一种闭合母排DP船电池混合动力系统的制作方法

本发明涉及一种通过动力电池作为电站冗余的动力定位(dp)船电力系统设计方法。

背景技术：

1、随着动力电池技术的发展，在dp船上安装动力电池，同发电机、配电板、推进器等组成混合动力系统，不仅能提高电网的安全性和可靠性，同时能利用电池的削峰填谷和热备用功能实现船舶节能减排，为用户带来直接经济效益，因此逐渐成为dp船动力系统的技术热点。

2、对于dp2或dp3级动力定位船舶，为了保证电站冗余，要求电网留有热备用功率，确保发生最大单点故障后的在线功率仍能满足推进器维持船舶位置和艏向所需功率。一般dp船只能通过运行的柴油发电机提供备用功率，导致正常dp操作时，电网的在线功率远大于负荷功率，发电机长期在低负荷下运行，燃油效率低，污染排放高。因此，通过动力电池热备用为电网提供在线可用功率，以减少发电机运行数量，提高发电机的负载率和燃油效率，是一种理想的解决方案。

3、通常dp船的动力电池组根据配电板母排分段数量，设成两组或多组，每组直接挂在配电板对应冗余组的配电板母排上，见图1，每组冗余组包括一配电板母排，每个配电板母排上连接有多组主柴油发电机8和推进器电机17，每组主柴油发电机8/推进器电机17上设有一发电机开关9，每组推进器电机17上设有一个移相变压器18和一个推进器电机变频器19；相邻冗余组，例如冗余组一配电板母排5与冗余组二配电板母排7的接近处各连接一动力电池组1，动力电池组1依次通过igbt整流器2、动力电池变压器3与对应的配电板母排连接，相邻冗余组的端部通过配电板母联开关连接，即冗余组一配电板母排5右端设有的冗余组一配电板右母联开关13与冗余组二配电板母排7左端设有的冗余组二配电板左母联开关16连接。该种动力系统较为简单，但也存在较大缺陷。

4、根据故障模式和影响分析(fmea)，当发生最大单点故障，即失去一个冗余组时，连接在此冗余组的动力电池也将失效，导致dp控制系统结论分析时只能将剩余的电池功率计算在内，降低了热备用功率。反之，需要达到冗余设计所需的电池热备用功率，则需要安装更多的动力电池容量。

5、有鉴于此，需要对混合动力系统进行改进，以达到结论分析下所有电池功率能全部计算在热备份功率内，从而减少电池装机容量和设备安装数量，节约投资成本和安装空间。

技术实现思路

1、本发明所需解决的问题在于：提供一种新型dp船电池混合动力的电力系统，采用闭合/闭环母排电站设计，确保安装电池的功率能全部利用为热备份，从而降低电池装机容量和设备安装数量。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种闭合母排dp船电池混合动力系统，其包括多块配电板母排，每个配电板母排上连接有多组主柴油发电机和推进器电机，相邻所述配电板母排之间设有动力电池组配电板母排，动力电池组配电板母排的中部连接动力电池组，动力电池组配电板母排的两端分别与其两侧冗余组内的配电板母排的靠近端连接，动力电池组配电板母排两侧冗余组的配电板母排的远离端相互连接。

3、优选地，所述动力电池组配电板母排的中部依次通过动力电池变压器开关、动力电池变频器、动力电池变压器连接动力电池组；所述动力电池变压器将高压变为低压，副边设两个绕组，一个为主绕组，连接至动力电池变频器，另一个为辅助绕组，根据需要设置容量和输出电压给电池辅助系统供电。

4、更优选地，所述动力电池变频器采用igbt整流器。igbt整流器，具有双向导通功能，将交流电整流成直流电给动力电池组充电，当需要电池放电时，将动力电池组的直流逆变成电流向电网供电。

5、优选地，所述动力电池变压器与马达控制中心连接。马达控制中心由动力电池变压器的辅助绕组供电，给电池辅助系统分配电，如冷却淡水、冷却海水、通风，不间断电源等，使整个动力电池组及其辅助系统达到独立自治的冗余设计目的。

6、优选地，所述主柴油发电机与配电板母排通过发电机开关连接。

7、优选地，所述推进器电机与配电板母排通过发电机开关连接。

8、更优选地，所述推进器电机与发电机开关之间还连接有移相变压器。

9、更优选地，所述推进器电机与发电机开关之间还连接有推进器电机变频器。

10、优选地，所述配电板母排与其上连接的主柴油发电机、推进器电机形成一组冗余组，所述动力电池组配电板母排与其上连接的动力电池组形成一组冗余组。当发电机所在的冗余组一配电板母排或冗余组二配电板母排发生单点故障，即发生最大单点故障时，由于动力电池组所在的动力电池组配电板母排独立自治，整套电池组保持有效，并向电网供电。

11、更优选地，所述动力电池组配电板母排的左端设有冗余组三配电板左母联开关，右端设有冗余组三配电板右母联开关；动力电池组配电板母排左侧为冗余组一，冗余组一内设有的冗余组一配电板母排的左端连接有冗余组一配电板左母联开关，右端连接有冗余组一配电板右母联开关，冗余组一配电板右母联开关与冗余组三配电板左母联开关连接；动力电池组配电板母排右侧为冗余组二，冗余组二内设有的冗余组二配电板母排的左端连接有冗余组二配电板左母联开关，右端连接有冗余组二配电板右母联开关，冗余组二配电板左母联开关与冗余组三配电板右母联开关连接，冗余组一配电板左母联开关与冗余组二配电板右母联开关连接。

12、优选地，所述动力电池组配电板母排两侧冗余组的连接结构相互对称。

13、当电网分成更多冗余组，采用闭环电站设计时，本发明提供的动力系统依然有效，只需将电池设为单独的冗余组，与其他的冗余组形成闭环电站设计。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

15、1、本发明在达到同等dp船故障模式下的动力电池热备份功率条件下，能有效减少电池装机容量，大大降低投资成本。

16、2、本发明能有效减少动力电池变压器和变频器的安装数量，从而节约船上安装空间和投资成本。

17、3、本发明能减少因电池系统自身故障造成发电机母排的断电事故。

技术特征：

1.一种闭合母排dp船电池混合动力系统，包括多块配电板母排，每个配电板母排上连接有多组主柴油发电机(8)和推进器电机(17)，其特征在于，相邻所述配电板母排之间设有动力电池组配电板母排(6)，动力电池组配电板母排(6)的中部连接动力电池组(1)，动力电池组配电板母排(6)的两端分别与其两侧冗余组内的配电板母排的靠近端连接，动力电池组配电板母排(6)两侧冗余组的配电板母排的远离端相互连接。

2.如权利要求1所述的闭合母排dp船电池混合动力系统，其特征在于，所述动力电池组配电板母排(6)的中部依次通过动力电池变压器开关(11)、动力电池变频器、变压器(3)连接动力电池组(1)；所述动力电池变压器(3)将高压变为低压，副边设两个绕组，一个为主绕组，连接至动力电池变频器，另一个为辅助绕组，根据需要设置容量和输出电压给电池辅助系统供电。

3.如权利要求2所述的闭合母排dp船电池混合动力系统，其特征在于，所述动力电池变频器采用igbt整流器(2)。

4.如权利要求1所述的闭合母排dp船电池混合动力系统，其特征在于，所述动力电池变压器(3)与马达控制中心(4)连接。

5.如权利要求1所述的闭合母排dp船电池混合动力系统，其特征在于，所述主柴油发电机(8)与配电板母排通过发电机开关(9)连接。

6.如权利要求1所述的闭合母排dp船电池混合动力系统，其特征在于，所述推进器电机(17)与配电板母排通过发电机开关(9)连接。

7.如权利要求6所述的闭合母排dp船电池混合动力系统，其特征在于，所述推进器电机(17)与发电机开关(9)之间还连接有移相变压器(18)。

8.如权利要求6所述的闭合母排dp船电池混合动力系统，其特征在于，所述推进器电机(17)与发电机开关(9)之间还连接有推进器电机变频器。

9.如权利要求1所述的闭合母排dp船电池混合动力系统，其特征在于，所述配电板母排与其上连接的主柴油发电机(8)、推进器电机(17)形成一组冗余组，所述动力电池组配电板母排(6)与其上连接的动力电池组(1)形成一组冗余组。

10.如权利要求9所述的闭合母排dp船电池混合动力系统，其特征在于，所述动力电池组配电板母排(6)的左端设有冗余组三配电板左母联开关(14)，右端设有冗余组三配电板右母联开关(15)；动力电池组配电板母排(6)左侧为冗余组一，冗余组一内设有的冗余组一配电板母排(5)的左端连接有冗余组一配电板左母联开关(10)，右端连接有冗余组一配电板右母联开关(13)，冗余组一配电板右母联开关(13)与冗余组三配电板左母联开关(14)连接；动力电池组配电板母排(6)右侧为冗余组二，冗余组二内设有的冗余组二配电板母排(7)的左端连接有冗余组二配电板左母联开关(16)，右端连接有冗余组二配电板右母联开关(12)，冗余组二配电板左母联开关(16)与冗余组三配电板右母联开关(15)连接，冗余组一配电板左母联开关(10)与冗余组二配电板右母联开关(12)连接。

技术总结
本发明公开了一种闭合母排DP船电池混合动力系统，其包括多块配电板母排，每个配电板母排上连接有多组主柴油发电机和推进器电机，相邻所述配电板母排之间设有动力电池组配电板母排，动力电池组配电板母排的中部连接动力电池组，动力电池组配电板母排的两端分别与其两侧冗余组内的配电板母排的靠近端连接，动力电池组配电板母排两侧冗余组的配电板母排的远离端相互连接。当电网分成更多冗余组，采用闭环电站设计时，本发明提供的动力系统依然有效，只需将电池设为单独的冗余组，与其他的冗余组形成闭环电站设计。

技术研发人员：刘肖洋,朱晖宇,庞路,李智鹃,王瀚,吴拓,蓝文昊,陆响晖,沈玉琦,郭东东
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七〇八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12