本實(shí)用新型涉及一種船舶電站，尤其涉及一種變頻主電源船舶電站，屬于船舶電站技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

船舶建造規(guī)范要求“每一艘船均須配備一主電源”，“該主電源應(yīng)至少由兩臺(tái)相互獨(dú)立的發(fā)電機(jī)組所組成。所述的發(fā)電機(jī)組的容量必須使任一發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障或停止運(yùn)行時(shí)，其余發(fā)電機(jī)組的容量仍足以供電給在海上航行時(shí)所需的所有設(shè)備”。由于低壓發(fā)電機(jī)的容量一般不超過(guò)2.5MW，所以各類入級(jí)船舶主電源功率超過(guò)5MW時(shí)，只有配置多臺(tái)相互獨(dú)立的發(fā)電機(jī)組。即使主電源功率在5MW以下時(shí)，如果主電源由軸帶發(fā)電機(jī)提供，也必須再配置備用主電源發(fā)電機(jī)組。因此，各類入級(jí)船舶的主電站都有多臺(tái)發(fā)電機(jī)組成，而且在用電負(fù)載較大時(shí)，需要將多臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行。

在多臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，對(duì)有功負(fù)載分?jǐn)偟睦硐霠顩r是各臺(tái)原動(dòng)機(jī)的調(diào)速器自動(dòng)根據(jù)有功負(fù)載的變化來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，維持發(fā)電機(jī)頻率始終趨向于額定頻率，確保每臺(tái)發(fā)電機(jī)的有功負(fù)載與總有功負(fù)載成比例分?jǐn)偅粚?duì)無(wú)功負(fù)載分?jǐn)偟睦硐霠顩r是各臺(tái)發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)器(AVR)根據(jù)負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，維持發(fā)電機(jī)電壓始終趨向于額定電壓，確保每臺(tái)發(fā)電機(jī)的無(wú)功負(fù)載與總無(wú)功負(fù)載成比例分?jǐn)偂?duì)于功率經(jīng)常處于非常大的范圍變化的負(fù)載，船舶電網(wǎng)有可能發(fā)生持續(xù)波動(dòng)，較難以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將各主電源的頻率、電壓都穩(wěn)定在允許范圍之內(nèi)，一旦發(fā)電機(jī)組的瞬態(tài)特性偏離船舶規(guī)范的要求，電站系統(tǒng)將失去穩(wěn)定性，不僅會(huì)使電網(wǎng)瓦解，將有可能導(dǎo)致設(shè)備損毀。

在理論上軸功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比，例如將轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的80％，則軸功率將下降到額定功率的51％，功率下降后能源消耗將相應(yīng)減少。船舶在不同工況下用電負(fù)載變化較大，如果驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速能隨負(fù)載的大小而改變，這將對(duì)節(jié)能減排有重要意義。發(fā)電機(jī)的頻率與轉(zhuǎn)速一次方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降50％時(shí)，雖然軸功率將下降到額定功率的12.5％，但是發(fā)電機(jī)的頻率則下降到額定頻率的50％，使用電設(shè)備無(wú)法正常工作。為了避免上述情況的發(fā)生，確保船舶電站穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能減排，對(duì)船舶電站進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)十分必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種變頻主電源船舶電站，各臺(tái)發(fā)電機(jī)的交流電經(jīng)整流后送到主配電板上進(jìn)行直流并網(wǎng)，再通過(guò)逆變器將直流電變換成額定頻率的交流電，向主電站的交流母排供電；如果有需要變速運(yùn)轉(zhuǎn)的用電設(shè)備，可采用直流供電至變頻器來(lái)控制用電設(shè)備。本實(shí)用新型解決船舶在不同工況下用電負(fù)載變化較大時(shí)，原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定不能隨負(fù)載變化而調(diào)節(jié)造成能源浪費(fèi)的問(wèn)題。

本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種變頻主電源船舶電站，包括原動(dòng)機(jī)ME、發(fā)電機(jī)G、整流器1、直流母排DC、交流母排AC、逆變器2、變頻器3，所述原動(dòng)機(jī)ME、發(fā)電機(jī)G、整流器1為多組，所述原動(dòng)機(jī)ME與發(fā)電機(jī)G相連接，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)G轉(zhuǎn)動(dòng)，所述發(fā)電機(jī)G輸出電能至整流器1，所述整流器1與直流母排DC相連，將直流電輸送至直流母排DC，所述逆變器2連接于直流母排DC和交流母排AC之間，將直流母排DC的直流電逆變成額定頻率的交流電，向船舶電站的交流母排AC供電,所述變頻器3與直流母排DC相連，直流電經(jīng)變頻后由變頻器3來(lái)控制變頻用電設(shè)備。

本實(shí)用新型的目的還可以通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)：

前述變頻主電源船舶電站的控制電路，控制電路包括負(fù)載功率取樣電路4、電子調(diào)速器5、電子調(diào)壓器6、電壓取樣電路7、整流濾波電路8、調(diào)整管9、比較放大器10、取樣電路11、逆變器12、驅(qū)動(dòng)回路13、運(yùn)算回路14、濾波器15、電流電壓檢測(cè)回路16、頻率檢測(cè)回路17，所述負(fù)載功率取樣電路4采集負(fù)載功率信號(hào)傳送至電子調(diào)速器5，電子調(diào)速器5對(duì)原動(dòng)機(jī)ME的轉(zhuǎn)速實(shí)行與負(fù)載功率正反饋閉環(huán)控制，電子調(diào)速器5將控制信號(hào)輸送至原動(dòng)機(jī)ME；所述電壓取樣電路7采集電壓信號(hào)并將電壓信號(hào)傳送至電子調(diào)壓器6，所述電子調(diào)壓器6進(jìn)行電壓負(fù)反饋穩(wěn)壓控制并將控制信號(hào)輸送至發(fā)電機(jī)G；所述發(fā)電機(jī)G將交流電輸送至整流濾波電路8，所述整流濾波電路8對(duì)交流電進(jìn)行整流后輸送至直流母排DC，所述取樣電路11采集電壓信號(hào)并將電壓信號(hào)傳送至比較放大器10并與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，進(jìn)行電壓負(fù)反饋穩(wěn)壓控制，所述比較放大器10與調(diào)整管9連接將控制信號(hào)輸送至調(diào)整管9，調(diào)整管9進(jìn)行調(diào)壓控制；所述逆變器12的輸入端接直流母排DC，所述逆變器12的輸出端接濾波器15，所述濾波器15輸出逆變成額定頻率的交流電，向船舶電站的交流母排AC供電,所述電流電壓檢測(cè)回路16、頻率檢測(cè)回路17對(duì)濾波器15輸出的交流電的電壓、電流、頻率進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的信號(hào)輸送至運(yùn)算回路14，所述運(yùn)算回路14將控制信號(hào)輸送至驅(qū)動(dòng)回路13，所述驅(qū)動(dòng)回路13驅(qū)動(dòng)逆變器12輸出穩(wěn)定的交流電源。

前述變頻主電源船舶電站的控制電路，其中整流濾波電路8采用三相半控橋式整流電路或帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路或晶閘管三相全控橋式整流電路。

前述變頻主電源船舶電站的控制電路，其中逆變器12采用IGBT半橋電路或IGCT半橋電路或IEGT半橋電路。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

由于船舶在不同工況下用電負(fù)載變化較大，本實(shí)用新型原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的大小而改變，在船舶負(fù)載小時(shí)，柴油主機(jī)降低轉(zhuǎn)速以節(jié)能減排，本實(shí)用新型各臺(tái)發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的50％-105％之間運(yùn)轉(zhuǎn)，各發(fā)電機(jī)的輸出的頻率為額定頻率50％-105％之間，為了保證各發(fā)電機(jī)輸出的電能滿足船舶用電要求，無(wú)論各臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出電源的頻率是多少，將各發(fā)電機(jī)的交流電各自經(jīng)整流后送到直流母排進(jìn)行直流并網(wǎng)，再通過(guò)逆變器將直流電變換成額定頻率的交流電，向主電站的交流母排供電，提供了多臺(tái)發(fā)電機(jī)在頻率、相位、電壓不一致時(shí)并列運(yùn)行的船舶電站電路，本實(shí)用新型以直流電形式將電能輸送給變頻用電負(fù)荷，取得了減少損耗和干擾的有益效果。本實(shí)用新型可適用于不同電壓等級(jí)和不同額定頻率等不同參數(shù)的發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，包括適用于高壓發(fā)電機(jī)和中頻發(fā)電機(jī)。也可適用于采用不同能源類型的原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。本實(shí)用新型的變頻主電源船舶電站在避免發(fā)生同步故障、提高電網(wǎng)調(diào)控能力、節(jié)能降損減排方面具有顯著效果。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的主電路電路圖；

圖2是本實(shí)用新型的控制電路電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，本實(shí)用新型變頻主電源船舶電站主電路包括原動(dòng)機(jī)ME、發(fā)電機(jī)G、整流器1、直流母排DC、交流母排AC、逆變器2、變頻器3，所述原動(dòng)機(jī)ME、發(fā)電機(jī)G、整流器1為多組，所述原動(dòng)機(jī)ME與發(fā)電機(jī)G相連接，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)G轉(zhuǎn)動(dòng)，所述發(fā)電機(jī)G輸出電能至整流器1，所述整流器1與直流母排DC相連，將直流電輸送至直流母排DC，所述逆變器2連接于直流母排DC和交流母排AC之間，將直流母排DC的直流電逆變成額定頻率的交流電，向船舶電站的交流母排AC供電,所述變頻器3與直流母排DC相連，直流電經(jīng)變頻后由變頻器3來(lái)控制變頻用電設(shè)備。

如圖2所示，本實(shí)用新型控制電路包括負(fù)載功率取樣電路4、電子調(diào)速器5、電子調(diào)壓器6、電壓取樣電路7、整流濾波電路8、調(diào)整管9、比較放大器10、取樣電路11、逆變器12、驅(qū)動(dòng)回路13、運(yùn)算回路14、濾波器15、電流電壓檢測(cè)回路16、頻率檢測(cè)回路17，所述負(fù)載功率取樣電路4采集負(fù)載功率信號(hào)傳送至電子調(diào)速器5，電子調(diào)速器5對(duì)原動(dòng)機(jī)ME的轉(zhuǎn)速實(shí)行與負(fù)載功率正反饋閉環(huán)控制，電子調(diào)速器5將控制信號(hào)輸送至原動(dòng)機(jī)ME；所述電壓取樣電路7采集電壓信號(hào)并將電壓信號(hào)傳送至電子調(diào)壓器6，所述電子調(diào)壓器6進(jìn)行電壓負(fù)反饋穩(wěn)壓控制并將控制信號(hào)輸送至發(fā)電機(jī)G；所述發(fā)電機(jī)G將交流電輸送至整流濾波電路8，所述整流濾波電路8對(duì)交流電進(jìn)行整流后輸送至直流母排DC，所述取樣電路11采集電壓信號(hào)并將電壓信號(hào)傳送至比較放大器10并與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，進(jìn)行電壓負(fù)反饋穩(wěn)壓控制，所述比較放大器10與調(diào)整管9連接將控制信號(hào)輸送至調(diào)整管9，調(diào)整管9進(jìn)行調(diào)壓控制；所述逆變器12的輸入端接直流母排DC，所述逆變器12的輸出端接濾波器15，所述濾波器15輸出逆變成額定頻率的交流電，向船舶電站的交流母排AC供電,所述電流電壓檢測(cè)回路16、頻率檢測(cè)回路17對(duì)濾波器15輸出的交流電的電壓、電流、頻率進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的信號(hào)輸送至運(yùn)算回路14，所述運(yùn)算回路14將控制信號(hào)輸送至驅(qū)動(dòng)回路13，所述驅(qū)動(dòng)回路13驅(qū)動(dòng)逆變器12輸出穩(wěn)定的交流電源。

由于船舶在不同工況下用電負(fù)載變化較大，本實(shí)用新型對(duì)原動(dòng)機(jī)ME的轉(zhuǎn)速實(shí)行與負(fù)載功率正反饋閉環(huán)控制，原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的大小而改變，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)增加；當(dāng)負(fù)載減少時(shí)，原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低，由此取得的節(jié)能減排效果。

本實(shí)用新型各臺(tái)發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的50％-105％之間運(yùn)轉(zhuǎn)，各發(fā)電機(jī)的輸出的頻率為額定頻率50％-105％之間，為了保證各發(fā)電機(jī)輸出的電能滿足船舶用電要求，無(wú)論各臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出電源的頻率是多少，將各發(fā)電機(jī)的交流電各自經(jīng)整流后送到直流母排進(jìn)行直流并網(wǎng)，再通過(guò)逆變器將直流電變換成額定頻率的交流電，向主電站的交流母排供電，解決了多臺(tái)發(fā)電機(jī)在頻率、相位、電壓不一致時(shí)并列運(yùn)行的技術(shù)問(wèn)題，

由于是直流并網(wǎng)，在發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)器(AVR)自動(dòng)調(diào)壓的基礎(chǔ)上，采用三相半控橋式整流電路，或采用帶有平衡電抗器的雙反星形可控整流電路或晶閘管三相全控橋式整流電路，并采用電壓負(fù)反饋進(jìn)行穩(wěn)壓與負(fù)載電流閉環(huán)控制實(shí)行電壓負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)穩(wěn)壓，可避免電網(wǎng)失步，有效地提高電站的穩(wěn)定性。

由于是通過(guò)逆變器向電站交流母排供電，可采用IGBT半橋電路，高電壓時(shí)可采用IGCT或IEGT半橋電路，控制方式為可逆脈寬調(diào)制(PWM)，或用智能化功率模塊(IPM)和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)。只要將逆變器實(shí)行與負(fù)載閉環(huán)控制，即可輸出穩(wěn)定的交流電源。

除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍內(nèi)。