基于船舶直流组网的混合动力推进系统的制作方法

本发明涉及一种应用于船舶的动力推进系统，特别涉及一种基于船舶直流组网技术的电力推进和传统柴油机推进相混合的动力推进系统。

背景技术：

在工程船舶及一些特种船舶中，推进系统一般是采用柴油机作为原动机，柴油机直接驱动船舶推进器推动船舶运行的，其推进系统是由柴油机、减速器和推进器组成。柴油机的主轴与推进器轴是直接连接在一起的，存在轴系占用空间大，振动噪音强的问题。特别是当船舶负载发生较大变化时，柴油机不能迅速跟随变化，造成柴油机运行工况差，耗油量高的缺陷。这种方案的最大优势是设备成本比较低廉。为了节省船舶轴系布置空间，提高船舶电气驱动响应速度和可操控性，开发出了船舶交流组网电力推进系统，即柴油机带动同步发电机发电，产生的恒频恒压交流电通过交流配电盘进行交流组网，交流组网后的交流电压在经过交-直-交变频器后，驱动船舶推进电动机工作，推进电动机在驱动船舶推进器推动船舶运行。当船舶负载发生变化时，由于同步发电机具有输出同频同压恒定交流电压的特点，只能通过切断或增加同步发电机的方式，来适应负载功率的变化，由于这种切换方式是非线性的，会造成运行的柴油机不能运行在最佳的功率效率点上，存在燃油使用率极其低下的问题。此外，交流组网推进系统的交流配电盘两侧的控制系统是单独设计控制的，存在柴油发电机组的控制与推动系统协的控制割裂，整个系统的集成性较差，设备占地空间大，设备价格高。

随着技术的发展，出现了一种直流组网电力推进系统，船舶上的每台柴油机均带动一台异步发电机发电，每台异步发电机连接各自的整流器，整流后的直流连接到公共直流母线上，公共直流母线上并联有多路的逆变器，每个逆变器连接有各自的推进电机，每个推进电机与各自的船舶推进器连接。当船舶的负载发生变化时，由于采用了异步发电机，可连续动态调节每台柴油机的转速，使柴油机运行在最佳燃油功耗上，实现了柴油机的变速运行，降低了柴油机的油耗。由于比交流组网电力推进系统省去了变压器和交流配电盘，减少了设备配置。另外，由于并联的各路变频器是采用公共直流母线进行组网的，避免了各路变频器的谐波的相互干扰。传统的柴油机直接推进系统具有明显的低成本特点；而直流组网电力推进系统具有噪音小，油耗低的特点，但工程船舶及一些特种船舶的推进系统，需要兼顾设备成本和技术性能两个要素，单独的直流组网电力推进系统不能满足低成本要求，单独的柴油机直接推进系统不能满足油耗低和噪音小的要求。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于船舶直流组网的混合动力推进系统，解决了现有的推进系统不能兼顾设备成本和技术性能两个因素的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思是：将直流组网电力推进系统与传统的柴油机推进系统进行有效组合，经济实惠地满足船舶多工况的运行要求，在全速航行时采用直流组网电力推进系统与柴油主机推进系统同时驱动推进器工作。当船舶负荷率较低或者需要静音推进的情况下，只采用直流组网全电力推进。当船舶处于经济航速时，采用柴油主机恒定转速推进，柴油主机的冗余功率驱动直流组网电力推进系统中的推进电机做发电机运行，将电能回馈给公共直流母线。

一种基于船舶直流组网的混合动力推进系统，包括由柴油机和异步发电机组成柴油发电机组，柴油发电机组产生的交流电通过整流器后与公共直流母线连接在一起，在公共直流母线上分别连接有推进电机逆变器和船舶日用电源逆变器，船舶日用电源逆变器通过日用电源变压器与船舶日用电负载连接在一起，推进电机逆变器与推进电机连接在一起，三端齿轮箱的第一端与推进电机的推进轴机械连接，三端齿轮箱的第二端与柴油主机的输出轴连接，三端齿轮箱的第三端与主推进器的轴连接在一起。

本发明相对于传统柴油机推进系统和交流网电力推进系统，

具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：整套系统具有较高的集成度，较低的成本，设备数量少，占地面积及重量低。本发明可以使船舶推进系统灵活地工作在多种模式中，并且采用变速柴油发电机组机方案，柴油机油耗明显降低。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是柴电并联推进的能量流示意图；

图3是柴油主机单独推进的能量流示意图；

图4是全电力推进的能量流示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

一种基于船舶直流组网的混合动力推进系统，包括由柴油机1和异步发电机2组成柴油发电机组3，柴油发电机组3产生的交流电通过整流器4后与公共直流母线5连接在一起，在公共直流母线5上分别连接有推进电机逆变器6和船舶日用电源逆变器11，船舶日用电源逆变器11通过日用电源变压器12与船舶日用电负载连接在一起，推进电机逆变器6与推进电机7连接在一起，三端齿轮箱9的第一端与推进电机7的推进轴机械连接，三端齿轮箱9的第二端与柴油主机8的输出轴连接，三端齿轮箱9的第三端与主推进器10的轴连接在一起。

当船舶处于全速航行时，船舶负荷率较高，采用柴电混合推进系统，柴油主机直接推进，直流组网电力推进系统补充船舶负载所需的剩余功率。柴油机1和异步发电机2组成柴油发电机组3，柴油发电机组3产生的交流电通过整流器4后与公共直流母线5连接在一起，在公共直流母线5上分别连接有推进电机逆变器6和船舶日用电源逆变器11，船舶日用电源逆变器11通过船舶日用电源变压器12与船舶日用电负载13连接在一起，推进电机逆变器6与推进电机7连接在一起，柴油主机8和推进电机7通过三端齿轮箱9并联驱动推进器10。此工况可以达到最大的推进功率。

当船舶处于经济航速时，采用柴油主机恒定转速推进，冗余功率驱动直流组网电力推进系统中的推进电机做发电机运行，将电能回馈给公共直流母线。柴油机1和异步发电机2组成柴油发电机组3，柴油发电机组3产生的交流电通过整流器4后与公共直流母线5连接在一起，在公共直流母线5上分别连接有推进电机逆变器6和船舶日用电源逆变器11，船舶日用电源逆变器11通过船舶日用电源变压器12与船舶日用电负载13连接在一起，推进电机逆变器6与推进电机7连接在一起，柴油主机8、推进电机7和推进器10通过三端齿轮箱9连接在一起，柴油主机8运行在恒定转速模式，一部分功率驱动推进器10，冗余功率驱动推进电机7，推进电机7做发电机运行，推进电机变频器6工作在整流模式，将推进电机7产生的交流电整流为直流电，与公共直流母线5连接在一起，与柴油发电机3一起为船舶日用电负载13供电。

当船舶负荷率较低或者需要静音推进的情况下，采用直流组网全电力推进，柴油机1和异步发电机2组成柴油发电机组3，柴油发电机组3产生的交流电通过整流器4后与公共直流母线5连接在一起，在公共直流母线5上分别连接有推进电机逆变器6和船舶日用电源逆变器11，船舶日用电源逆变器11通过船舶日用电源变压器12与船舶日用电负载13连接在一起，推进电机逆变器6与推进电机7连接在一起，柴油主机8、推进电机7和推进器10通过三端齿轮箱9连接在一起，关闭柴油主机8，推进电机7直接驱动推进器10，系统动态响应能力好，舒适度高。