船舶配电系统与主系统的制作方法

1.本发明涉及动力船舶控制技术领域，尤其是涉及一种船舶配电系统与主系统。


背景技术：

2.动力定位系统(dynamic positioning system，简称dp)是一种闭环的控制系统，其采用推力器来提供抵抗风、浪、流等作用在船上的环境力，从而使船尽可能地保持在海平面上要求的位置上，其定位成本不会随着水深增加而增加，并且操作也比较方便。
3.对于配置二级动力定位系统(second dynamic positioning system,简称dp2)和三级动力定位系统(third dynamic positioning system，简称dp3)的船舶，需要对用于动力定位的推进电机和其提供电源系统做冗余设计，以保证在发生最大单点故障时，dp系统仍然具有保持或恢复其动力定位的能力，从而保证船舶的安全。
4.目前，常规的做法是在配电板的两侧配置同等数量的推进电机，发生最大单点故障时(如配电板短路，一半配电板失效)，剩下的一半推进电机仍然能保持船舶的动力定位能力。对于运行海况比较恶劣，dp定位能力要求比较高的船舶，推进电机数量会超过4个，达到6个或更多，这一设计会占用船舶较大的空间，同时，造船成本也较高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种船舶配电系统与主系统，以在保证船舶dp2或dp3系统功能的同时，能减少一台侧推电动机的安装，进而减少船舶建造成本。
6.第一方面，本发明实施例提供一种船舶配电系统，船舶配电系统包括：配电板、电动机、储能装置和发电机；配电板包括：左推进配电板、右推进配电板和储能配电板；电动机，包括储能侧推电动机；储能配电板与左推进配电板连接，还与右推进配电板、储能侧推电动机和储能装置分别连接；左推进配电板和右推进配电板均与发电机连接；发电机用于通过配电板为多个电动机提供电源；储能装置，用于在左推进配电板或右推进配电板不能为储能配电板分配电力时，提供备用电源，以保证储能配电板对储能侧推电动机提供的电源的连续性；电动机，用于控制船舶的运行状态。
7.进一步地，上述电动机，还包括左主推电动机和左侧推电动机；左主推电动机和左侧推电动机，均与左推进配电板连接；左推进配电板，用于为左主推电动机和左侧推电动机分别分配电力。
8.进一步地，上述电动机，还包括右主推电动机和右侧推电动机；右主推电动机和右侧推电动机，均与右推进配电板连接；右推进配电板，用于为右主推电动机和右侧推电动机分别分配电力。
9.进一步地，上述左推进配电板的内置电路中设置有第一开关；右推进配电板的内置电路中设置有第二开关；储能配电板的内置电路中设置有第三开关、第四开关、第五开关和第六开关；发电机还包括第一主发电机、第二主发电机、第三主发电机和第四主发电机；第一主发电机和第二主发电机分别与左推进配电板连接；第一主发电机和第二主发电机，
用于为左推进配电板提供电源；第三主发电机和第四主发电机分别与右推进配电板连接；第三主发电机和第四主发电机，用于为右推进配电板提供电源。
10.进一步地，当所述船舶处于动力定位工作状态时，左主推电动机、左侧推电动机、储能侧推电动机、右主推电动机和右侧推电动机，均用于控制船舶的运行状态；第一开关、第二开关、第三开关、第五开关和第六开关处于闭合状态，第四开关处于断开状态；左推进配电板，用于为储能装置分配电力；或者，第一开关、第二开关、第四开关、第五开关和第六开关处于闭合状态，第三开关处于断开状态；右推进配电板，用于为储能装置分配电力。
11.进一步地，当上述左推进配电板出现故障时，控制第二开关、第四开关、第五开关和第六开关处于闭合状态，控制第一开关、第三开关处于断开状态；以使储能侧推电动机、右主推电动机、右侧推电动机，均用于控制船舶的运行状态。
12.进一步地，当上述右推进配电板出现故障时，控制第一开关、第三开关、第五开关和第六开关处于闭合状态，控制第二开关、第四开关处于断开状态；以使储能侧推电动机、左主推电动机、左侧推电动机，均用于控制船舶的运行状态。
13.进一步地，当上述储能配电板出现故障时，控制第一开关、第二开关处于闭合状态，控制第三开关、第四开关处于断开状态；以使左主推电动机、左侧推电动机、右主推电动机和右侧推电动机，均用于控制船舶的运行状态。
14.进一步地，上述船舶配电系统，还包括变频器和逆变器；配电板、变频器与电动机依次连接，变频器用于调节电源频率；储能配电板、逆变器与储能装置依次连接，逆变器用于交流、直流的转换。
15.第二方面，本发明实施还提供了一种船舶配电主系统，上述主系统包括船舶、动力定位控制系统和上述的船舶配电系统；船舶配电系统设置于船舶上，船舶配电系统与动力定位控制系统连接；动力定位控制系统，用于接收外部信号，以使船舶配电系统按照用户需求控制船舶的运行状态；船舶配置有二级动力定位系统或三级动力定位系统。
16.本发明提供的实施例具有以下有益效果：
17.本发明提供了一种船舶配电系统与主系统，该船舶配电系统包括：配电板、电动机、储能装置和发电机；配电板包括：左推进配电板、右推进配电板和储能配电板；电动机，包括储能侧推电动机；储能配电板与左推进配电板连接，还与右推进配电板、储能侧推电动机和储能装置分别连接；左推进配电板和右推进配电板均与发电机连接；发电机用于通过配电板为多个电动机提供电源；储能装置，用于在左推进配电板或右推进配电板不能为储能配电板分配电力时，提供备用电源，以保证储能配电板对储能侧推电动机提供的电源的连续性；电动机，用于控制船舶的运行状态。本船舶配电系统能使船舶在减少一个侧推的情况下，仍能保持系统的冗余性，减少了造船成本。
18.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体
实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为现有的船舶配电系统单线图；
22.图2为本发明实施例提供的一种船舶配电系统示意图；
23.图3为本发明实施例提供的另一种船舶配电系统示意图；
24.图4为本发明实施例提供的一种配电板单线图；
25.图5为本发明实施例提供的一种船舶配电主系统示意图。
26.图标：101
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第一配电板；102
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第二配电板；103
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第一主推电机；104
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第一侧推电机；105
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第二侧推进电机；106
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第二主推电机；107
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第三侧推电机；108
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第四侧推电机；200
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船舶配电系统；201
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左推进配电板；202
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右推进配电板；203
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储能配电板；204
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储能装置；205
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储能侧推电动机；206
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发电机；301
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第一主发电机；302
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第二主发电机；303
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第三主发电机；304
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第四主发电机；305
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左主推电动机；306
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左侧推电动机；307
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右主推电动机；308
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右侧推电动机；401
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第一开关；402
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第二开关；403
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第三开关；404
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第四开关；405
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第五开关；406
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第六开关；407
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变频器；408
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逆变器；409
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日用配电板；500
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船舶配电主系统；501
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船舶；502
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动力定位控制系统。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
28.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.对于配置dp2和dp3的船舶，需要对用于动力定位的推进电机和其供电系统做冗余设计，以保证在发生最大单点故障时，dp系统仍然具有保持或恢复其动力定位的能力，从而保证船舶的安全。
30.目前，常规的做法是在配电板的两侧配置同等数量的推进电机，发生最大单点故障时(如配电板短路，一半配电板失效)，剩下的一半推进电机仍然能保持船舶的动力定位能力。对于运行海况比较恶劣，dp定位能力要求比较高的船舶，推进电动机数量会超过4个，达到6个或更多，如图1所示，该图为现有的某dp3船舶电力系统单线图，其设有两个配电板(第一配电板101、第二配电板102)、2个主推进电机(第一主推电机103、第二主推电机106)和4个侧推电机(第一侧推电机104、第二侧推进电机105、第三侧推电机107、第四侧推电机108)，即一共设置6个电动机。发生最大单点故障时，剩余一个主推和2个侧推工作，才能保持dp系统的能力。
31.基于此，本发明实施例提供一种船舶配电系统与主系统，该技术可以应用于配置有dp2和dp3的船舶的配电场景中。
32.实施例一
33.为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种船舶配电系统200进行介绍，如图2所示。
34.上述船舶配电系统200包括：配电板、电动机、储能装置204和发电机206；配电板包括：左推进配电板201、右推进配电板202和储能配电板203。电动机，包括储能侧推电动机205；储能配电板203与左推进配电板201连接，还与右推进配电板202、储能侧推电动机205和储能装置204分别连接；左推进配电板201和右推进配电板202均与发电机206连接；发电机206用于通过配电板为多个电动机提供电源；储能装置204，用于在左推进配电板201或右推进配电板202不能为储能配电板203分配电力时，提供备用电源，以保证储能配电板203对储能侧推电动机205提供的电源的连续性；电动机，用于控制船舶的运行状态。
35.在具体实现时，配电板适用于沿海、远洋及江河船舶交流电站，交流440v50hz或450v60hz电网，用来控制与监视主发电机206的工作，并将船电送来的电能或岸电(发电机206)送来的电能，通过主配电板(左推进配电板201和右推进配电板202)向全船用电设备进行配电。发电机206能为左推进配电板201和右推进配电板202提供电源，然后左推进配电板201或右推进配电板202，可以为储能配电板203分配电力；注意，在此，左推进配电板201、右推进配电板202不能同时为储能配电板203提供电力，以防当其中一个配电板出现故障时，影响另一个配电板的运行状态。当左推进配电板201或右推进配电板202其中一个遇到故障时，让储能配电板203顶替出现故障的线路的工作，即为了保证dp2和dp3系统的冗余性，而多配置了一个侧推进电机，同时减少在左右配电板上设置的电动机的数量，最终减少总的电动机的数量。
36.本发明实施例提供的一种船舶配电系统包括：配电板、电动机、储能装置和发电机；配电板包括：左推进配电板、右推进配电板和储能配电板；电动机，包括储能侧推电动机；储能配电板与左推进配电板连接，还与右推进配电板、储能侧推电动机和储能装置分别连接；左推进配电板和右推进配电板均与发电机连接；发电机用于通过配电板为多个电动机提供电源；储能装置，用于在左推进配电板或右推进配电板不能为储能配电板分配电力时，提供备用电源，以保证储能配电板对储能侧推电动机提供的电源的连续性；电动机，用于控制船舶的运行状态。本船舶配电系统能使船舶在减少一个侧推的情况下，仍能保持系统的冗余性，减少了造船成本。
37.实施例二
38.为便于对本实施例进行理解，对本发明实施例所公开的另一种船舶配电系统200进行介绍，如图3所示。
39.上述电动机，还包括左主推电动机305和左侧推电动机306；左主推电动机305和左侧推电动机306，均与左推进配电板201连接；左推进配电板201，用于为左主推电动机305和左侧推电动机306分别分配电力。
40.上述电动机，还包括右主推电动机307和右侧推电动机308；右主推电动机307和右侧推电动机308，均与右推进配电板202连接；右推进配电板202，用于为右主推电动机307和右侧推电动机308分别分配电力。
41.发电机206还包括第一主发电机301、第二主发电机302、第三主发电机303和第四主发电机304；第一主发电机301和第二主发电机302分别与左推进配电板201连接；第一主
发电机301和第二主发电机302，用于为左推进配电板201提供电源；第三主发电机303和第四主发电机304分别与右推进配电板202连接；第三主发电机303和第四主发电机304，用于为右推进配电板202提供电源。
42.具体地，发电机206是提供电源的装置，即4台发电机206用于给系统提供电源。左推进配电板201、右推进配电板202是发电机206与电动机之间的装置，是一种桥梁作用，用于将电力有序分配给电动机。
43.上述左推进配电板201的内置电路中设置有第一开关401；右推进配电板202的内置电路中设置有第二开关402；储能配电板203的内置电路中设置有第三开关403、第四开关404、第五开关405和第六开关406，如图4所示，为一种船舶配电板的单线图。
44.以下(一)至(三)为船舶配电系统200的工作原理。首先假设任意一个主推机电机和任何两个侧推电机就能满足保持dp系统能力的要求。
45.(一)在船舶正常航行时和处于靠离港工作状态时，左推进配电板201和右推进配电板202，同时给储能配电板供电。第一开关401、第二开关402、第三开关403和第四开关404均处于闭合状态。
46.在具体实现时，此时，任意一个主发电机就能给整个船舶配电系统200供电，即任何发电机都可以给所有的推进系统供电，并给储能装置充电。此时，左、右两个推进配电板都和储能配电板203连接，二者能同时给储能配电板203分配电力。
47.(二)当上述船舶处于动力定位工作状态时，左主推电动机305、左侧推电动机306、储能侧推电动机205、右主推电动机307和右侧推电动机308，均用于控制船舶的运行状态；第一开关401、第二开关402、第三开关403、第五开关405和第六开关406处于闭合状态，第四开关404处于断开状态；左推进配电板201，用于为储能装置204分配电力。
48.具体地，上述情况即是在dp作业工况时，第一开关401、第二开关402、第三开关403、第五开关405和第六开关406处于闭合状态，使左推进配电板201和储能配电板203连接，进而使第一主发电机301和第二主发电机302给左推进系统供电，再通过左推进系统给储能装置204充电；第三主发电机303和第四主发电机304给右推进系统供电。
49.(1)当在左推进配电板201，为储能装置204分配电力过程中，当左推进配电板201出现故障时，控制第二开关402、第四开关404、第五开关405和第六开关406将处于闭合状态，控制第一开关401、第三开关403处于断开状态；以使储能侧推电动机205、右主推电动机307、右侧推电动机308，均用于控制船舶的运行状态。
50.在具体实现时，当发生左推进配电板201短路的单点故障时，第一开关401立刻断开，储能侧推电动机205瞬时由储能装置204供电，同时配电板pms(power management system，功率管理系统)自动切换到第四开关404闭合，第三开关403断开，由右推进配电板202给储能配电板203供电，保证了一台主推和两台侧推的一直在网，保证了dp系统保持动力定位能力。
51.(2)当在左推进配电板201，为储能装置204分配电力过程中，当右推进配电板202出现故障时，控制第一开关401、第三开关403、第五开关405和第六开关406处于闭合状态，控制第二开关402、第四开关404处于断开状态；以使储能侧推电动机205、左主推电动机305、左侧推电动机306，均用于控制船舶的运行状态。
52.在具体实现时，当发生右推进配电板202短路的单点故障时，第二开关402立刻断
开，第四开关404本来就是断开的。这时也保证了一台主推和两台侧推的一直在网，从而保证了dp系统保持动力定位能力。
53.(3)当在左推进配电板201，为储能装置204分配电力过程中，当储能配电板203出现故障时，控制第一开关、第二开关处于闭合状态，控制第三开关、第四开关处于断开状态；以使左主推电动机、左侧推电动机、右主推电动机和右侧推电动机，均用于控制船舶的运行状态。
54.在具体实现时，储能配电板203，用于给此配电板本身的侧推和储能装置204供电。储能装置204，用于在储能配电板203失去主电源供电时，提供备用电源，保证储能配电板203的供电连续性。当发生储能配电板203短路的单点故障时，控制第三开关403立刻断开，此时第四开关404本来就是断开的，这时左、右两台主推和两台侧推同时在网，保证了dp系统保持动力定位能力。
55.(三)当上述船舶处于动力定位工作状态时，左主推电动机305、左侧推电动机306、储能侧推电动机205、右主推电动机307和右侧推电动机308，均用于控制船舶的运行状态；第一开关401、第二开关402、第四开关404、第五开关405和第六开关406处于闭合状态，第三开关403处于断开状态；右推进配电板202，用于为储能装置204分配电力。
56.在具体实现时，上述情况与情况(二)的不同之处是，情况(二)是左推进配电板201为储能装置204分配电力；而情况(三)是右推进配电板202为储能装置204分配电力。
57.(1)当在右推进配电板202，为储能装置204分配电力过程中，当左推进配电板201出现故障时，控制第一开关401立刻断开，此时第三开关403本来就是断开的。这时保证了一台主推(右主推电动机307)和两台侧推(右侧推电动机308和储能侧推电动机205)的一直在网，从而保证了dp系统保持动力定位能力。
58.(2)当在右推进配电板202为储能装置204分配电力过程中，当右推进配电板202出现故障时，控制第二开关402立刻断开，储能侧推电动机205瞬时由储能装置204供电，同时配电板pms自动切换到第三开关403闭合，第四开关404断开，由左推进配电板201给储能配电板203供电，保证了一台主推和两台侧推的一直在网，保证了dp系统保持动力定位能力。
59.(3)当右推进配电板202，为储能装置204分配电力过程中，当储能配电板203出现故障时，控制第四开关404立刻断开，第三开关403本来就是断开的。这时有左、右两台主推和左、右两台侧推同时在网，保证了dp系统保持动力定位能力。
60.在具体实现时，在dp作业工况时，左推进配电板201和右推进配电板202不能同时给储能装置204分配电力(即情况二和情况三不会同时出现，以防一侧配电板出现故障时，影响另一侧配电板的工作)，当推进配电板为储能装置204供电时，第一开关401、第二开关402闭合；第三开关403和第四开关404中一个闭合，一个断开，储能配电板203由其中一个推进配电板供电。具体地，在dp工况状态下，当第三开关403闭合，第四开关404断开时，由左推进配电板201给储能配电板203分配电力；或者当第三开关403断开，第四开关404闭合时，由右推进配电板202给储能配电板203分配电力。
61.上述船舶配电系统200，还包括变频器407；配电板、变频器407与电动机依次连接，变频器407用于调节电源频率。
62.上述船舶配电系统200，还包括逆变器408；储能配电板203、逆变器408与储能装置204依次连接，逆变器408用于交流、直流的转换。
63.上述船舶配电系统200，还包括日用配电板409和日用变压器。左右两个推进配电板及其内部空气开关，用于给主推电机、侧推电机、储能配电板203供电以及日用配电板409分配电力。日用变压器用于给船舶推进以外的负载提供安全、合适的电力。其中，逆变器408、变频器407、日用配电板409、日用变压器的数量可以有多个，作用相同。
64.本船舶配电系统在增加了储能系统后，使储能配电板两路供电，减少了一个侧推进电机的配置，即使发生最大单点故障时，仍然能保证一个主推和2个侧推的工作，保持了dp系统的能力。从而减少船舶对于侧推安装空间的要求，节省了船舶建造成本。由于增加了带储能装置的储能配电板，并把储能配电板设计成两路供电，储能配电板上的推进负载就能实现在配电系统出现最大单点故障时，仍然能保证电力的供应，并无缝切换到另外的配电板供电，从而保证了dp系统动力定位能力的保持。储能装置在储能配电板中的使用，使dp系统在减少一个侧推的情况下，最大单点故障时仍然能保持冗余性。在保证dp2和dp3系统功能的同时,能减少一台侧推电机的安装，进而减少了船舶建造成本。
65.实施例三
66.为便于对本实施例进行理解，对本发明实施例所公开的一种船舶配电主系统500进行介绍，如图5所示。
67.上述主系统包括船舶501、动力定位控制系统502和上述的船舶配电系统200；船舶配电系统200设置于船舶501上，船舶配电系统200与动力定位控制系统502连接；动力定位控制系统502，用于接收外部信号，以使船舶配电系统200按照用户需求控制船舶501的运行状态；船舶501配置有二级动力定位系统或三级动力定位系统。
68.本发明实施例提供的船舶配电主系统，与上述实施例提供的船舶配电系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
69.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。