專(zhuān)利名稱(chēng)：船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)，更加具體地說(shuō)，涉及一 種能實(shí)現(xiàn)最大的功率密度、效率和穩(wěn)定性，并且通過(guò)模塊化方法和標(biāo) 準(zhǔn)接口促進(jìn)未來(lái)技術(shù)嵌入的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在采用全電力推進(jìn)(FEP)的傳統(tǒng)船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)中，故障 電流幅度-時(shí)間辨別被用來(lái)使得保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置能夠中斷特定子電路中 的過(guò)電流故障，同時(shí)使對(duì)所有其它子電路的實(shí)際破壞最小。這種FEP 系統(tǒng)被認(rèn)為利用了 "電廠原理"，其中目的是使在任意特定時(shí)間并入 電網(wǎng)的發(fā)電能力適應(yīng)在那個(gè)時(shí)間正被驅(qū)動(dòng)的總負(fù)載。這具有使燃料效 率最大化的效果。這種FEP系統(tǒng)的配置通常通過(guò)電力管理系統(tǒng)而進(jìn)行 了某種程度的自動(dòng)化，所述電力管理系統(tǒng)有權(quán)以?xún)?yōu)先順序的方式減載 和起動(dòng)發(fā)電機(jī)。交流電通過(guò)FEP系統(tǒng)以中壓(MV)分配以便與基于地 面的系統(tǒng)保持兼容。
傳統(tǒng)FEP系統(tǒng)的一個(gè)例子如圖l所示。 一系列渦輪機(jī)T和柴油 機(jī)D被用于為各個(gè)發(fā)電機(jī)G提供動(dòng)力。這些發(fā)電機(jī)通過(guò)中壓(MV)交 流母線系統(tǒng)向FEP系統(tǒng)提供交流電源，該中壓交流母線系統(tǒng)裝備有保 護(hù)開(kāi)關(guān)裝置。保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置包括斷路器和相關(guān)的控制，并且在圖1 中由符號(hào)X表示。使用電力轉(zhuǎn)換器PC將MV交流母線系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)螺旋 槳的電力推進(jìn)馬達(dá)PM連接。濾波器F也與MV交流母線系統(tǒng)連接。MV 交流母線系統(tǒng)被劃分成第一 MV交流母線和第二 MV交流母線，它們通 過(guò)保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置互連。第一低壓(LV)交流母線通過(guò)第一變壓器而與 第一 MV交流母線連接。第二 LV交流母線通過(guò)第二變壓器而與第二 MV交流母線連接。第一和第二 LV交流母線通過(guò)保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置互連。 可將一系列未指定的主負(fù)載和次要負(fù)載分別與第一和第二 LV交流母線連接。從圖1可以清楚看出次要負(fù)載是通過(guò)第一和第二次要LV交 流母線與第一和第二 LV交流母線連接的。
沿著圖1的右手側(cè)示出了 FEP系統(tǒng)的六個(gè)幅度-時(shí)間辨別等級(jí)。 在每個(gè)辨別等級(jí)中通過(guò)x符號(hào)來(lái)代表保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置。例如，在辨別等 級(jí)6中，保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置位于MV交流母線和每個(gè)發(fā)電機(jī)G之間。在辨 別等級(jí)5中，保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置位于MV交流母線和每個(gè)濾波器F之間以 及MV交流母線和每個(gè)電力轉(zhuǎn)換器PC之間。保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置位于MV交 流母線和每個(gè)變壓器之間，變壓器用于將第一和第二 MV交流母線分 別與第一和第二LV交流母線連接。在辨別等級(jí)4中，保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置 位于每個(gè)變壓器和各自對(duì)應(yīng)的LV交流母線之間。在辨別等級(jí)3中， 保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置位于第一和第二 LV交流母線和每個(gè)主負(fù)載之間，以及 每個(gè)分別饋至次要LV交流母線的線路上。在,別等級(jí)2中，另外的 保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置位于第一、第二LV交流母線和次要LV交流母線的相 關(guān)部分之間。在辨別等級(jí)l中，保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置位于次要LV交流母線 和每個(gè)次要負(fù)載之間。
在FEP系統(tǒng)的任何特定辨別等級(jí)中發(fā)生的短路必定會(huì)切斷那個(gè) 等級(jí)中的相關(guān)保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置，但不能使任何其它保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置切斷。 保護(hù)故障電流水平完全由電源阻抗確定，而保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置只有在峰值 故障電流通過(guò)之后才能很好地中斷故障電流(即，故障期間在FEP 系統(tǒng)中的電流)。因此通常只有在線路電流反向時(shí)或在其后非常短的 時(shí)刻才能中斷故障電流。
圖1中所示的傳統(tǒng)FEP系統(tǒng)具有下列技術(shù)缺陷。
故障電流的幅度受在特定的公共耦接點(diǎn)上并入電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)G 的數(shù)量和類(lèi)型的影響；組合的發(fā)電機(jī)阻抗越低，故障電流越大。預(yù)期 的故障電流會(huì)發(fā)生較大變化，并且保護(hù)設(shè)備設(shè)置可能必須是連續(xù)可調(diào) 節(jié)的以便保證故障辨別。
故障電流的幅度隨分配電壓(即，由FEP系統(tǒng)中的各種交流母 線所運(yùn)送的電壓)的降低而提高。隨著總安裝額定功率的提高和/或 分配電壓的降低，最終的故障電流可能會(huì)超過(guò)可用保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置的容 量。中壓配電系統(tǒng)可能必須使用負(fù)載降壓變壓器和特殊化的絕緣系統(tǒng)
11以便允許使用足夠高的分配電壓來(lái)克服保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置限制。
發(fā)電機(jī)G的特性可能按照時(shí)間相關(guān)性以及交流和直流分量的峰 值幅度發(fā)生廣泛的變化以幫助負(fù)載分配。(設(shè)計(jì)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器 (AVR)來(lái)幫助負(fù)載分配)。另外，這些特性受與發(fā)電機(jī)耦接的原動(dòng)
機(jī)類(lèi)型(例如，柴油機(jī)D或渦輪機(jī)T)的極大影響，并且它們最終耦 接的控制和調(diào)整響應(yīng)可能會(huì)有極大的不同。當(dāng)一組發(fā)電機(jī)G與一個(gè)公 共耦接點(diǎn)連接時(shí)，這種不一致通常會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，特別是在無(wú)源電路(例 如，濾波器和變壓器)切換期間和在負(fù)載瞬變期間。
FEP系統(tǒng)通常被分割成多個(gè)公共耦接點(diǎn)，它們被稱(chēng)之為"島壓 點(diǎn)"?？蓪⑺袓u壓點(diǎn)并行地連接起來(lái)以給出一個(gè)單島壓點(diǎn)結(jié)構(gòu)(例 如，用于單引擎運(yùn)行)，或者可將它們分開(kāi)以提供冗余和設(shè)備故障后
的適度容量退化。個(gè)體島壓點(diǎn)之間的同步和負(fù)載轉(zhuǎn)移是復(fù)雜的，尤其 是當(dāng)它們具有不同的諧波污染度時(shí)以及當(dāng)存在上述的不一致時(shí)。推進(jìn) 電力通常是從推進(jìn)分配系統(tǒng)(PDS)中的島壓點(diǎn)汲取的，而其它負(fù)載 是通過(guò)船舶業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)(SSDS)中的島壓點(diǎn)饋電的，其中船舶業(yè)務(wù) 分配系統(tǒng)的電源通常是從PDS獲得的。保護(hù)辨別和電源品質(zhì)通常與從 最大發(fā)電機(jī)G向下延伸至最小電負(fù)載的公共層級(jí)相關(guān)聯(lián)。必須提供裝 置來(lái)使相對(duì)敏感的SSDS免受PDS中的具有相對(duì)魯棒性的電力和推進(jìn) 設(shè)備的潛在有害影響。臨界電負(fù)載可能需要自身具有專(zhuān)用電力變換和 能量存儲(chǔ)設(shè)備的局部高集成度電源，以便維持所需的與PDS去耦的程 度。這些局部電源通常被稱(chēng)為分區(qū)供電單元(ZPSU)，并且它們的能 量存儲(chǔ)通常被稱(chēng)為分區(qū)能量存儲(chǔ)器(ZES)。
因?yàn)镕EP系統(tǒng)是交流系統(tǒng)，所以許多變量都能影響其設(shè)計(jì)。這 些變量包括(還可包括其它變量)電壓、頻率、相位角、功率因數(shù)、 循環(huán)切換事件點(diǎn)、相位不平衡、整數(shù)和非整數(shù)諧波失真。因?yàn)檫@是復(fù) 雜的交流系統(tǒng)，所以能夠認(rèn)識(shí)到很難抑止影響這種配電系統(tǒng)的雜散和 人為阻抗之間的不可避免的諧振模。 一旦已經(jīng)選擇了交流分配頻率 (即，由FEP系統(tǒng)中的各種交流母線所運(yùn)送的交流電流的頻率)，那 么這將大大影響發(fā)電機(jī)布局并最終限制原動(dòng)機(jī)的軸速。在許多情況 下，這將不利地影響發(fā)電機(jī)和原動(dòng)機(jī)的尺寸和性能。
12大多數(shù)傳統(tǒng)FEP系統(tǒng)分配中壓交流電流(MVAC)，同時(shí)還己知 分配低壓直流電流(LVDC)。雖然這些LVDC系統(tǒng)通過(guò)限電流電源電 子裝置從MVAC電流源獲得它們的直流電流，但它們依賴(lài)直流斷路器 (DCCB)來(lái)中斷相當(dāng)大的故障電流。
例如，SSDS可使用相位受控變壓整流器從傳統(tǒng)的MVAC分配系統(tǒng) 獲得LVDC分配電壓。并聯(lián)冗余饋電線通過(guò)配電板來(lái)分配LVDC分配電 壓，所述配電板包括故障電流額定的DCCB。每個(gè)ZPSU均通過(guò)插入調(diào) 節(jié)電源電子裝置和防反饋二極管而被從這些配電板中的一對(duì)冗余配 電板饋電。
另一種SSDS可使用變壓器隔離的緊接著的一個(gè)脈沖寬度調(diào)制 (P觀)電壓源轉(zhuǎn)換器(通常稱(chēng)為MV/LV線路轉(zhuǎn)換器)來(lái)從傳統(tǒng)的MVAC 分配系統(tǒng)獲得LVDC分配電壓。使用環(huán)形電路糴分配LVDC,以便通過(guò) 故障電流額定的DCCB向ZPSU和其它電負(fù)載提供冗余。
與傳統(tǒng)交流電流分配系統(tǒng)不同，直流電流分配系統(tǒng)將不會(huì)經(jīng)歷 規(guī)律的電流線路反向。因此DCCB必須通過(guò)以機(jī)電的方式使觸點(diǎn)斷開(kāi) 來(lái)中斷故障電流，由此在觸點(diǎn)之間產(chǎn)生弧電壓。弧電壓與系統(tǒng)電壓相 對(duì)，該系統(tǒng)電壓是供電電壓源和感生電壓之和，該供電電壓源引起故 障電流流動(dòng)，該感生電壓對(duì)抗故障電流的任何減小。這允許弧電壓減 小故障電流，并最終完全截?cái)嗨?。隨著故障電流接近最終的截?cái)啵?電壓將經(jīng)受瞬時(shí)增加，其對(duì)于與SSDS連接的應(yīng)力部件是已知的并會(huì) 產(chǎn)生電磁干擾(EMI)。該部件應(yīng)力通過(guò)DCCB瞬變弧電壓和從在供電 電壓源中流動(dòng)的故障電流的截?cái)嗟玫降腟SDS分配電壓的恢復(fù)量 (recovery)之和而被加劇。已知通過(guò)對(duì)這種配電系統(tǒng)應(yīng)用電涌放電 器和緩沖器來(lái)減小瞬變弧電壓和EMI。
還已知使用混合DCCB，所述混合DCCB使用功率電子開(kāi)關(guān)裝置和 電磁致動(dòng)電子觸點(diǎn)的串聯(lián)連接組合使得功率電子開(kāi)關(guān)裝置快速切斷， 電涌放電器和緩沖器緩和所導(dǎo)致的電壓瞬變，并且在截?cái)喙收想娏髦?后斷開(kāi)電子觸點(diǎn)。
線性調(diào)節(jié)器直流供電單元使用稱(chēng)作"折返(foldback)"的技 術(shù)來(lái)限制短路負(fù)載條件期間的調(diào)節(jié)器功率裝置耗散。折返系統(tǒng)典型地
13包括限制輸出電流的調(diào)節(jié)器，其基準(zhǔn)依賴(lài)于輸出電壓。如果負(fù)載阻抗 降至特定的閾值以下，則限流調(diào)節(jié)器的初始動(dòng)作將使輸出電壓減小， 其后是再生動(dòng)作，該再生動(dòng)作用于將輸出電流和電壓限制為適當(dāng)?shù)牡?水平，并限制調(diào)節(jié)器功率裝置耗散。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)，其包括
第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括具有超導(dǎo)繞組的推 進(jìn)馬達(dá)和電力轉(zhuǎn)換器；
第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)，其用于向第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電，第
一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)包括具有超導(dǎo)繞組的發(fā)電機(jī)和電力轉(zhuǎn)換器；以及 第一電力產(chǎn)生系統(tǒng)，其包括用于向第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)供電的至
少一個(gè)電源，第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)包括
用于運(yùn)送分配電壓和分配電流的至少一個(gè)直流分配母線，以及 至少一個(gè)配電板。
總的來(lái)說(shuō)，所述配電系統(tǒng)至少包括一個(gè)電源，該電源的輸出電 流被整流，或者該電源的輸出電流自然地產(chǎn)生直流電流。優(yōu)選地根據(jù) 電源折返和穩(wěn)定特性通過(guò)快速動(dòng)作裝置(例如電力轉(zhuǎn)換器)來(lái)限制輸 出電流，所述快速動(dòng)作裝置最初使最大預(yù)期故障電流遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的阻 抗限制情況，并且隨后在協(xié)調(diào)動(dòng)作中使輸出電流變換方向。電源折返
和穩(wěn)定特性還通過(guò)結(jié)合穩(wěn)態(tài)下垂(droop)分量來(lái)有助在并聯(lián)的電源 之間進(jìn)行電流分配。而且，電源折返和穩(wěn)定特性還通過(guò)結(jié)合適當(dāng)?shù)乃?時(shí)響應(yīng)來(lái)有助于穩(wěn)定分配電壓，所述適當(dāng)?shù)乃矔r(shí)響應(yīng)被疊加在穩(wěn)態(tài)下 垂分量上。
當(dāng)對(duì)船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用低阻抗故障時(shí)，根據(jù)折返方法， 所述至少一個(gè)電源的動(dòng)作最終將使故障電流被中斷。在故障電流中斷 進(jìn)行的同時(shí)，與故障電流路徑相關(guān)的配電板中的與保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置相關(guān) 的傳感器和一個(gè)相關(guān)的電子處理器檢測(cè)到了該故障并判斷保護(hù)開(kāi)關(guān) 裝置必須被斷開(kāi)。 一旦故障已經(jīng)被中斷，則電子處理器判斷確存在情 況并指令保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置(可選擇的為卸載型開(kāi)關(guān)裝置)斷開(kāi)。可將大量電負(fù)載連接至船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)，并且根據(jù)特定的
減載(load shed)和穩(wěn)定特性通過(guò)快速動(dòng)作裝置(例如電力轉(zhuǎn)換器)
對(duì)所有這些電負(fù)載進(jìn)行電子調(diào)整，所述特定的減載和穩(wěn)定特性以與所 述至少一個(gè)電源的輸出電流的上述換向相協(xié)調(diào)的方式除去負(fù)載電流。
當(dāng)斷開(kāi)保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置時(shí)，除去負(fù)載電流的結(jié)果是允許根據(jù)折返方法恢 復(fù)所述至少一個(gè)電源的輸出電壓。該輸出電壓的恢復(fù)根據(jù)減載方法起 動(dòng)電負(fù)載的再應(yīng)用。所述減載和穩(wěn)定特性還會(huì)引起與將要疊加在電負(fù) 載的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)上的電源電壓相關(guān)的負(fù)載電流的特定瞬時(shí)響應(yīng)。
還可通過(guò)借助其它傳感器和電子處理器、或通過(guò)特定的電子處 理器命令、通過(guò)交互跳閘的方法檢測(cè)到的其它故障模式來(lái)啟動(dòng)上面的 方法。所述方法的所有方面優(yōu)選地是可通過(guò)適當(dāng)?shù)难b置來(lái)進(jìn)行編程 的。所述船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)并不需要為了操作而在所述至少一個(gè)電 源、保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置和電負(fù)載之間進(jìn)行串行通信，這是因?yàn)榕潆娤到y(tǒng)本 身提供了分布式智能和有效的通信裝置。所述船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)的 所有部件都能自動(dòng)和自主的操作。然而，如果提供串行通信，那么船 舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)就能受益于智能增加和自動(dòng)控制。可以為所有部件 提供局部手動(dòng)控制。
優(yōu)選地，通過(guò)船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)(尤其是結(jié)合有分區(qū)能量存 儲(chǔ)器的一個(gè)或多個(gè)分區(qū)配電子系統(tǒng))來(lái)分配電力。更具體地講，每個(gè)
分區(qū)配電子系統(tǒng)均包括分區(qū)供電單元和分區(qū)能量存儲(chǔ)器，其中分區(qū)供 電單元用于向至少一個(gè)電負(fù)載供電，分區(qū)能量存儲(chǔ)器與第一業(yè)務(wù)分配
系統(tǒng)中的至少一個(gè)配電板連接，用于向分區(qū)供電單元供電。這些分區(qū) 能量存儲(chǔ)器本質(zhì)上能夠支持可逆電力流。分區(qū)能量存儲(chǔ)器可以自第一 業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)充電，以便向與分區(qū)供電單元連接的電負(fù)載提供連續(xù)的 電力，而不管分配電壓是否中斷。然而，分區(qū)能量存儲(chǔ)器還可以反過(guò) 來(lái)向第一配電系統(tǒng)供電以幫助設(shè)立分配電壓。
優(yōu)選地，利用電力轉(zhuǎn)換器使所有電源的輸出適應(yīng)適當(dāng)?shù)闹绷鞣?配電壓并提供對(duì)故障電流的限制。這允許更大的設(shè)計(jì)自由度和發(fā)電設(shè) 備的最佳化。所有電負(fù)載優(yōu)選地也可通過(guò)電力轉(zhuǎn)換器來(lái)調(diào)節(jié)，這會(huì)有 效地幫助設(shè)立分配電壓并限制故障電流和切換瞬變。只需要對(duì)船舶配
15電和推進(jìn)系統(tǒng)(尤其是保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置)的連續(xù)運(yùn)行負(fù)載進(jìn)行最佳化， 這是因?yàn)楣收想娏骱颓袚Q瞬變通過(guò)主動(dòng)裝置被限制。
所述船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)選地具有高度冗余和可配置的布局 以提供適度退化。如果將船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)用在海軍船舶或潛艇 上，由于在海軍船舶或潛艇上即使部件被損壞也必須對(duì)關(guān)鍵系統(tǒng)連續(xù) 供電，則這一點(diǎn)特別重要。船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性意味著可提
供髙脈沖負(fù)載(類(lèi)似例如動(dòng)能(KE)射彈和無(wú)人航空器(UAV)發(fā)射
臺(tái))。任何電負(fù)載所汲取的電力部分可被連續(xù)地調(diào)整以使效率最佳并 且便于在單個(gè)島壓點(diǎn)和多個(gè)島壓點(diǎn)結(jié)構(gòu)之間的"無(wú)振"過(guò)渡。相對(duì)于 總安裝發(fā)電容量，該分配電壓可以低于傳統(tǒng)配電系統(tǒng)中的分配電壓， 由此降低了絕緣要求并且使功率密度最大化。
所述船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)的操作本質(zhì)上是自動(dòng)的，但也可以結(jié)
合手動(dòng)倒退(reversionary)模式。所有關(guān)鍵部件優(yōu)選地都是智能化 的和自動(dòng)化的。所述智能可被概述如下。
當(dāng)起動(dòng)電源(例如發(fā)電機(jī))時(shí)，其相關(guān)電力轉(zhuǎn)換器調(diào)整輸出電 壓并使它斜向上升至剛好低于期望的輸出電壓。相關(guān)保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置檢 測(cè)到這種準(zhǔn)備就緒狀態(tài)并關(guān)閉。電源相對(duì)于反饋是安全的，在檢測(cè)到 其處于并入電網(wǎng)狀態(tài)之后轉(zhuǎn)變成其特定的輸出特性。
當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重的過(guò)載時(shí)，通過(guò)電源折返和穩(wěn)定特性來(lái)限制故障電 流。保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置借助其傳感器來(lái)快速地定位和對(duì)故障分類(lèi)。如果故 障持續(xù)，則電源折返和穩(wěn)定特性將使輸出電壓降低。所有電負(fù)載卸掉 或回到分區(qū)能量存儲(chǔ)器中。保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置檢測(cè)到斷開(kāi)受影響的輸出是 安全的。當(dāng)消除故障時(shí)，被卸掉或已經(jīng)回復(fù)至分區(qū)能量存儲(chǔ)器的所有 其它電負(fù)載蓄積起來(lái)，輸出電壓根據(jù)電源折返和穩(wěn)定特性恢復(fù)，并且 減載和穩(wěn)定特性被消除。
根據(jù)減載和穩(wěn)定特性能調(diào)節(jié)第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推進(jìn)馬達(dá)。更 具體地講，第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地由一個(gè)調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào) 節(jié)。該調(diào)節(jié)器以滿(mǎn)足船舶的推進(jìn)需要的方式對(duì)第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推 進(jìn)馬達(dá)和電力轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，但是經(jīng)常是根據(jù)減載和穩(wěn)定特性的要 求來(lái)進(jìn)行控制的。實(shí)際上，例如，除了當(dāng)分配電壓諸如在保護(hù)折返事
16件期間較低或當(dāng)所請(qǐng)求的負(fù)載功率大于可得到的發(fā)電能力時(shí)，如果包 括螺旋槳、推進(jìn)馬達(dá)和電力轉(zhuǎn)換器的推進(jìn)驅(qū)動(dòng)器對(duì)操作員命令的響應(yīng) 將不會(huì)使船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)不穩(wěn)定，則推進(jìn)驅(qū)動(dòng)器將響應(yīng)操作員命 令(例如，直接從船舶的控制級(jí)提供的請(qǐng)求信號(hào))。當(dāng)推進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的 響應(yīng)將使船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)，則其負(fù)載將優(yōu)選地根據(jù)需要 被調(diào)節(jié)和/或逐步地減少，以穩(wěn)定分配電壓。
根據(jù)電源折返和穩(wěn)定特性能調(diào)節(jié)第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的電力 轉(zhuǎn)換器。
優(yōu)選地，第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器連接至第一推進(jìn) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)或兩個(gè)電力轉(zhuǎn)換器以及第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一 個(gè)配電板。優(yōu)選地，第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器連接至第一業(yè)務(wù) 分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板。
優(yōu)選地，第一電力產(chǎn)生系統(tǒng)的至少一個(gè)電源通過(guò)電力轉(zhuǎn)換器連 接至第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板。
優(yōu)選地，分區(qū)配電子系統(tǒng)的分區(qū)能量存儲(chǔ)器也通過(guò)電力轉(zhuǎn)換器 連接至第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板。在這兩種情況下，優(yōu)選 地，電力轉(zhuǎn)換器是脈寬調(diào)制直流/直流轉(zhuǎn)換器。
當(dāng)電力從第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)流入分區(qū)配電子系統(tǒng)的分區(qū)能量存 儲(chǔ)器時(shí)，分區(qū)配電子系統(tǒng)的分區(qū)能量存儲(chǔ)器和第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至 少一個(gè)配電板之間的直流/直流轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地被極化為升壓斬波器， 當(dāng)電力從分區(qū)配電子系統(tǒng)的分區(qū)能量存儲(chǔ)器流入第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng) 時(shí)，該直流/直流轉(zhuǎn)換器被極化為降壓斬波器。
第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板優(yōu)選地包括具有觸點(diǎn)的保 護(hù)開(kāi)關(guān)裝置。優(yōu)選地，根據(jù)電源折返和穩(wěn)定特性來(lái)調(diào)節(jié)將第一電力產(chǎn) 生系統(tǒng)的至少一個(gè)電源連接至第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板 的電力轉(zhuǎn)換器，以及優(yōu)選地，根據(jù)減載和穩(wěn)定特性來(lái)調(diào)節(jié)至少一個(gè)電 負(fù)載。只有當(dāng)已經(jīng)通過(guò)電源折返和穩(wěn)定特性與下列之一交互作用而將 分配電壓和分配電流降至可接受的水平時(shí)才使所述保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置的 觸點(diǎn)斷開(kāi)(a)使一個(gè)過(guò)低的阻抗連接在分配電壓兩端的故障，(b) 在船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)產(chǎn)生的超馳(overriding)交互跳閘命令，(C)在船舶配電和分配系統(tǒng)內(nèi)手動(dòng)產(chǎn)生的超馳交互跳閘命令， 和(d)遠(yuǎn)程產(chǎn)生的超馳交互跳閘命令。而且，只有當(dāng)所述觸點(diǎn)兩端 的電壓極性使得任何瞬時(shí)或浪涌電流受到下列之一的限制時(shí)才使所 述保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置的觸點(diǎn)閉合(a)電源折返和穩(wěn)定特性以及電源起 動(dòng)程序；和(b)減載和穩(wěn)定特性。
優(yōu)選地，通過(guò)電源折返和穩(wěn)定特性的瞬時(shí)負(fù)載線函數(shù)和通過(guò)減 載和穩(wěn)定特性的負(fù)載電流函數(shù)的變化率的限制來(lái)使分配電壓穩(wěn)定。
第一電力產(chǎn)生系統(tǒng)可包括多個(gè)并聯(lián)連接的電源，這些電源用于 向第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)供電，其中每個(gè)電源的電源折返和穩(wěn)定特性的穩(wěn) 態(tài)下垂函數(shù)可協(xié)調(diào)所述多個(gè)電源的穩(wěn)態(tài)電流分配，以及其中每個(gè)電源 的電源折返和穩(wěn)定特性的瞬時(shí)負(fù)載線函數(shù)可協(xié)調(diào)所述多個(gè)電源的瞬 時(shí)電流分配。
第一電力產(chǎn)生系統(tǒng)的至少一個(gè)電源的輸出電壓和輸出電流可被 調(diào)整為電流是單向的。穩(wěn)態(tài)輸出電壓是卸載總線電壓調(diào)整點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)下 垂分量之和，所述穩(wěn)態(tài)下垂分量與負(fù)載電流成比例以使得穩(wěn)態(tài)輸出電 壓與穩(wěn)態(tài)負(fù)載線一致。與穩(wěn)態(tài)加載點(diǎn)有關(guān)的瞬時(shí)負(fù)載電流變化使得輸 出電壓跟隨瞬時(shí)負(fù)載線，所述瞬時(shí)負(fù)載線的梯度小于穩(wěn)態(tài)負(fù)載線的梯 度。穩(wěn)態(tài)電流被限制為特定的水平。如果負(fù)載電流瞬時(shí)地超過(guò)穩(wěn)態(tài)電 流極限并接近但沒(méi)有超過(guò)一個(gè)特定的瞬時(shí)電流極限水平，則輸出電壓 將相對(duì)于穩(wěn)態(tài)負(fù)載線瞬時(shí)減小，并且當(dāng)穩(wěn)態(tài)電流降低至穩(wěn)態(tài)電流極限 以下時(shí)，輸出電壓將恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)負(fù)載線。如果負(fù)載電流連續(xù)超過(guò)穩(wěn)態(tài) 電流極限或者超過(guò)所述特定的瞬時(shí)電流極限水平，則應(yīng)用折返使得輸 出電壓和輸出電流根據(jù)再生過(guò)程而基本上降為零(在某些情況下，輸 出電流降低至一個(gè)非常低的水平(例如，關(guān)于2A)可能是有利的，
以便于對(duì)負(fù)載阻抗的感測(cè))，并且輸出電壓和電流基本上保持為零， 直到負(fù)載阻抗已經(jīng)增大到超過(guò)一個(gè)特定的水平。如果負(fù)載阻抗增大到 超過(guò)所述特定的水平，那么負(fù)載電壓開(kāi)始部分恢復(fù)，然后斜向上升至 一個(gè)期望的操作點(diǎn)。
可根據(jù)一個(gè)時(shí)變斜坡率將負(fù)載電壓斜向上升至所述期望的工作 點(diǎn)，所述時(shí)變斜坡率被指定為使得船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)的得到的電壓瞬變最小化。
配電系統(tǒng)還可包括第二電力產(chǎn)生系統(tǒng)，第二電力產(chǎn)生系統(tǒng)包括 用于給第二業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)供電的至少一個(gè)電源。所述第二業(yè)務(wù)分配系
統(tǒng)優(yōu)選的包括至少一個(gè)直流分配母線，用于運(yùn)送分配電壓和分配電 流；和至少一個(gè)配電板，其包括帶有觸點(diǎn)的保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置。分區(qū)配電 系統(tǒng)的分區(qū)能量存儲(chǔ)器可連接至所述第二業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè) 配電板。以這種方式，可從第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)和/或第二業(yè)務(wù)分配系 統(tǒng)向分區(qū)能量存儲(chǔ)器供電。
船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)還可包括第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，第二推進(jìn)驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)包括推進(jìn)馬達(dá)和電力轉(zhuǎn)換器。用于向第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電的 第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)優(yōu)選地包括發(fā)電機(jī)和電力轉(zhuǎn)換器。
所述第一和第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的每一個(gè)均可以包括一個(gè)由各 自的推進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的螺旋槳。作為選擇，可使用第一和第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)的推進(jìn)馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)公共的螺旋槳(所謂的級(jí)聯(lián)推進(jìn)驅(qū)動(dòng)器)。形 成級(jí)聯(lián)推進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的推進(jìn)馬達(dá)可以是集成在一起的或者是分開(kāi)的，但 是它們將共用同一個(gè)螺旋槳軸系統(tǒng)。易于理解的是，單獨(dú)的船舶可根 據(jù)其推進(jìn)要求使用任何特定數(shù)量和結(jié)構(gòu)的推進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。螺旋槳可以是 任何方便的類(lèi)型，例如傳統(tǒng)的多葉螺旋槳或?qū)蚴铰菪龢?br>
所述第一和第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)中的每一個(gè)均可以包括一個(gè) 原動(dòng)機(jī)(類(lèi)似例如，渦輪機(jī))，該原動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)各個(gè)發(fā)電機(jī)。
所述第一和第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推進(jìn)馬達(dá)優(yōu)選地具有高溫超導(dǎo) (HTS)繞組。更具體地講，勵(lì)磁繞組和電樞繞組中的一個(gè)或者兩個(gè) 都可以由形成于或者包括任何適合的HTS材料(即，通常在大約25K 以上時(shí)具有超導(dǎo)特性(零電阻以及運(yùn)送非常高的電流密度的能力)的 一種材料)的電纜、磁帶或電線制成。
勵(lì)磁繞組通常位于推進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子上，電樞繞組通常位于推進(jìn) 馬達(dá)的定子上，但是相反布置也是可行的。推進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子和定子中 的一個(gè)或兩個(gè)還可以包括塊狀HTS材料，易于理解的是，在此使用的 術(shù)語(yǔ)"繞組"應(yīng)該被認(rèn)為包括在傳統(tǒng)的繞組模式中并不配置的塊狀 HTS材料。例如，塊狀HTS材料可形成如英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2431519中所
1述的超導(dǎo)磁系統(tǒng)的一部分，在英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2431519中，布置了可使 用熱手段來(lái)在兩個(gè)磁化狀態(tài)(例如抗磁性、鐵磁性)之間進(jìn)行切換的 磁性材料，以重復(fù)地磁通泵送(flux pump)磁場(chǎng)來(lái)使塊狀HTS材料 磁化或消磁。在轉(zhuǎn)子和定子中只有一個(gè)具有超導(dǎo)繞組的情況下，另一 個(gè)可具有傳統(tǒng)的例如銅繞組或永久磁鐵。
在正常的操作中，期望的是HTS繞組將保持在30K和77K之間， 這是因?yàn)檫@樣能消除使用液氦作為冷卻劑的必要，并且這是因?yàn)镠TS 導(dǎo)體能承受的電流密度是與溫度有關(guān)的(當(dāng)溫度降低時(shí)可承受的電流 密度增加)。因此，所設(shè)計(jì)的HTS繞組的工作溫度是期望電流密度和 相關(guān)低溫冷卻裝置的實(shí)用性能限制之間折衷的結(jié)果。使用HTS繞組使 得推進(jìn)馬達(dá)以比傳統(tǒng)馬達(dá)高出很多的空氣隙切應(yīng)力來(lái)操作。其主要優(yōu) 點(diǎn)是顯著地提高了功率密度和效率。
推進(jìn)馬達(dá)可以由所述第一和第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)電力轉(zhuǎn)換 器單獨(dú)地或雙重地饋電。
有利地，用于所述第一和第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器的電 力電子設(shè)備與推進(jìn)馬達(dá)完全集成在一起。優(yōu)選地，將電力轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì) 為使得相關(guān)的推進(jìn)馬達(dá)的性能最大化并且有助于配電系統(tǒng)穩(wěn)定性。所 述第一和第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推進(jìn)馬達(dá)還可具有使用靜態(tài)電源電子 設(shè)備的電子換向器電路。
所述第一和第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推進(jìn)馬達(dá)一般將包括轉(zhuǎn)子和定 子，所述轉(zhuǎn)子同軸地位于定子內(nèi)部或外部。
可使用超導(dǎo)電纜或母線來(lái)實(shí)現(xiàn)所述至少一個(gè)直流分配母線。這 種超導(dǎo)電纜可以由形成于任何適合的HTS材料或包括任何適合的HTS 材料的電纜、磁帶或電線制成。
所述第一和第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)優(yōu)選地具有HTS繞 組。更具體地講，勵(lì)磁繞組和電樞繞組中的一個(gè)或兩個(gè)可以由形成于 任何適合的HTS材料或包括任何適合的HTS材料的電纜、磁帶或電線 制成。勵(lì)磁繞組通常位于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，電樞繞組通常位于發(fā)電機(jī) 的定子上，但是相反的布置也是可行的。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子中的一 個(gè)或兩個(gè)還可包括塊狀HTS材料。在轉(zhuǎn)子和定子中只有一個(gè)具有超導(dǎo)繞組的情況下，則另一個(gè)可以具有傳統(tǒng)的例如銅繞組或永久磁鐵。
使用HTS繞組使得發(fā)電機(jī)能以比傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)高出很多的空氣隙 切應(yīng)力來(lái)操作。其主要優(yōu)點(diǎn)是顯著地提高了功率密度和效率。
有利地，所述第一和第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器的電力電 子設(shè)備與推進(jìn)馬達(dá)完全集成在一起。所述第一和第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的 推進(jìn)馬達(dá)還可具有使用靜態(tài)電源電子設(shè)備的電子換向器電路。采用 HTS繞組的發(fā)電機(jī)所存在的一個(gè)問(wèn)題是它們預(yù)期的故障電流相對(duì)較 高。這可以通過(guò)使用電力轉(zhuǎn)換器來(lái)克服，該電力轉(zhuǎn)換器能限制配電系 統(tǒng)中的故障電流，而同時(shí)又能保持高質(zhì)量的供電以及有助于配電系統(tǒng) 穩(wěn)定性。
易于理解的是，采用HTS繞組的發(fā)電機(jī)和推進(jìn)馬達(dá)體積極小并
且重量輕，并提供了最高的電效率，并且與無(wú)槽電te繞組結(jié)合能產(chǎn)生 低水平的噪聲和振動(dòng)。這使得它們尤其適于在船舶上使用。優(yōu)選地， 發(fā)電機(jī)、推進(jìn)馬達(dá)和相關(guān)的電力轉(zhuǎn)換器能通過(guò)編程的電源管理和適度 退化來(lái)有助于配電穩(wěn)定性和可用性。
所述第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地與所述第二推 進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)或兩個(gè)連接，以及與所述第二業(yè)務(wù) 分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板連接。所述第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換 器優(yōu)選地與所述第二業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板連接。
所述第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地與所述第二推 進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器連接。所述第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn) 換器優(yōu)選地與所述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器連接。
所述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)選地具有三個(gè)電源輸入端，每個(gè)輸入 端均是可選擇的(例如，借助于手動(dòng)連接的鏈路系統(tǒng)或其它適當(dāng)?shù)慕^ 緣裝置)。第一電源輸入端可與第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)連接，第二電 源輸入端可與第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)連接，以及第三電源輸入端可與 第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板連接。因此可由第一推進(jìn)電力產(chǎn) 生系統(tǒng)通過(guò)第一電源輸入端和/或由第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)通過(guò)第二 電源輸入端給第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電。還可從第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)通過(guò) 第三電源輸入端給第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電。如果第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是在再生模式下操作的，那么其還能用于給第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)供電。
所述第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)選的具有三個(gè)電源輸入端，每個(gè)輸入 端都是可選擇的(例如，借助于手動(dòng)連接的鏈路系統(tǒng)或其它適當(dāng)?shù)慕^ 緣裝置)。第一電源輸入端可與第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)連接，第二電 源輸入端可與第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)連接，并且第三電源輸入端可與 所述第二業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板連接。因此可由第一推進(jìn)電
力產(chǎn)生系統(tǒng)通過(guò)第一電源輸入端和/或由第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)通過(guò) 第二電源輸入端給第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電。還可從第二業(yè)務(wù)分配系統(tǒng) 通過(guò)第三電源輸入端給第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電。如果在再生模式下操 作第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，那么還能將第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于給第二業(yè)務(wù) 分配系統(tǒng)供電。
女口果所述第一和第二業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的配電板被互連或交叉連 接，那么還能提供配電系統(tǒng)的兩側(cè)之間的進(jìn)一步冗余。
所述第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)優(yōu)選地具有第一和第二電源輸出 端，每個(gè)電源輸出端均是可選擇的(例如，借助于手動(dòng)連接線路的系 統(tǒng)或其它適當(dāng)?shù)慕^緣裝置)。第一電源輸出端可與第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的第一電源輸入端連接，并且第二電源輸出端可與所述第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)的第一電源輸入端連接。因此第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)可通過(guò)第一 電源輸出端給第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電和/或通過(guò)第二電源輸出端給第 二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電。如果第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)具有一個(gè)可選擇的 并且與第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板連接的第三電源輸出端， 那么它還可以給第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)供電。
所述第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)優(yōu)選地具有第一和第二電源輸出 端，每個(gè)電源輸出端均是可選擇的(例如，借助于手動(dòng)連接線路的系 統(tǒng)或其它適當(dāng)?shù)慕^緣裝置)。第一電源輸出端可與第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的第二電源輸入端連接，第二電源輸出端可與所述第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的第二電源輸入端連接。因此第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)可通過(guò)第一電源 輸出端給第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電和/或通過(guò)第二電源輸出端給第二推 進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電。如果第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)具有一個(gè)可選擇的并且 與第二業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板連接的第三電源輸出端，那么它還可以給第二業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)供電。
可對(duì)所述船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行配置，使得可由下述中的一 個(gè)或多個(gè)通過(guò)所述至少一個(gè)配電板向所述第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)供電第 一電力產(chǎn)生系統(tǒng)；分區(qū)配電子系統(tǒng)的分區(qū)能量存儲(chǔ)器；在再生模式下 操作的推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)；和遠(yuǎn)程電源系統(tǒng)(例如岸 基電源)。這提供了相當(dāng)可觀的冗余度。
所述第一電力產(chǎn)生系統(tǒng)的至少一個(gè)電源優(yōu)選地是下述中的一個(gè) 或多個(gè)柴油發(fā)電機(jī)；燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)；蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)；組合循環(huán) 燃?xì)夂驼羝麥u輪發(fā)電機(jī)；閉式循環(huán)(非通氣)柴油發(fā)電機(jī)；電池；燃
料電池；流通池；飛輪發(fā)電機(jī)；超電容(即具有極高容量和電容容量 密度的電容器)和超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)器。這不應(yīng)被看作是窮盡列表，將容 易理解也可以使用其它電源。在所述第一電力產(chǎn)生系統(tǒng)的至少一個(gè)電 源是發(fā)電機(jī)的情況下，則該電源可選擇采用HTS繞組。任何相關(guān)的電 力轉(zhuǎn)換器的電力電子設(shè)備還可與發(fā)電機(jī)完全集成在一起。
所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置包括分配母線、輸入母線、輸出母線。 至少一個(gè)機(jī)電致動(dòng)的卸載雙極開(kāi)關(guān)優(yōu)選地與所述分配母線連接。所述 至少一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置優(yōu)選地由一個(gè)電子控制系統(tǒng)來(lái)控制，該電子控制系 統(tǒng)包括電子處理器，所有分配母線、輸入母線和輸出母線上的電流 傳感器，所有分配母線、輸入母線和輸出母線的電壓傳感器，交互跳 閘輸入端，交互跳閘輸出端，和用于開(kāi)關(guān)致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器。該電子控 制系統(tǒng)還可以包括局部操作者接口和遠(yuǎn)程控制接口。
圖1是采用全電力推進(jìn)(FEP)的傳統(tǒng)船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)的示
意圖2是根據(jù)本發(fā)明的船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)的示意圖3是表示形成圖2的船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)的一部分的電源的
輸出電壓相對(duì)輸出電流特性的示圖4為表示形成圖2的船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)的一部分的電負(fù)載
的負(fù)載電流相對(duì)供電電壓特性的示23圖5為形成圖2的船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)的一部分的保護(hù)開(kāi)關(guān)裝
置的示意圖；以及
圖6為表示形成圖2的船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)的一部分的電源的 輸出電壓相對(duì)輸出電流特性的示圖，其中示出了不完全減載的效果。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照?qǐng)D2說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)的基本 布局。應(yīng)該理解的是，圖2的所有輸入、輸出、終端和互連都是雙極 直流型的。
第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)(PPGS)包括渦輪機(jī)1，該渦輪機(jī)1驅(qū)動(dòng) 發(fā)電機(jī)2向輸出轉(zhuǎn)換器3供電。類(lèi)似地，第二PPGS包括渦輪機(jī)10， 渦輪機(jī)IO驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)11向輸出轉(zhuǎn)換器12供電。第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) (PDS)包括由推進(jìn)馬達(dá)5驅(qū)動(dòng)的螺旋槳6，推進(jìn)轉(zhuǎn)換器4對(duì)推進(jìn)馬 達(dá)5的電力流進(jìn)行調(diào)整。類(lèi)似地，第二 PDS包括由推進(jìn)馬達(dá)8驅(qū)動(dòng)的 螺旋槳9，推進(jìn)轉(zhuǎn)換器7對(duì)推進(jìn)馬達(dá)8的電力流進(jìn)行調(diào)整。輸出轉(zhuǎn)換 器3和12每個(gè)都具有三組輸出端，推進(jìn)轉(zhuǎn)換器4和7每個(gè)都具有三 組輸入端，所有這些端子都具有將在下面更詳細(xì)說(shuō)明的連接配置。
發(fā)電機(jī)2和ll采用了高溫超導(dǎo)(HTS)轉(zhuǎn)子繞組，輸出轉(zhuǎn)換器3 和12與電機(jī)完全集成在一起。換句話說(shuō)，發(fā)電機(jī)2和11具有集成的 電力電子設(shè)備。采用HTS轉(zhuǎn)子繞組的發(fā)電機(jī)將會(huì)具有非常低的電抗， 正常情況下，如果將它們與傳統(tǒng)的交流配電系統(tǒng)連接，那么將使問(wèn)題 復(fù)雜化。這些復(fù)雜包括高的預(yù)期短路故障電流、高的預(yù)期短路轉(zhuǎn)矩、 和高的輸出電壓失真導(dǎo)納，所有這些都將嚴(yán)重地制約這種發(fā)電機(jī)的設(shè) 計(jì)。然而，集成的電力電子設(shè)備有效地去除了發(fā)電機(jī)2和ll與船舶 配電和推進(jìn)系統(tǒng)的其它部分之間的耦合，從而消除了上述的復(fù)雜問(wèn)題 并且給予了發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)者擺脫與那些復(fù)雜問(wèn)題相關(guān)的設(shè)計(jì)制約的更 大自由?？紤]到低溫系統(tǒng)的安全工作方式，在運(yùn)轉(zhuǎn)效率和穩(wěn)定性上， 可優(yōu)化發(fā)電機(jī)2和11的勵(lì)磁。
發(fā)電機(jī)2和ll可采用具有使用靜態(tài)電力電子設(shè)備的電子換向器 電路的"主動(dòng)"定子，這種"主動(dòng)"定子使設(shè)計(jì)者具有更大彈性來(lái)提高性能。該電力電子設(shè)備是模塊化的，且完全集成在電機(jī)內(nèi)，以共用 冷卻系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和外殼，從而能獲得高的功率密度。
根據(jù)以下將詳細(xì)描述的電源折返和穩(wěn)定特性來(lái)調(diào)整輸出轉(zhuǎn)換器
3和12。發(fā)電機(jī)2和11的低故障電抗和存儲(chǔ)在HTS轉(zhuǎn)子繞組中的大
量能量意味著在嚴(yán)重故障模式發(fā)生時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出電壓不大可能快
速降低到足以保護(hù)相關(guān)輸出轉(zhuǎn)換器3和12的電力電子設(shè)備。這意味 著幾乎所有的嚴(yán)重故障模式都將在相關(guān)輸出轉(zhuǎn)換器內(nèi)導(dǎo)致永久的損 壞，除非采用另外的保護(hù)裝置。因此，例如每個(gè)輸出轉(zhuǎn)換器3和12 可包括許多并聯(lián)的通道，每個(gè)通道均由快溶保險(xiǎn)絲進(jìn)行保護(hù)。換句話 說(shuō)，可對(duì)輸出轉(zhuǎn)換器3和12進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其在連續(xù)的故障模式后能 提供適度退化。
例如，渦輪機(jī)l和IO可以是以簡(jiǎn)單循環(huán)或組合循環(huán)方式運(yùn)行的 蒸汽或燃?xì)鉁u輪機(jī)。燃?xì)鉁u輪機(jī)可以是在簡(jiǎn)單或互冷卻和/或復(fù)原循 環(huán)方式中運(yùn)行的單個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子類(lèi)型。易于理解的是，根據(jù)特定的情 況，可以使用柴油內(nèi)燃機(jī)和熱氣機(jī)來(lái)代替渦輪機(jī)。
推進(jìn)馬達(dá)5和8采用HTS轉(zhuǎn)子繞組，以及推進(jìn)轉(zhuǎn)換器4和7與 電機(jī)完全集成在一起。換句話說(shuō)，推進(jìn)馬達(dá)5和8具有集成的電力電 子設(shè)備。推進(jìn)馬達(dá)5和8可位于船舶的船體內(nèi)(即，船內(nèi)推進(jìn)馬達(dá)經(jīng) 由與尾軸壓蓋對(duì)齊的軸來(lái)驅(qū)動(dòng)螺旋漿)，或者處于懸掛在船舶的船體 下方的船艙中來(lái)提供推進(jìn)和方向操縱，或者同軸地位于潛艇船體的外 部。推進(jìn)馬達(dá)5和8可被配置為它們轉(zhuǎn)子同軸地處于它們定子的內(nèi)部 或外部?？紤]到低溫系統(tǒng)的安全工作方式，在運(yùn)轉(zhuǎn)效率和穩(wěn)定性上， 可優(yōu)化推進(jìn)馬達(dá)5和8的激勵(lì)。
推進(jìn)馬達(dá)5和8可采用具有使用靜態(tài)電力電子設(shè)備的電子換向 器電路的"主動(dòng)"定子，這種"主動(dòng)"定子使設(shè)計(jì)者具有更大彈性來(lái) 提高性能。該電力電子設(shè)備是模塊化的，且完全集成在電機(jī)內(nèi)，以共 用冷卻系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和外殼，從而能獲得高的功率密度。
根據(jù)以下將詳細(xì)描述的減載和穩(wěn)定特性來(lái)調(diào)整推進(jìn)馬達(dá)5和8。
第一船舶業(yè)務(wù)電力產(chǎn)生系統(tǒng)(SSPGS)包括柴油機(jī)13，其驅(qū)動(dòng)發(fā) 電機(jī)14給輸出轉(zhuǎn)換器15供電。類(lèi)似地，第二 SSPGS包括柴油機(jī)17，其驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)18給輸出轉(zhuǎn)換器19供電。多個(gè)分區(qū)配電子系統(tǒng)中的每
個(gè)均包括一個(gè)分區(qū)供電單元(ZPSU) 23，其將電力饋送到傳統(tǒng)的低壓 (LV)分配系統(tǒng)并從與第一直流/直流轉(zhuǎn)換器21和第二直流/直流轉(zhuǎn) 換器24連接的分區(qū)能量存儲(chǔ)器(ZES) 22汲取電力。在圖2中，示 出了三個(gè)分區(qū)配電子系統(tǒng)，但實(shí)際上可以使用更多或更少的分區(qū)配電 子系統(tǒng)。
可使用Boughton Road， Rugby， Warwickshire, CV21 1BU， United Kingdom的Converteam公司(此后稱(chēng)、為"Converteam，，)提供的凸 極式同步發(fā)電機(jī)的ALTOA、BETA和GAMMA系列來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)14和18。 易于理解的是，根據(jù)船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)的特定要求，還可使用具有 HTS轉(zhuǎn)子繞組和/或HTS定子繞組的電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)14和18。
可梗用Converteam提供的脈寬調(diào)制(PWM)電壓源倒相器的 VDM2500、 MV7000和MV300系列來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)換器15和19。易于理 解的是，還可以使其與發(fā)電機(jī)14和18完全集成在一起的方式來(lái)實(shí)現(xiàn) 輸出轉(zhuǎn)換器15和19。
可使用Converteam公司提供的DELTA模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)直流/直流轉(zhuǎn) 換器21和24與ZPSU 23。
第一船舶業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)(SSDS)包括直流分配母線25、 27和29 (可選擇性地使用HTS電纜或母線來(lái)實(shí)現(xiàn))，其間插入有配電板16、 26和28，下面將進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明。類(lèi)似地，第二SSDS包括直流 分配母線30、 32和34 (可選擇性地使用HTS電纜或母線來(lái)實(shí)現(xiàn))， 其間插入有配電板20、 31和33。在圖2中，第一和第二 SSDS中的 每個(gè)均包括三個(gè)配電板，該數(shù)量與所示出的分區(qū)配電子系統(tǒng)的數(shù)量相 關(guān)，但實(shí)際上該數(shù)量可以更多或更少。岸基電源39與岸基電源輸出 轉(zhuǎn)換器38連接。
船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)的各個(gè)部件以如下方式進(jìn)行互連
推進(jìn)轉(zhuǎn)換器4的第一輸入端通過(guò)互連41與輸出轉(zhuǎn)換器3的第一 輸出端連接。
推進(jìn)轉(zhuǎn)換器4的第二輸入端通過(guò)互連43與輸出轉(zhuǎn)換器12的第 一輸出端連接。推進(jìn)轉(zhuǎn)換器4的第三輸入端通過(guò)互連42與配電板16的第一輸 出端連接。
推進(jìn)轉(zhuǎn)換器7的第一輸入端通過(guò)互連46與輸出轉(zhuǎn)換器3的第二 輸出端連接。
推進(jìn)轉(zhuǎn)換器7的第二輸入端通過(guò)互連44與輸出轉(zhuǎn)換器12的第 二輸出端連接。
推進(jìn)轉(zhuǎn)換器7的第三輸入端通過(guò)互連45與配電板20的第一輸 出端連接。
輸出轉(zhuǎn)換器15的輸出端與配電板16的第一輸入端連接。 輸出轉(zhuǎn)換器19的輸出端與配電板20的第一輸入端連接。 輸出轉(zhuǎn)換器3的第三輸出端通過(guò)互連47與配電板16的第二輸
入端連接。 :
輸出轉(zhuǎn)換器12的第三輸出端通過(guò)互連48與配電板20的第二輸
入端連接。
直流/直流轉(zhuǎn)換器21的供給端與配電板16的第二輸出端連接。 直流/直流轉(zhuǎn)換器24的供給端與配電板20的第二輸出端連接。 配電板16的交聯(lián)端通過(guò)交叉線路35與配電板20的交聯(lián)端連接。 配電板26的交聯(lián)端通過(guò)交叉線路36與配電板31的交聯(lián)端連接， 并通過(guò)岸電線路37與輸出轉(zhuǎn)換器38的輸出端連接。
類(lèi)似地，配電板26、 28、 31和33與附加的分區(qū)配電子系統(tǒng)連接。
類(lèi)似地，配電板28和33通過(guò)交叉線路40連接。 將易于理解的是，術(shù)語(yǔ)"輸入"和"輸出"指的是電力流的正 常方向，但在某些情形中也可以是將從輸入端流出和流入到輸出端中 的情況。例如，電力將通常從配電板16的第一輸出端到推進(jìn)轉(zhuǎn)換器 4的第三輸入端流過(guò)互連線路42。然而，如果假設(shè)推進(jìn)馬達(dá)5是在再 生模式下操作，則電力將從推進(jìn)轉(zhuǎn)換器4的第三輸入端通過(guò)互連42 流入配電板16的第一輸出端。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D3說(shuō)明在短路或低阻抗故障情況下流動(dòng)的電流被 截?cái)嗟奶幚?。為了說(shuō)明，故障被認(rèn)為發(fā)生在直流/直流轉(zhuǎn)換器21內(nèi)。
27在故障之前有可變負(fù)載電流流動(dòng)，以及包括柴油機(jī)13、發(fā)電機(jī)14和 輸出轉(zhuǎn)換器15的電源的保護(hù)動(dòng)作被認(rèn)為用來(lái)中斷故障。然而，應(yīng)該 注意下述說(shuō)明可同樣應(yīng)用于可在船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)中的任何地方 發(fā)生的故障和向船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)饋電的任何電源。
圖3表示用于包括柴油機(jī)13、發(fā)電機(jī)14和輸出轉(zhuǎn)換器15的電 源的輸出電壓相對(duì)可變輸出電流的特性曲線。通過(guò)傳統(tǒng)的調(diào)速器 (governor)來(lái)控制柴油機(jī)13并將其設(shè)置為在任何方便的旋轉(zhuǎn)速度 下運(yùn)行。通過(guò)傳統(tǒng)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)來(lái)調(diào)整發(fā)電機(jī)14，并將 發(fā)電機(jī)輸出電壓設(shè)置為任何方便的水平。調(diào)節(jié)器(未示出)根據(jù)圖3 所示的折返和穩(wěn)定特性來(lái)調(diào)整輸出轉(zhuǎn)換器15;該特性基本上不依賴(lài) 于傳統(tǒng)調(diào)速器和AVR的動(dòng)作。任何方便類(lèi)型的調(diào)節(jié)器都可用于調(diào)整輸 出轉(zhuǎn)換器15，但可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器將是優(yōu)選類(lèi)型。
向輸出轉(zhuǎn)換器15的調(diào)節(jié)器提供卸載總線電壓調(diào)整點(diǎn)("調(diào)整 點(diǎn)")，并且所述折返和穩(wěn)定特性曲線的所有其它區(qū)域都是從此導(dǎo)出 的。在正常操作中，隨著直流/直流轉(zhuǎn)換器21中的負(fù)載電流逐漸增加， 輸出轉(zhuǎn)換器15的輸出電流也逐漸增加，并且輸出轉(zhuǎn)換器15的輸出電 壓根據(jù)穩(wěn)態(tài)負(fù)載線降低，所述穩(wěn)態(tài)負(fù)載線根據(jù)穩(wěn)態(tài)下垂而相對(duì)于調(diào)整 點(diǎn)下降。所述穩(wěn)態(tài)下垂可與輸出電流成比例或者它也可以與任何其它 適當(dāng)?shù)奶匦郧€相符。通過(guò)快速的啟動(dòng)調(diào)節(jié)器動(dòng)作，負(fù)載電流中會(huì)發(fā) 生瞬變現(xiàn)象，并且等價(jià)的輸出電流將會(huì)使輸出電壓偏離穩(wěn)態(tài)負(fù)載線。 如果輸出電流和電壓的穩(wěn)態(tài)平均值處于圖3中所示的穩(wěn)態(tài)荷載點(diǎn)，并 且輸出電流的瞬時(shí)擾動(dòng)發(fā)生在穩(wěn)態(tài)荷載點(diǎn)附近，則輸出電壓將與關(guān)于 所述示例穩(wěn)態(tài)荷載點(diǎn)的瞬時(shí)負(fù)載線相符。所述瞬時(shí)負(fù)載線在圖3中由 在穩(wěn)態(tài)荷載點(diǎn)兩側(cè)上延伸的虛線箭頭表示，并且它可以偏離所述穩(wěn)態(tài) 負(fù)載點(diǎn)一個(gè)程度，所述程度可與輸出電流瞬時(shí)擾動(dòng)成比例，或者它可 與任何其它適當(dāng)?shù)奶匦郧€相符。
輸出電流受快速動(dòng)作超馳瞬時(shí)電流極限控制，使得輸出電壓降 低以防止輸出電流的瞬時(shí)電平超過(guò)所述瞬時(shí)電流極限。負(fù)載電流也受 穩(wěn)態(tài)電流限制控制，使得輸出電壓降低以防止輸出電流的穩(wěn)態(tài)平均電 平超過(guò)穩(wěn)態(tài)電流極限。如果負(fù)載阻抗降至穩(wěn)態(tài)折返特性曲線的梯度以下，那么就應(yīng)用折返。這意味著瞬時(shí)輸出電流限度將被降低至依賴(lài)于 輸出電壓的一個(gè)水平，該相依性造成了輸出電流和輸出電壓的再生減 小。再生動(dòng)作集中在輸出電流和輸出電壓已經(jīng)被降低至近似為零的 點(diǎn)。實(shí)際上，當(dāng)在穩(wěn)態(tài)輸出電流正接近穩(wěn)態(tài)電流限度的時(shí)間出現(xiàn)故障 時(shí)，輸出電流將快速增加直到瞬時(shí)電流限制動(dòng)作使輸出電壓衰減。然 后應(yīng)用折返并且認(rèn)為在輸出電流和輸出電壓接近零時(shí)截?cái)嗨龉收稀?由于將要解釋的原因，所述實(shí)際的折返特性使得瞬時(shí)電流極限的最小 水平是較小的、非零水平。
在故障電流實(shí)際上已經(jīng)被截?cái)嗟狞c(diǎn)，較小、非零水平的輸出電 流將通過(guò)配電板16中的保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置流到由直流/直流轉(zhuǎn)換器21表 示的負(fù)載中。如果該開(kāi)關(guān)裝置被斷開(kāi)并且能夠截?cái)嗨鲚^小、非零電 平，那么倘若不存在其它負(fù)載，則分配電壓將升高。
在不存在其它負(fù)載的情況下，已知將在分配電壓升高時(shí)清除所
述故障。因?yàn)楫?dāng)分配電壓增加時(shí)，負(fù)載阻抗已經(jīng)增加超過(guò)穩(wěn)態(tài)折返特 性曲線的梯度的阻抗，所以折返的再生動(dòng)作被釋放，并且分配電壓返 回至由調(diào)整點(diǎn)設(shè)置的水平。
在與直流/直流轉(zhuǎn)換器21并聯(lián)有額外負(fù)載的情況下，如果通過(guò) 該負(fù)載呈現(xiàn)的阻抗小于穩(wěn)態(tài)折返特性曲線的梯度的阻抗，則將不釋放 折返。當(dāng)多個(gè)負(fù)載并聯(lián)并且必須將它們返回到故障階段和清除之后的 操作、并且分配電壓減小至低于正常工作水平以便允許釋放折返時(shí)， 對(duì)于它們來(lái)說(shuō)需要減少負(fù)載。
本發(fā)明的折返和穩(wěn)定特性曲線的益處是在以近似零電流-零電 壓條件下操作時(shí)調(diào)用保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置，由此就不需要利用使用復(fù)雜弧控 制裝置來(lái)阻止直流電的傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)裝置。折返和穩(wěn)定特性曲線還便于使 多個(gè)完全不同類(lèi)型的電源進(jìn)行并聯(lián)，因?yàn)榭赏ㄟ^(guò)快速動(dòng)作的調(diào)節(jié)器功 能和功率電子裝置來(lái)控制各個(gè)電源輸出特性。這樣不同發(fā)電機(jī)類(lèi)型的 特性阻抗和響應(yīng)特性就能被去耦。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D4更詳細(xì)地說(shuō)明所述相關(guān)的減載和穩(wěn)定特性曲線。 為了該說(shuō)明的目的，與先前參照?qǐng)D3說(shuō)明的相同故障被考慮發(fā)生在直 流/直流轉(zhuǎn)換器21內(nèi)，而通過(guò)包括螺旋槳6、推進(jìn)馬達(dá)5和推進(jìn)轉(zhuǎn)換器4的推進(jìn)驅(qū)動(dòng)器呈現(xiàn)出一個(gè)額外負(fù)載。這意味著直流/直流轉(zhuǎn)換器 21和所述額外負(fù)載被并聯(lián)?？勺冐?fù)載電流在故障之前流動(dòng)，以及包
括柴油機(jī)13、發(fā)電機(jī)14和輸出轉(zhuǎn)換器15的電源的保護(hù)動(dòng)作可考慮
用于截?cái)嗨龉收稀?br>
在直流/直流轉(zhuǎn)換器21中發(fā)生故障之前，輸出轉(zhuǎn)換器15的輸出 電流是從直流/直流轉(zhuǎn)換器21和推進(jìn)器汲取的負(fù)載電流之和。通過(guò)控 制推進(jìn)轉(zhuǎn)換器4的調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)整推進(jìn)驅(qū)動(dòng)器負(fù)載。推進(jìn)驅(qū)動(dòng)器負(fù)載可 被調(diào)整以獲得恒定的推進(jìn)功率或滿(mǎn)足任何其它的操作要求，但恒定功 率情況能更好地說(shuō)明減載和穩(wěn)定特性曲線。如果從推進(jìn)轉(zhuǎn)換器4汲取
恒定推進(jìn)功率，那么其負(fù)載電流將與其電源電壓近似成反比。(將電
源電壓的減小與負(fù)載電流的增加相關(guān)聯(lián)以保持恒定功率。)已知推進(jìn) 轉(zhuǎn)換器具有電源電流限制功能，當(dāng)推進(jìn)轉(zhuǎn)換器負(fù)載處于額定功率并且
電源電壓被降低至額定最小值以下時(shí)，所述電源電流限制功能會(huì)防止 其超過(guò)所述額定電流極限。圖4表示當(dāng)處于恒定功率時(shí)的電源電壓和 負(fù)載電流的三條曲線。最上側(cè)恒定功率曲線對(duì)于"恒定額定功率"是 特定的，并且該曲線與用于額定負(fù)載的額定電流極限和最小電壓的線 交叉。如果電源電壓被減小至低于該交點(diǎn)，那么負(fù)載電流初始被恒定 的保持在額定電流極限水平處，并且推進(jìn)負(fù)載功率與電源電壓成比例 的減小。如果將電源電壓減小至低于減載閾值，那么就認(rèn)為實(shí)施了減 載，并且負(fù)載電流從已知的額定電流極限偏離，并根據(jù)依賴(lài)于第一電 源電壓的電流極限對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。這意味著按照比與電源電壓成比例 的序律更高的序律來(lái)減小推進(jìn)負(fù)載功率。減載被施加，直到電源電壓 被降至一個(gè)特定的絕對(duì)最小加載電壓，考慮在所述特定的絕對(duì)最小加 載電壓下，作為故障的結(jié)果，分配電壓已經(jīng)衰減，并且會(huì)發(fā)生欠電壓 跳閘。
當(dāng)發(fā)生欠電壓跳閘時(shí)，推進(jìn)驅(qū)動(dòng)器呈現(xiàn)出一個(gè)受控的狀態(tài)，在 所述受控狀態(tài)下其電源電流通過(guò)推進(jìn)轉(zhuǎn)換器4被切斷，并且保持對(duì)推 進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的控制以便故障條件一旦被清除就能夠快速重啟。推進(jìn)驅(qū)動(dòng) 器保持在這種受控狀態(tài)下直到電源電壓已經(jīng)被提高至一個(gè)特定的水 平，在該特定的水平減載被釋放并且允許根據(jù)依賴(lài)于第二電源電壓的
30電流極限來(lái)提高負(fù)載電流直到恢復(fù)正常(非電流限制)的工作。
倘若電源電壓在規(guī)定的極限內(nèi)，上述的減載特性的益處在于允 許推進(jìn)驅(qū)動(dòng)器或任何其它負(fù)載有效地從電源汲取電力。所述"恒定減 小功率曲線"顯示出電源電流將如何解除限制，直到電源電壓被降至 負(fù)載電流的曲線與額定電流極限和減載閾值的線交叉的點(diǎn)。"處于允 許低電源電壓的恒定減小功率"曲線顯示出當(dāng)通過(guò)遠(yuǎn)低于"用于額定 負(fù)載的電壓"的范圍的電源電壓以相對(duì)低的輸出功率操作推進(jìn)驅(qū)動(dòng)器 時(shí)，電源電流將如何解除限制。本發(fā)明允許具有例如5kV正常電源額 定值的中壓驅(qū)動(dòng)器能夠從具有例如750V的正常電源電壓額定值的
SSDS電源進(jìn)行操作，并且能夠提供相比于傳統(tǒng)配電系統(tǒng)明顯不同的
技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。另外，倘若保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置被指令打開(kāi)以便清除故障，則本 發(fā)明中的低于"絕對(duì)最小加載電壓"的減載特性的益處在于允許釋放 電源折返。
減載和穩(wěn)定特性的另一個(gè)方面是調(diào)整負(fù)載以使可能響應(yīng)電源電 壓或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的其它擾動(dòng)而出現(xiàn)的負(fù)載電流的變化率最小化。在這 種情況下，如果負(fù)載正操作在所述"示例穩(wěn)態(tài)加載點(diǎn)"處(在最小和 正常電平之間的電源電壓處)并發(fā)生電源電壓波動(dòng)，則負(fù)載電流將偏 離恒定功率曲線并將采用"關(guān)于示例穩(wěn)態(tài)加載點(diǎn)的瞬時(shí)負(fù)載線"。本 領(lǐng)域的讀者將會(huì)意識(shí)到在沒(méi)有引發(fā)不穩(wěn)定的情況下能夠應(yīng)用于具有
特定動(dòng)態(tài)源阻抗的電源的最小動(dòng)態(tài)負(fù)載阻抗是動(dòng)態(tài)源阻抗的函數(shù)， (即，如果動(dòng)態(tài)負(fù)載阻抗太低，則不能使分配電壓穩(wěn)定)。因此本發(fā) 明的減載和穩(wěn)定特性提供了確保動(dòng)態(tài)負(fù)載阻抗相對(duì)于動(dòng)態(tài)源阻抗足 夠大以保證獲得穩(wěn)定分配電壓的必要手段。應(yīng)該注意術(shù)語(yǔ)"動(dòng)態(tài)源阻 抗"和"動(dòng)態(tài)負(fù)載阻抗"并不意味著必須利用實(shí)際的物理阻抗和間接 功耗以便使分配電壓穩(wěn)定。相反，所述涉及的是模仿等效無(wú)源元件的 效果和傳遞函數(shù)的經(jīng)典控制函數(shù)。減載和穩(wěn)定特性還便于將一個(gè)以上 的負(fù)載并聯(lián)到一個(gè)公共耦接點(diǎn)，并且負(fù)載分配在一個(gè)寬范圍的電源電 壓上都是有效的。當(dāng)負(fù)載和電源組并聯(lián)時(shí)，所述電源組所經(jīng)受的總動(dòng) 態(tài)負(fù)載阻抗是負(fù)載特性的并聯(lián)組合，并且這些電源組可被編程以通過(guò) 被設(shè)計(jì)為最大的動(dòng)態(tài)源阻抗實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的操作。隨著將并聯(lián)電源加入到分配網(wǎng)絡(luò)上，動(dòng)態(tài)源阻抗被減小并且穩(wěn)定邊際將擴(kuò)大。
在圖2的配電布局中，可常規(guī)地調(diào)用直流/直流轉(zhuǎn)換器21和24，
一部分時(shí)間將其作為負(fù)載操作并且在剩余的時(shí)間將其作為電源操作。
當(dāng)對(duì)ZES 22充電和/或給ZPSU 23饋電時(shí)，直流/直流轉(zhuǎn)換器21和 24的調(diào)節(jié)器必須遵照上述的減載和穩(wěn)定特性曲線。當(dāng)ZES 22正在通 過(guò)直流/直流轉(zhuǎn)換器21和24給SSDS饋電時(shí)，直流/直流轉(zhuǎn)換器21 和24的調(diào)節(jié)器必須遵照上述的折返和穩(wěn)定特性曲線。在這些特性曲 線之間需要無(wú)級(jí)雙向轉(zhuǎn)移。還可以賦予推進(jìn)驅(qū)動(dòng)器用于雙向電力流的 能力。
當(dāng)不要求或不允許電源從另一個(gè)電源接收電力時(shí)，采用如圖3 中所示的折返和穩(wěn)定特性曲線的防反饋區(qū)域。借助這種手段，先前存 在的電源電壓可與電源的輸出端連接，并且其輸出電壓可被斜向上傾 斜直到穿過(guò)所述特性曲線的防反饋區(qū)域，并且電源輸出電力。防反饋 功能的一個(gè)益處是用于SSDS的開(kāi)關(guān)裝置可被閉合到電源輸出端上， 而不會(huì)遭受浪涌電流，也不會(huì)要求電源具有與交流電分配系統(tǒng)通常相 關(guān)的復(fù)雜同步裝置。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D5說(shuō)明配電板16、 26、 28、 20、 31和33內(nèi)的保 護(hù)開(kāi)關(guān)裝置的操作。應(yīng)該注意由于下面將要更加詳細(xì)說(shuō)明的原因，圖 5中示出的是全雙極格式，而不是圖1中使用的單線格式。配電板16、 26、 28、 30、 31和33的功能性與一般處理一致，并且將在不詳細(xì)參 照任何特定配電板內(nèi)的確切電路的情況下來(lái)說(shuō)明該一般功能性。特定 配電板的詳細(xì)電路與圖5中所示的一般配電板的不同之處僅在于切 換輸入和輸出的數(shù)量。應(yīng)該理解可通過(guò)任何方便數(shù)量的輸入和輸出來(lái) 產(chǎn)生配電板。
圖5的一般配電板包括多個(gè)電力端。所述電力端的一半(即標(biāo) 記101、 105、 108、 110和112的那些)與直流系統(tǒng)的正(+)極相關(guān) 聯(lián)。所述電力端的另一半(即標(biāo)記102、 106、 107、 109和111的那 些)與直流系統(tǒng)的負(fù)(-)極相關(guān)聯(lián)。
還提供有兩個(gè)分配母線。第一母線103與直流系統(tǒng)的正極相關(guān) 聯(lián)，而第二母線104與直流系統(tǒng)的負(fù)極相關(guān)聯(lián)。許多單獨(dú)的線路將電
32力端與第一和第二母線103和104連接。所述線路的一半(即標(biāo)記
113、 117和116的那些)與直流系統(tǒng)的正極相關(guān)聯(lián)。所述線路的另 一半(即標(biāo)記114、 118和115)的那些與直流系統(tǒng)的負(fù)極相關(guān)聯(lián)。
所述配電板包括兩個(gè)雙極馬達(dá)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)119和120與一個(gè)控制 系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)包括電子處理器139、與直流系統(tǒng)的正極相關(guān)的 第一系列電流傳感器129、 137、 132、 134和136、與直流系統(tǒng)的負(fù) 極相關(guān)的第二系列電流傳感器130、 138、 131、 133和135、與直流 系統(tǒng)的正極相關(guān)的第一系列電壓傳感器128、 121、 123和125、與直 流系統(tǒng)的負(fù)極相關(guān)的第二系列電壓傳感器127、 122、 124和126、局 部操作者接口 140、遙控接口 143、和分別與開(kāi)關(guān)119和120相關(guān)的 兩個(gè)交互跳閘接口 141和142。
可使用由Converteam所提供的PEC微控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)電子處理器 139?？墒褂门cPEC微控制器適當(dāng)接口的專(zhuān)利馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模制殼體和機(jī) 架型高速直流電路斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)119和120。
線路113、 117、 116、 114、 118和115是手動(dòng)栓接線路，其能 夠使用戶(hù)隔離船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)的各個(gè)部分，但應(yīng)該理解如果需 要，可通過(guò)附加的雙極馬達(dá)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)代替這些線路。
為了說(shuō)明，電力端111和U2被認(rèn)為連接至電源，而電力端109 和IIO被認(rèn)為連接至負(fù)載。
現(xiàn)在將在沒(méi)有詳細(xì)參照控制系統(tǒng)的情況下說(shuō)明開(kāi)關(guān)裝置的操作 處理。下面將對(duì)其進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
當(dāng)在負(fù)載中發(fā)生低阻抗故障時(shí)，故障電流流入電力端112、通過(guò) 分配母線103、流出電力端IIO、回到電力端109中、通過(guò)分配母線 104并流出電力端111。所述電路是通過(guò)雙極開(kāi)關(guān)119和120完成的。 所述控制系統(tǒng)能夠確定在負(fù)載中己經(jīng)發(fā)生故障，并且只有當(dāng)零電流流 入該開(kāi)關(guān)時(shí)才打開(kāi)雙極開(kāi)關(guān)119而易化保護(hù)程序。將認(rèn)識(shí)到當(dāng)零電流 流過(guò)該開(kāi)關(guān)時(shí)也可以打開(kāi)雙極開(kāi)關(guān)120，但當(dāng)其它負(fù)載通過(guò)分配母線 103和104與電源連接時(shí)，這并不是優(yōu)選的，因?yàn)檫@些負(fù)載可能依賴(lài) 于在中斷和清除上述的故障之后來(lái)自電源的電力流的恢復(fù)。
現(xiàn)在將說(shuō)明通過(guò)所述控制系統(tǒng)提供的一些益處。電子處理器139以足夠快的響應(yīng)對(duì)由電流傳感器129至138和 電壓傳感器121至128產(chǎn)生的信號(hào)重復(fù)采樣以能夠確定故障特性。已 經(jīng)對(duì)低阻抗故障進(jìn)行了說(shuō)明，而該故障的存在情況及其確切特性將通 過(guò)電流傳感器136、 134、 133和135聯(lián)合電壓傳感器123和124來(lái)識(shí) 別。只要在折返處理變成再生之前執(zhí)行故障電流的感測(cè)和檢測(cè)，并中 斷故障電流，則電流感測(cè)足以識(shí)別故障的開(kāi)始和位置。 一旦折返己經(jīng) 變成再生的，故障電流已經(jīng)被中斷并且分配電壓己經(jīng)衰減為近似零， 則電子處理器139確定打開(kāi)開(kāi)關(guān)是安全的并打開(kāi)開(kāi)關(guān)119。如上面簡(jiǎn) 要說(shuō)明的，如果電子處理器139知道其它負(fù)載在故障開(kāi)始之前就被提 供有電力，則開(kāi)關(guān)119通常將優(yōu)先于開(kāi)關(guān)120被打開(kāi)。其它負(fù)載的存 在情況將通過(guò)使用檢測(cè)器129、 132、 137、 130、 131和138檢測(cè)負(fù)載 電流來(lái)檢測(cè)。
很明顯，.這樣一個(gè)電子處理器139和檢測(cè)器的綜合陣列將能夠 檢測(cè)寬范圍的其它類(lèi)型的故障，并且這些故障可使直流系統(tǒng)的正負(fù)極 中的電流不對(duì)稱(chēng)。例如，己知接地故障將使電流只在一個(gè)極中流動(dòng)。 類(lèi)似的，在接地故障期間將發(fā)生電壓不對(duì)稱(chēng)。因此控制系統(tǒng)需要在電 源輸出電流不過(guò)量的任意時(shí)間都能夠使折返特性曲線可使用，該過(guò)程 是通過(guò)交互跳閘處理執(zhí)行的。如果電子處理器139確定需要當(dāng)正在運(yùn) 送電流并且存在分配電壓時(shí)打開(kāi)任何特定的開(kāi)關(guān)，則必須首先觸發(fā)交 互跳閘。在圖5中，交互跳閘信號(hào)141和142專(zhuān)用于這種分別與連接 端子112和111的電源以及連接端子110和109的負(fù)載通信。如果將 交互跳閘信號(hào)輸出給接口 142，則與端子112和lll連接的電源必會(huì) 使其折返特性曲線受影響，并且必須通過(guò)接收超馳交互跳閘信號(hào)來(lái)啟 動(dòng)折返。在另一種情況中，負(fù)載中的一個(gè)嚴(yán)重故障條件可以是例如授 權(quán)交互跳閘。在這種情況下，交互跳閘信號(hào)141的接收將被電子處理 器139使用交互跳閘輸出142解釋為是使電源交互跳閘的需要。
在其它情況下，電子處理器139可響應(yīng)其它命令(例如包括通 過(guò)局部操作人員接口 140產(chǎn)生的局部操作人員命令和通過(guò)遙控接口 143傳來(lái)的外部產(chǎn)生的命令)產(chǎn)生交互跳閘程序。應(yīng)該意識(shí)到這種電 子處理器139還可裝備有全局交互跳閘接口 ，其將使船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)中的所有電源交互跳閘。還應(yīng)該理解，開(kāi)關(guān)119和120不可虛假
地?cái)嚅_(kāi)，它們也必須通過(guò)電子處理器139被交互跳閘和互鎖。這種開(kāi)
關(guān)可具有手動(dòng)回復(fù)的操作模式，和可以借助早先斷開(kāi)的觸點(diǎn)、機(jī)械互 鎖和與電子處理器的適當(dāng)連接來(lái)啟動(dòng)交互跳閘。
應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明的大的船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)可并入許多 這種類(lèi)型的配電板。所述船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)可進(jìn)行物理擴(kuò)展并且在 正負(fù)極之間具有相當(dāng)大的容量。實(shí)際負(fù)載在正負(fù)極之間也可以具有容
量并且它們的減載可能是不完美的。應(yīng)該意識(shí)到參照?qǐng)D3所述的折返 和穩(wěn)定特性曲線并不會(huì)考慮這些問(wèn)題，在圖6中示出了實(shí)際的特性曲 線。在該實(shí)際特性曲線中，釋放折返時(shí)的電壓和電流的地方指示存在 由清除故障之后分配電壓的恢復(fù)所得到的電流。
權(quán)利要求
1. 一種船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)，其包括第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括具有超導(dǎo)繞組的推進(jìn)馬達(dá)和電力轉(zhuǎn)換器；第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)，其用于向所述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電，所述第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)包括具有超導(dǎo)繞組的發(fā)電機(jī)和電力轉(zhuǎn)換器；以及第一電力產(chǎn)生系統(tǒng)，其包括用于向第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)供電的至少一個(gè)電源，所述第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)包括至少一個(gè)直流分配母線，用于運(yùn)送分配電壓和分配電流，以及至少一個(gè)配電板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中根據(jù)減載和穩(wěn)定特性來(lái)調(diào)整所述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推進(jìn)馬達(dá)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中根據(jù)電源折 返和穩(wěn)定特性來(lái)調(diào)整所述第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述 第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器與所述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電 力轉(zhuǎn)換器連接。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述 第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器與所述第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至 少一個(gè)配電板連接。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述 第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器與所述第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板連接。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，還包括分 區(qū)配電子系統(tǒng)，該分區(qū)配電子系統(tǒng)包括分區(qū)供電單元，其用于向至少一個(gè)電負(fù)載供電，以及 分區(qū)能量存儲(chǔ)器，其與所述第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電 板連接，用于向所述分區(qū)供電單元供電。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述分區(qū)配電子系統(tǒng)的分 區(qū)能量存儲(chǔ)器通過(guò)電力轉(zhuǎn)換器與所述第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè) 配電板連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述電力轉(zhuǎn)換器是脈寬調(diào) 制直流/直流轉(zhuǎn)換器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)電力從所述第一業(yè)務(wù) 分配系統(tǒng)流入所述分區(qū)配電子系統(tǒng)的分區(qū)能量存儲(chǔ)器中時(shí)，所述直流 /直流轉(zhuǎn)換器被極化為升壓斷路器，而當(dāng)電力從所述分區(qū)配電子系統(tǒng) 的分區(qū)能量存儲(chǔ)器流入所述第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)中時(shí)，所述直流/直流 轉(zhuǎn)換器被極化為降壓斷路器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7至10中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中 所述第一電力產(chǎn)生系統(tǒng)的至少一個(gè)電源通過(guò)電力轉(zhuǎn)換器與所述第一 業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板連接。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其中所述電力轉(zhuǎn)換器是脈寬 調(diào)制直流/直流轉(zhuǎn)換器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第 一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板包括具有觸點(diǎn)的保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置，其中根據(jù)電源折返和穩(wěn)定特性來(lái)調(diào)整將所述第一電力產(chǎn)生系統(tǒng)的至少 一個(gè)電源連接至所述第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板的電力轉(zhuǎn) 換器，以及其中根據(jù)減載和穩(wěn)定特性來(lái)調(diào)整至少一個(gè)電負(fù)載；其中，僅當(dāng)己經(jīng)通過(guò)電源折返和穩(wěn)定特性與下列之一交互作用 而將分配電壓和分配電流降至可接受的水平時(shí)才使所述保護(hù)開(kāi)關(guān)裝 置的觸點(diǎn)斷開(kāi)(a)過(guò)低的阻抗連接至分配電壓兩端的故障，(b) 在船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)產(chǎn)生的超馳交互跳閘命令，(C)在船 舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)手動(dòng)產(chǎn)生的超馳交互跳閘命令，和(d)遠(yuǎn)程產(chǎn) 生的超馳交互跳閘命令；以及其中，僅當(dāng)所述觸點(diǎn)兩端的電壓極性使得任何瞬時(shí)或浪涌電流都受到下列之一的限制時(shí)才使所述保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置的觸點(diǎn)閉合(a) 電源折返和穩(wěn)定特性以及電源起動(dòng)程序；和(b)減載和穩(wěn)定特性。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中通 過(guò)電源折返和穩(wěn)定特性的瞬時(shí)負(fù)載線函數(shù)和通過(guò)減載和穩(wěn)定特性的 負(fù)載電流函數(shù)的變化率的限制來(lái)穩(wěn)定分配電壓。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述第一電力產(chǎn)生系統(tǒng)包括用于給所述第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)供電的多個(gè)并聯(lián) 的電源，其中通過(guò)每個(gè)電源的電源折返和穩(wěn)定特性的穩(wěn)態(tài)下垂函數(shù)來(lái)協(xié)調(diào)所述多個(gè)電源的穩(wěn)態(tài)電流分配，并且其中通過(guò)每個(gè)電源的電源折 返和穩(wěn)定特性的瞬時(shí)負(fù)載線函數(shù)來(lái)協(xié)調(diào)所述多個(gè)電源的瞬時(shí)電流分 配。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中對(duì)所述第一電力產(chǎn)生系統(tǒng)的至少一個(gè)電源的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行調(diào)整，使得電流為單向；穩(wěn)態(tài)輸出電壓是卸載總線電壓調(diào)整點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)下垂分量之和，所 述穩(wěn)態(tài)下垂分量與負(fù)載電流成比例以便穩(wěn)態(tài)輸出電壓與穩(wěn)態(tài)負(fù)載線一致；與穩(wěn)態(tài)加載點(diǎn)有關(guān)的瞬時(shí)負(fù)載電流變化使得輸出電壓跟隨瞬時(shí) 負(fù)載線，所述瞬時(shí)負(fù)載線的梯度小于穩(wěn)態(tài)負(fù)載線的梯度； 穩(wěn)態(tài)電流被限制為特定的水平；如果負(fù)載電流瞬時(shí)地超過(guò)穩(wěn)態(tài)電流極限并接近但不超過(guò)一個(gè)特 定的瞬時(shí)電流極限水平，則輸出電壓將相對(duì)于穩(wěn)態(tài)負(fù)載線瞬時(shí)地減 小，并且當(dāng)穩(wěn)態(tài)電流降低至穩(wěn)態(tài)電流極限以下時(shí)，輸出電壓將恢復(fù)至 穩(wěn)態(tài)負(fù)載線；如果負(fù)載電流連續(xù)地超過(guò)穩(wěn)態(tài)電流極限或者超過(guò)所述特定的瞬 時(shí)電流極限水平，則應(yīng)用折返來(lái)使得輸出電壓和輸出電流根據(jù)再生處 理而實(shí)質(zhì)上降為零，并且輸出電壓和輸出電流保持實(shí)質(zhì)為零直到負(fù)載 阻抗已經(jīng)增大到超過(guò)一個(gè)特定的水平；和:如果負(fù)載阻抗增大到超過(guò)所述特定的水平，那么負(fù)載電壓開(kāi)始 部分恢復(fù)，然后斜向上升至一個(gè)期望的操作點(diǎn)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中根據(jù)一個(gè)時(shí)變斜坡率將 負(fù)載電壓斜向上升至所述期望的操作點(diǎn)，所述時(shí)變斜坡率被指定為使 得所述船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)的得到的電壓瞬變最小化。
18. 根據(jù)權(quán)利要求7至13中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其還 包括第二電力產(chǎn)生系統(tǒng)，第二電力產(chǎn)生系統(tǒng)包括用來(lái)向第二業(yè)務(wù)分配 系統(tǒng)供電的至少一個(gè)電源，所述第二業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)包括至少一個(gè)直流分配母線，其用于運(yùn)送分配電壓和分配電流，以及至少一個(gè)配電板，其包括具有觸點(diǎn)的保護(hù)開(kāi)關(guān)； 其中所述分區(qū)配電系統(tǒng)的分區(qū)能量存儲(chǔ)器與所述第二業(yè)務(wù)分配 系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板連接。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其還包括 第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括推進(jìn)馬達(dá)和電力轉(zhuǎn)換器；以及第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)，其用于向所述第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電， 所述第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)和電力轉(zhuǎn)換器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器與所述第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器連接。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19或權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述第 二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器與所述第二業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少 一個(gè)配電板連接。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19至21中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其 中所述第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器與所述第二業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的 至少一個(gè)配電板連接。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19至22中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其 中所述第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器與所述第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器連接。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19至23中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其 中所述第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器與所述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器連接。
25. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有三個(gè)電源輸入端，每個(gè)輸入端都是可選擇的，其中第一電源輸入端與所述第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)連接，第二電源輸入端與所述第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)連接，以及第三電源輸入端與所述第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng) 的至少一個(gè)配電板連接。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 具有三個(gè)電源輸入端，每個(gè)輸入端都是可選擇的，其中第一電源輸入端與所述第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)連接，第二電源輸入端與所述第二推 進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)連接，以及第三電源輸入端與所述第二業(yè)務(wù)分配系統(tǒng) 的至少一個(gè)配電板連接。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25或權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述第 一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)具有第一和第二電源輸出端，每個(gè)電源輸出端都 是可選擇的，其中第一電源輸出端與所述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的第一電 源輸入端連接，并且第二電源輸出端與所述第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的第一 電源輸入端連接。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述第一推進(jìn)電力產(chǎn)生 系統(tǒng)具有第三電源輸出端，該第三電源輸出端是可選擇的并與所述第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板連接。
29. 根據(jù)權(quán)利要求25至28中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其 中所述第二推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)具有第一和第二電源輸出端，每個(gè)電源 輸出端都是可選擇的，其中第一電源輸出端與所述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的第二電源輸入端連接，第二電源輸出端與所述第二推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的 第二電源輸入端連接。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述第二推進(jìn)電力產(chǎn)生 系統(tǒng)具有第三電源輸出端，該第三電源輸出端是可選擇的并且與所述第二業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)的至少一個(gè)配電板連接。
31. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中由 下述中的一個(gè)或多個(gè)通過(guò)所述至少一個(gè)配電板對(duì)所述第一業(yè)務(wù)分配 系統(tǒng)供電-所述第一電力產(chǎn)生系統(tǒng)；所述分區(qū)配電子系統(tǒng)的分區(qū)能量存儲(chǔ)器；在再生模式下操作的推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)；和 遠(yuǎn)程電源系統(tǒng)。
32. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所 述第一電力產(chǎn)生系統(tǒng)的至少一個(gè)電源是下述中的一個(gè)或多個(gè)柴油發(fā)電機(jī)；燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)；蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)；組合循環(huán)燃?xì)夂驼羝麥u輪發(fā)電機(jī)；閉式循環(huán)非通氣柴油發(fā)電機(jī)；電池；燃料電池；流通池；飛輪發(fā)電機(jī)；超電容器；和超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)器。
33. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所 述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推進(jìn)馬達(dá)具有高溫超導(dǎo)繞組。
34. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中用 于所述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器的電力電子設(shè)備與所述推進(jìn) 馬達(dá)集成在一起。
35. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所 述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推進(jìn)馬達(dá)具有使用靜態(tài)電力電子設(shè)備的電子 換向器電路。
36. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所 述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推進(jìn)馬達(dá)被安裝在船舶的船體內(nèi)。
37. 根據(jù)權(quán)利要求1至35中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推進(jìn)馬達(dá)被安裝在船舶的船艙中。
38. 根據(jù)權(quán)利要求1至35中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中 所述第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推進(jìn)馬達(dá)被同軸地安裝在船舶的船體外部。
39. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所 述推進(jìn)馬達(dá)包括轉(zhuǎn)子和定子，其中轉(zhuǎn)子同軸地位于定子的內(nèi)部或外 部。
40. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利姜求所述的系統(tǒng)，其中使 用超導(dǎo)電纜或母線來(lái)實(shí)現(xiàn)所述的至少一個(gè)直流分配母線。
41. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所 述第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)具有高溫超導(dǎo)繞組。
42. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中用 于所述第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器的電力電子設(shè)備與所述 發(fā)電機(jī)集成在一起。
43. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所 述第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)具有使用靜態(tài)電力電子設(shè)備的電 子換向器電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種船舶配電和推進(jìn)系統(tǒng)，可將其用于海軍船舶和潛艇。該配電和推進(jìn)系統(tǒng)包括第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括具有超導(dǎo)(優(yōu)選為高溫超導(dǎo)(HTS))轉(zhuǎn)子繞組的推進(jìn)馬達(dá)(5)和電力轉(zhuǎn)換器(4)。第一推進(jìn)電力產(chǎn)生系統(tǒng)給第一推進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電并且包括發(fā)電機(jī)(2)，發(fā)電機(jī)(2)具有超導(dǎo)(優(yōu)選為HTS)轉(zhuǎn)子繞組和電力轉(zhuǎn)換器(3)。第一電力產(chǎn)生系統(tǒng)包括用于給第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)供電的電源(14)，第一業(yè)務(wù)分配系統(tǒng)包括直流分配母線(25)(有選擇地使用HTS電纜或母線來(lái)實(shí)現(xiàn))，其用于運(yùn)送分配電壓和分配電流；和配電板(16)，其包括帶有觸點(diǎn)的保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置。
文檔編號(hào)H02J1/00GK101519116SQ20091000191
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月7日
發(fā)明者克萊夫·劉易斯, 艾倫·戴維·克蘭 申請(qǐng)人:康弗蒂姆技術(shù)有限公司