總體電網(wǎng)的外部電路，包括到690 V電路、三相AC (還能夠使用諸如400、440,480等等之類的其他電壓)，并且連接到在230 V，一相下用于空間加熱的一個(gè)通用功率電路和其他非必要用電設(shè)備。供應(yīng)全部可以是大地絕緣(insulated terra) (IT)供應(yīng)。在斷電情況下，通用電源電路中的全部必須被認(rèn)為是失效的。HSPS 30替換到VFD 20的所有這些進(jìn)來者。諸如空間加熱器等等之類的非必要用電設(shè)備保持直接地被從總體電網(wǎng)激勵(lì)，相應(yīng)的連接僅可以在HSPS處的端子塊中被端接(并且然后像描繪的那樣通過)。
[0073]在圖7的示例中，存儲單元40包括包含朝其存儲元件41被耦合的DC鏈路的轉(zhuǎn)換器42。存儲單元40進(jìn)一步包括斷路器43，所述斷路器43能夠經(jīng)由輸入端44來操作。HSPS可以被配置成經(jīng)由通信輸入端44允許能量存儲元件41的和/或HSPS的緊急關(guān)閉。盡管未在圖7中圖示，但是輸入端44可以被連接到HSPS控制單元32，這在圖7中未被示出。
[0074]圖7進(jìn)一步圖示了每個(gè)連接的不同相。電連接39將電力提供給VFD空間加熱器并且包括一個(gè)相和中性點(diǎn)。它們可以由230 V IT或其他適用的電壓來饋給。電連接36和38每個(gè)都包括三個(gè)相和中性點(diǎn)，并且可以通過400 V AC經(jīng)由變壓器33來提供。電連接36可以饋給VFD預(yù)充電以及可能地冷卻風(fēng)扇，然而連接38可以饋給冷卻單元泵和其他必要輔助設(shè)備。如上面所提到的那樣，可以省略電連接38。電連接37包括一個(gè)相和中性點(diǎn)，并且它們中的一個(gè)可以饋給VFD控制器22 (例如以230 V IT)，然而另一個(gè)可以饋給冷卻單元控制器(同樣以例如230 V IT)。此外，HSPS可以裝配有附加的饋電電路37，所述饋電電路37可以被連接到例如其他部件的控制器，諸如VFD變壓器(例如103)、VFD電動機(jī)(例如104)等等的控制器。
[0075]應(yīng)該清楚的是，圖7示出了 VFD和HSPS的簡化圖示，并且圖6中所示出的部件還可以被包括在圖7的VFD和HSPS中。
[0076]圖8示出了包括驅(qū)動系統(tǒng)10的不同部件的柜。注意，冷卻單元(柜16)是可選的并且在其他實(shí)施例中可以不被提供。進(jìn)一步地，在其他實(shí)施例中，HSPS 30可以是獨(dú)立單元。驅(qū)動系統(tǒng)10包括線路柜13、逆變器柜14、控制柜15 (包括VFD控制器22)以及冷卻柜16(包括冷卻單元24)。所有柜都被安裝在包括HSPS 30的柜17的公共框架11上。VFD 20部件到柜中的不同分離是無疑可以想象的。
[0077]圖9圖示了 VFD 20如何能夠借助于HSPS 30在總體電網(wǎng)斷電情況下保持可用。在時(shí)間點(diǎn)91處，主電源被中斷。如能夠看到的，DC鏈路電壓下降。當(dāng)達(dá)到了較低電壓門限93時(shí)，HSPS將電力供應(yīng)給VFD的轉(zhuǎn)換器電力輸入端，從而使DC鏈路電壓恢復(fù)直到預(yù)充電電壓電平92。電源然后再次被斷開，從而重復(fù)這個(gè)循環(huán)。在時(shí)間點(diǎn)94處，主電源被恢復(fù)了。因?yàn)镈C鏈路電壓被維持在高于跳閘電平205的較低電壓電平93以上，所以VFD 20被維持在“熱備模式”下并且為饋電斷路器的立即關(guān)閉和操作的繼續(xù)作好準(zhǔn)備。DC鏈路上的電壓能夠被維持在較低電壓電平93以上持續(xù)取決于存儲單元40的容量的給定時(shí)間ATp如果主電源在AT1內(nèi)被恢復(fù)了，則DC鏈路電壓返回到100%并且操作繼續(xù)，耦合到VFD的電動機(jī)準(zhǔn)備立即供應(yīng)轉(zhuǎn)矩。
[0078]注意，HSPS控制器的功能性在一些實(shí)施例中可以被實(shí)現(xiàn)在VFD控制器中。HSPS控制器可以例如不被布置在HSPS內(nèi)，但可以被布置在VFD內(nèi)或者可以是VFD控制器的一部分。[0079]預(yù)充電電壓電平92能夠被設(shè)置以便使得VFD在熱備期間的能量消耗被最小化并且AT1因此被最大化。在AT1期間，HSPS進(jìn)一步將電力供應(yīng)給VFD控制器并且供應(yīng)給必要輔助設(shè)備。
[0080]VFD控制器22的適當(dāng)配置能夠確保VFD 20在Λ T1期間不產(chǎn)生任何故障信號或者陷入任何故障條件。圖10圖示了其中斷電的持續(xù)時(shí)間比AT1更長的情形。HSPS 30的控制器32被配置成如果滿足了預(yù)定條件，例如在AT1的期滿之后或者在存儲單元41被放電到特定電平之后，則停止將電力供應(yīng)給至少VFD 20的轉(zhuǎn)換器電力輸入端。這樣，能夠確保一定量的電能被保持在存儲元件41中以便與主電源的恢復(fù)并行地對VFD 20進(jìn)行預(yù)充電。
[0081]在95處在停止了將電力供應(yīng)給轉(zhuǎn)換器電力輸入端之后，DC鏈路上的電壓可以下降到零，如圖10中所圖示的那樣。主電源中的故障在時(shí)間周期AT2期間被清除。在接收到主電源將恢復(fù)聯(lián)機(jī)的指示時(shí)，在時(shí)間點(diǎn)96處HSPS 30啟動VFD 20的預(yù)充電。這個(gè)指示例如可以是被給予電力系統(tǒng)100的主發(fā)電機(jī)的啟動信號。電力系統(tǒng)100能夠被配置以便使得被給予主發(fā)電機(jī)的相同信號或命令被同樣給予驅(qū)動系統(tǒng)10，例如給VFD 20或HSPS 30，尤其是經(jīng)由相應(yīng)的通信鏈路給予它們相應(yīng)的控制器。使用在存儲元件41中已經(jīng)保持的電能，HSPS現(xiàn)在開始對VFD 20的轉(zhuǎn)換器21進(jìn)行預(yù)充電，以便使得轉(zhuǎn)換器21的DC鏈路上的電壓在時(shí)間周期AT3期間朝預(yù)充電電壓電平92回升。在時(shí)間點(diǎn)94處，主電源恢復(fù)聯(lián)機(jī)。因此，DC鏈路電壓返回到100%并且VFD能夠繼續(xù)操作。因此，能夠在主電源的恢復(fù)之后立即關(guān)閉VFD 20的饋線斷路器，并且能夠降低在這期間VFD 20不是可用的時(shí)間。與船的電網(wǎng)的重新供能并行地對頻率轉(zhuǎn)換器進(jìn)行預(yù)充電因此顯著地降低了啟動時(shí)間。
[0082]關(guān)于存儲單元40的容量，它能夠被選擇以便使得對于大多數(shù)情形來說，能夠?qū)崿F(xiàn)在大多數(shù)情況下比主電源的斷電更長的ATp此外，當(dāng)確定容量時(shí)能夠考慮用于在時(shí)間周期AT3期間對VFD進(jìn)行預(yù)充電所必需的后備能量。此外，在AT2期間，控制電力可以連續(xù)地被供應(yīng)給VFD的控制器，并且同樣給HSPS控制器。當(dāng)確定存儲元件的容量時(shí)還能夠考慮用于將電力提供給這些部件所需要的電能。
[0083]系統(tǒng)10能夠被配置以便使得對冷卻泵和其他輔助設(shè)備的功率消耗要求能夠被保持到最小。這樣能夠確保存儲單元40的容量以及因此HSPS單元的尺寸能夠被保持為小的。作為示例，可以在不用運(yùn)行冷卻泵的情況下實(shí)現(xiàn)在AT1期間的熱備，相應(yīng)的部件例如IGBT功率晶體管可以在沒有水冷卻的情況下被保持在備用下。另一選項(xiàng)是部件被不需要主動冷卻的可替換的部件的替換。因此可以顯著地降低對HSPS尺寸的要求。
[0084]圖11示出了依據(jù)發(fā)明的實(shí)施例的流程圖。注意，該方法可以由上面概述的驅(qū)動系統(tǒng)10、VFD 20以及HSPS 30的實(shí)施例中的任一個(gè)來執(zhí)行。在第一步驟SI中，VFD從主電源在正常操作條件下被操作。在步驟S2中主電源的斷電發(fā)生。如圖4中先前所圖示的那樣，動能緩沖在步驟S3中被用來將DC鏈路上的電壓維持在跳閘電平以上。如果主電源在動能緩沖步驟S3期間被恢復(fù)了，則該方法繼續(xù)如由虛線箭頭所指示的步驟S9。
[0085]在動能已被用盡了之后，方法繼續(xù)步驟S4，其中電力例如經(jīng)由電連接36-38而被從HSPS的電力存儲單元供應(yīng)給VFD轉(zhuǎn)換器電力輸入端、VFD控制器電力輸入端以及可能地給VFD的冷卻單元/冷卻單元控制器。能夠完成這個(gè)以便將DC鏈路電壓維持在較低電壓門限以上同時(shí)像在圖9中所圖示并且相對于圖9所說明的那樣最大化這個(gè)被繼續(xù)直到達(dá)到了在存儲單元40中存儲的電力的門限值為止(判定步驟S5)。如果達(dá)到了門限，則HSPS停止將電力供應(yīng)給VFD (步驟S6 ;還見圖10)，尤其是給VFD的轉(zhuǎn)換器電力輸入端。VFD控制器可以通過HSPS連續(xù)地供應(yīng)有電力。在步驟S7中在接收到指示主電源正在恢復(fù)聯(lián)機(jī)的發(fā)電機(jī)或VFD啟動命令之后，HSPS將電力從電力存儲單元供應(yīng)給VFD控制器電力輸入端以對VFD轉(zhuǎn)換器的DC鏈路進(jìn)行預(yù)充電(步驟S8)。此外，在步驟S8中電力可以被供應(yīng)給VFD的冷卻單元或其他必要輔助設(shè)備。VFD因此被恢復(fù)到熱備條件中。在步驟S9中，主電源被恢復(fù)并且VFD的完全操作被恢復(fù)。再次，如果在步驟S4期間，主電源被恢復(fù)了，則方法繼續(xù)步驟S9，如由虛線箭頭所指示的那樣。
[0086]如能夠從以上看到的，本發(fā)明的實(shí)施例為VFD 20提供了迅速重新啟動和熱備，從而在主電源的斷電情況下維持VFD的可用性。HSPS需要連接的僅一個(gè)連接點(diǎn)用于必要輔助設(shè)備和控制電力電纜，并且因此易于安裝。此外，能夠消除對用于供應(yīng)相關(guān)UPS用電設(shè)備的單獨(dú)的UPS的需要，因?yàn)镠SPS還可以將控制電壓供應(yīng)給其他用電設(shè)備。尤其是當(dāng)被用在具有主HV配電系統(tǒng)的閉環(huán)配置在設(shè)備類3 (DP3)模式下操作的動力定位船的推進(jìn)器驅(qū)動應(yīng)用中時(shí)，本發(fā)明的實(shí)施例可以提高系統(tǒng)的可用性。并且，能夠避免可能需要與外部UPS系統(tǒng)一起使用的切換開關(guān)和用于這種開關(guān)的控制系統(tǒng)。甚至對于持續(xù)更長的斷電，對于其來說VFD不能夠在整個(gè)持續(xù)時(shí)間期間被維持在熱備中，系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間通過實(shí)現(xiàn)VFD的并行預(yù)充電來縮短。
[0087]雖然在本文中公開了特定實(shí)施例，但是在不背離本發(fā)明的范圍的情況下能夠做出各種改變和修改。本實(shí)施例將在所有方面被認(rèn)為是說明性的和非限制性的，并且落入所附權(quán)利要求的意義和等同范圍內(nèi)的所有改變旨在被包括在其中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于浮船的變頻驅(qū)動裝置(20)的熱備電源，所述變頻驅(qū)動裝置(20)給所述浮船的電動機(jī)(104)尤其是推進(jìn)器的電動機(jī)供電，所述熱備電源包括: -電力輸入端(31)，其用于從所述浮船的主電源接收電力， -第一電連接(36)，其被配置成以第一電壓電平將電力供應(yīng)給所述變頻驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)換器電力輸入端(26), -第二電連接(37)，其被配置成以第二電壓電平將電力供應(yīng)給所述變頻驅(qū)動裝置的控制電力輸入端(27)，其中所述第一電壓電平高于所述第二電壓電平， -變壓器(34)，其用于將接收到的電力變換為所述第一電壓電平或者變換為所述第二電壓電平， 其中，所述熱備電源(30)進(jìn)一步包括: -用于存儲并且供應(yīng)電力的電力存儲單元(40)，所述電力存儲單元被電力地連接以便能夠?qū)㈦娏?yīng)給所述第一電連接(36)和所述第二電連接(37)兩者，所述第一和第二電連接(36，37)中的一個(gè)經(jīng)由用于分別提供所述第一電壓電平或所述第二電壓電平的所述變壓器(34)來供應(yīng)，以及 -控制單元(32)，其被適配成以這樣的方式來控制所述熱備電源，即在操作中，在所述電力輸入端(31)處接收到的電力經(jīng)由所述第一和第二電連接(36，37)被提供給所述變頻驅(qū)動裝置(20)的所述轉(zhuǎn)換器電力輸入端(26)并且提供給所述變頻驅(qū)動裝置(20)的所述控制電力輸入端(27) ，以及在采用來自所述主電源的電力的所述供應(yīng)中的中斷時(shí)，電力經(jīng)由所述第一和第二電連接(36，37)被從所述電力存儲單元(40)供應(yīng)給所述變頻驅(qū)動裝置(20)的所述轉(zhuǎn)換器電力輸入端(26)并且供應(yīng)給所述變頻驅(qū)動裝置(20)的所述控制電力輸入端(27)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱備電源，其中所述變壓器(34)是配置成提供從所述第一電壓電平到所述第二電壓電平的電壓變換的降壓變壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱備電源，進(jìn)一步包括連接到所述熱備電源的所述電力輸入端(31)并且配置成將接收到的電力從接收電壓電平變換為所述第一或第二電壓電平的第二變壓器(33)，所述電力存儲單元(40)被電力地耦合到所述第二變壓器的二次側(cè)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熱備電源，進(jìn)一步包括到所述變頻驅(qū)動裝置(20)的輔助設(shè)備電力輸入端(28)的第三電連接(38)，所述輔助設(shè)備電力輸入端被電力地耦合到包括至少冷卻單元(24)的所述變頻驅(qū)動裝置的一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備，所述熱備電源(30)被配置成以所述第一電壓電平或第二電壓電平將電力供應(yīng)給所述輔助設(shè)備電力輸入端以便將電力提供給所述冷卻單元(24)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熱備電源，其中所述接收到的電力是AC電力，所述電力存儲單元(40)包括DC電力存儲元件(41)和轉(zhuǎn)換器(42)，所述轉(zhuǎn)換器被配置成當(dāng)對所述存儲元件進(jìn)行充電時(shí)將接收到的AC電力轉(zhuǎn)換為DC電力，并且配置成當(dāng)所述電力存儲單元(40)將電力供應(yīng)給所述第一和第二電連接(36，37)時(shí)將由所述存儲元件(41)所供應(yīng)的DC電力轉(zhuǎn)換為AC電力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱備電源，其中所述DC電力存儲元件(41)是電池或電容器組中的至少一個(gè)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熱備電源，進(jìn)一步包括配置成使得能實(shí)現(xiàn)所述熱備電源的所述控制器(32)與所述變頻驅(qū)動裝置的所述控制器(22)之間的通信朝所述變頻驅(qū)動裝置(20)的控制器(22)的通信鏈路(50)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熱備電源，其中所述熱備電源的所述控制器(32)被配置成在第一時(shí)間量(T1)之后或者在預(yù)定條件滿足了之后終止電力從所述電力存儲單元到至少所述變頻驅(qū)動裝置的所述轉(zhuǎn)換器電力輸入端(26)的所述供應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱備電源，其中所述控制器(32)被配置成在接收到采用來自所述主電源的電力的所述供應(yīng)將恢復(fù)的指示時(shí)，尤其是在接收到關(guān)于正被供應(yīng)給所述主電源的發(fā)電機(jī)(101)的啟動信號的指示時(shí)，重新啟動將電力從所述電力存儲單元(40)供應(yīng)給所述變頻驅(qū)動裝置的所述轉(zhuǎn)換器電力輸入端(26)。
10.一種驅(qū)動系統(tǒng)(10)，其包括用于給浮船的電動機(jī)(104)尤其是所述浮船的推進(jìn)器的電動機(jī)供電的變頻驅(qū)動裝置(20)，所述變頻驅(qū)動裝置包括: -轉(zhuǎn)換器(21)，其具有DC鏈路， -控制器(22)，其用于控制所述變頻驅(qū)動裝置， -轉(zhuǎn)換器電力輸入端(26)，其用于將電力供應(yīng)給所述轉(zhuǎn)換器以對所述DC鏈路進(jìn)行預(yù)充電，以及 -控制器電力輸入端(27)，其用于將電力供應(yīng)給所述變頻驅(qū)動裝置的所述控制器， 其中所述驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)一步包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熱備電源(30)，所述熱備電源的所述第一電連接(36)被電力地連接到所述轉(zhuǎn)換器電力輸入端(26)，所述熱備電源的所述第二電連接(37)被電力地連接到所述控制器電力輸入端(27)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的驅(qū)動系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動系統(tǒng)是動力定位船的驅(qū)動系統(tǒng)，所述變頻驅(qū)動裝置(20)被配置成將電力供應(yīng)給所述動力定位船的推進(jìn)器的電動機(jī)(104)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的驅(qū)動系統(tǒng)，其中所述變頻驅(qū)動裝置(20)包括連接在所述轉(zhuǎn)換器電力輸入端(26)與所述轉(zhuǎn)換器(21)之間的充電變壓器(23)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動系統(tǒng)，其中所述變頻驅(qū)動裝置(20)包括冷卻單元(24)，所述驅(qū)動系統(tǒng)(10)包括在所述熱備電源與所述變頻驅(qū)動裝置之間的電連接(36，38)從而使得能實(shí)現(xiàn)電力從所述電力存儲單元(40)到所述冷卻單元(24)的所述供應(yīng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動系統(tǒng)，進(jìn)一步包括:變頻驅(qū)動裝置柜(13，14，15)，所述變頻驅(qū)動裝置被安裝在所述變頻驅(qū)動裝置柜中；以及熱備電源柜，所述熱備電源被安裝在所述熱備電源柜中，所述熱備電源柜與所述變頻驅(qū)動裝置柜一起被安裝公共底座(11)上。
15.一種操作熱備電源(30)以便將電力供應(yīng)給變頻驅(qū)動裝置(20)的方法，包括以下步驟: -在熱備電源的電力輸入端(31)處從主電源接收電力， -經(jīng)由第一電連接以第一電壓電平將電力提供給所述變頻驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)換器電力輸入端(26)， -經(jīng)由第二電連接以第二電壓電平將電力提供給所述變頻驅(qū)動裝置的控制器電力輸入端(27)，其中所述第一電壓電平高于所述第二電壓電平， -借助于變壓器(34)將接收到的電力變換為所述第一電壓電平或者變換為所述第二電壓電平， -將接收到的電力提供給電力存儲單元(40)以便對所述電力存儲單元進(jìn)行充電， -檢測采用通過所述主電源的電力的所述供應(yīng)中的中斷， -經(jīng)由所述第一電連接和所述第二電連接(36，37)將電力從所述電力存儲單元(40)供應(yīng)給所述變頻驅(qū)動裝置的所述轉(zhuǎn)換器電力輸入端(26)并且供應(yīng)給所述變頻驅(qū)動裝置的所述控制器電力輸入端(27)，所述第一和第二電連接中的一個(gè)經(jīng)由用于提供所述相應(yīng)的第一電壓電平或第二電 壓電平的所述變壓器(34)而供應(yīng)有所述電力。
【文檔編號】H02P27/04GK103928977SQ201410011560
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月11日
【發(fā)明者】J.T.豪根, H.F.奧馬 申請人:西門子公司