一种舰船末端配电系统的制作方法

本发明属于舰船电力技术领域，具体涉及一种舰船末端配电系统。

背景技术：

在当前舰船的区域配电网络的设计中，局部复杂区域的用电设备数量庞大、种类繁多，对配电系统要求各异，有些设备需要交流电源接口包括ac380v、ac220v或中频交流电源等；有些设备需要直流电源接口包括dc220v、dc24v等；传统的舰船配电系统针对这些末端配电需求，配置了大量的配电设备和电能转换设备，在配电系统的末端组成了ac380v配电系统、ac220v配电系统、dc220v配电系统和dc24v配电系统，在设计时按不同的电制系统分别设计、绘制原理图，通用性和可移植性差，研制和维护成本高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种舰船末端配电系统，用于为复杂区域内不同的用电需求提供集成供电。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种舰船末端配电系统，包括电能互联装置1、电能互联装置2、…、电能互联装置n和能量分配平台，n为自然数，n≥1；电能互联装置i包括直流母线、端口模块、装置控制模块和通信模块，i∈(1，2，…，n)；端口模块的能量输入端连接电源，端口模块的能量输出端连接用电设备，端口模块的直流端连接直流母线；端口模块的内部包括端口控制模块，端口控制模块用于监控并上报所在的端口模块的运行情况并控制端口模块的功率流动和电压、电流波形；端口控制模块的信号收发端与装置控制模块的信号收发端连接，装置控制模块用于上报端口模块的运行情况并根据收到的命令调整分配给各端口模块的电能；装置控制模块的信号收发端与通信模块的信号收发端连接，通信模块的信号输入端与用电设备的信号输出端连接，用于采集用电设备的状态信息；电能互联装置i通过通信模块与能量分配平台连接，能量分配平台用于监控各电能互联装置的运行情况并调度分配给各电能互联装置的电能。

按上述方案，端口模块包括输入端口模块和输出端口模块；输入端口模块的能量输出端连接直流母线，输出端口模块的能量输入端连接直流母线；输入端口模块和输出端口模块的内部分别包括输入端口控制模块和输出端口控制模块。

进一步的，端口模块还包括双向端口模块；双向端口模块的双向能量端口分别连接直流母线和储能设备的双向能量端口，双向端口模块的内部包括双向端口控制模块。

进一步的，输入端口模块包括ac/dc输入端口模块和dc/dc输入端口模块。

进一步的，dc/dc输入端口模块的能量输出端与直流母线连接，除dc/dc输入端口模块以外的输入端口模块均连接dc/dc输入端口模块的能量输入端，用于隔离用电设备波动对电源的影响。

进一步的，双向端口模块包括dc/dc双向端口模块。

进一步的，输出端口模块包括dc/ac输出端口模块和dc/dc输出端口模块。

按上述方案，电能互联装置i通过通信模块与电能互联装置j连接，j∈(1，2，…，n)，j≠i；电能互联装置i的能量输出端和电能互联装置j的能量输出端分别连接到同一个重要用电设备的能量输入端形成热备份和能量协调分配，用于为重要用电设备提供不间断的电源。

本发明的有益效果为：

1.本发明的一种舰船末端配电系统通过集成舰船配电网络中不同电制的电源，包括配电中心、常规变压器、逆变器、整流器等配电和电制转换设备，与用电设备组成新型配电网络，实现了为复杂区域内不同的用电需求提供集成供电的功能，降低了配电系统的复杂度，实现了配电扁平化，解决了传统配电系统层级过多、各种专用配电设备消耗大量总体资源、配电系统信息化水平不高，以及供配电限制较多等问题。

2.本发明通过改变多路供电线路切换式供电方式，即电能的末端分配实现多路同时并联供电和功率动态分配，实现了电能的灵活共享使用和合理分配。

3.本发明通过电能互联装置接入储能时，统一调度使用储能元件电能，通过端口间的功率分配实现重要负荷的多路电源快速转换，保障了供电连续性，实现了对重要负荷的不间断供电。

4.在配电网络下有较大容量电机时，通过节省软启动装置，将电机制动的能量回馈到电网，更环保绿色地使用能源。

5.本发明通过获取各端口状态、能量流动、历史信息，精确地控制各支路(端口)功率，对整个配电网络分端口进行有效的信息化控制和保护，具有能量优化调度、智能保护等功能。

6.本发明的具有的“电能防火墙”属性避免了电网波动带来的能量冲击，有效地隔离了故障、扰动、谐波等电源污染，提高了电能品质。

附图说明

图1是本发明实施例的功能框图。

图2是本发明实施例的电能互联装置的端口模块示意图。

图3是本发明实施例的重要负荷冗余网络图。

图4是本发明实施例与传统配电系统的对照图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，本发明的实施例的一种舰船末端配电系统包括电能互联装置1、电能互联装置2、…、电能互联装置n和能量分配平台，n为自然数，n≥1；电能互联装置i包括直流母线、端口模块、装置控制模块和通信模块，i∈(1，2，…，n)；

端口模块包括输入端口模块、双向端口模块和输出端口模块；输入端口模块的能量输入端连接用做电源的配电板，输入端口模块的能量输出端连接直流母线；双向端口模块的双向能量端口分别连接直流母线和储能设备的双向能量端口，用于控制储能设备的充放电，并通过能量分配平台优化调度储能设备中电能的存储和使用，实现了分布式储能接入的功能；输出端口模块的能量输入端连接直流母线，输出端口模块的能量输出端连接用电设备。输入端口模块、双向端口模块和输出端口模块的内部分别包括高精度的数字式的输入端口控制模块、双向端口控制模块和输出端口控制模块，端口控制模块用于监控并上报所在的端口模块的运行情况并控制端口模块的功率流动和电压、电流波形，以提高输出电能的质量。

端口控制模块的信号收发端与装置控制模块的信号收发端连接，装置控制模块用于上报端口模块的运行情况并根据收到的命令调整分配给各端口模块的电能；装置控制模块的信号收发端与通信模块的信号收发端连接，通信模块的信号输入端与用电设备的信号输出端连接，用于采集用电设备的状态信息；电能互联装置i通过通信模块与能量分配平台连接，能量分配平台用于接收各电能互联装置发送的配电信息并向各电能互联装置发送能量管理调度指令。

本发明通过电能互联装置的通信模块或网络接口连接用电设备、外部舰船能量管理系统和舰船综合平台管理系统，将该配电区域信息录入相应的管理系统；在运行过程中，相关系统根据用电设备的能量特性、供电优先级和当前舰船主要任务要求下达配电系统指令，电能互联装置内部的控制器根据指令对各端口的功率流动进行有效控制。

参见图2，实施例一：输入端口模块采用了一个用于输入ac690v电源的ac/dc变换器和一个用于输入dc1000v电源的dc/dc直流变压器；双向端口模块采用了一个用于输入输出dc220v电源的dc/dc双向变换器；输出端口模块采用了多个用于输出ac380v电源的dc/ac变换器、多个用于输出ac220v电源的dc/ac变换器和一个用于输出dc24v电源的dc/dc变换器。

实施例二：输入端口模块采用了一个用于输入ac380v电源的ac/dc变换器；双向端口模块和输出端口模块同实施例一。

实施例三：输入端口模块采用了两路用于输入dc1000v电源的dc/dc直流变压器；双向端口模块和输出端口模块同实施例一。

各端口模块的输出相对独立，可根据使用需求配置端口模块，用于兼容多种不同主电网电制的舰船；并且采用分布式控制方法抑制端口模块间的相互影响，具有“电能防火墙”的功能，避免了能量冲击，有效隔离了电源的故障、扰动、谐波污染等。

若输入端口模块选用了dc/dc直流变压器，将dc/dc直流变压器的能量输出端与直流母线连接，则除dc/dc直流变压器以外的输入端口模块均连接dc/dc直流变压器的能量输入端，用于隔离用电设备波动对整个电力系统和电源的影响。

参见图3，本发明进行了冗余设计，采用两个或多个电能互联装置互联组网为重要用电设备供电；电能互联装置i通过通信模块与电能互联装置j连接，j∈(1，2，…，n)，j≠i，并且装置之间设有电力互联线；电能互联装置i的能量输出端和电能互联装置j的能量输出端分别连接到同一个重要用电设备的能量输入端形成热备份和能量的动态分配、流动，用于为重要用电设备提供不间断的电，避免单装置故障对配电网络造成影响。

参见图4，针对传统的配电系统设备数量多、层级多、传统配电设备重量大的问题，本发明采用基于电能互联技术的末端配电系统方案，通过一个多端口的电能互联装置连接多路电源、储能设备和用电设备进行组网，形成了一个高度电力电子化的配电系统；电能互联装置内部采用电力电子变换模块替代传统配电网的电制转换设备，如变压器、逆变器、直流电源装置等，在配电系统层级上少于传统配电系统，实现了配电系统的扁平化，减少了配电系统在空间和重量上对总体资源的消耗，减少了多层级配电系统的设计难度。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。