发电系统技术方案

一种发电系统和发电系统中的方法。该系统包括用于产生电能的一个或更多个发电机，每个发电机被布置成由相应的原动机驱动，其中，发电机是适于生成具有一定频率和幅度的多相电压的多相AC发电机，发电机的相位输出可连接至公共多相总线，以用于分配由AC发电机生成的电能，该系统包括用于针对原动机的转速以及针对多相电压的幅度提供独立的参考值的另一装置，原动机的转速限定多相电压的频率，并且该系统适于基于所提供的独立参考值而操作于至少三个操作点，操作点由多相电压的幅度与多相电压的频率的比率限定，其中所述至少三个操作点是不同的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发电系统
本专利技术涉及发电系统，更具体地，涉及独立发电系统。
技术介绍
独立发电系统用于无法电连接至广域电网的情况或位置。这种独立系统还用于其中采用与发电机连接的原动机来产生供船舶等中的各种电气设备消耗的电能的船舶、游艇和其他海运工具。所生成的电能供推进船舶所需的设备所使用，并且用于向与船舶的操作相关的各种部件和系统供电。此外，在客船上，乘客也消耗大量的电能，要么直接使用电气设备要么间接使用船上可用的支持方式。通过利用连接至原动机的发电机生成AC电力来向船舶提供电能是已知的。原动机使用诸如柴油和燃料油的各种能源来使发电机产生旋转运动。为了不同的目的，所生成的AC电力被转换到合适的电压电平。在大型船舶中，多台发电机并行地操作，并且所述操作由上级控制系统监控。上级控制系统在电力需求需要其时通过改变有源发电机的数量来控制发电机的电力管理。上级控制系统被配置成使得发电系统的操作以稳定的方式运行，而与电力需求的变化无关。通过控制原动机的燃料喷射以使得原动机保持其转速恒定来对生成的电力进行控制。例如，当发电机的负载增加时，燃料喷射也增加以保持转速恒定。当发电机直接连接至原动机的轴时，所生成的AC电力的输出频率也保持恒定。在另一种方法中，每个原动机-发电机组配备有AC至DC整流器。整流器的输出连接至公共DC总线。进一步将生成的电力转换为AC电力，以便电力可供AC设备消耗。在这样的结构中，可以控制每个发电机-原动机组的输出频率以优化系统的操作。在具有DC配电的发电系统中，由于每个发电机需要单独的整流器，所以电气部件的数量很大。在安装功率量很大的大型设施中，所需的DC元件例如断路器由于操作于中等电压水平而是昂贵的。此外，当将DC电压转换回用于消耗者的AC电压时，需要另外的电力转换。文献EP2682339A1公开了一种AC配电网络的频率可改变的系统。在该系统中，原动机的速度保持得尽可能低，以使效率最大化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供解决上述问题的系统和方法。本专利技术的目的是通过系统和方法来实现的，系统和方法的特征在于独立权利要求中所述的内容。在从属权利要求中公开了本专利技术的优选实施方式。本专利技术基于以下构思：利用一个或更多个发电机产生到公共多相总线的、具有可调频率和基本恒定电压的多相AC电压。用于使发电机旋转以产生电能的原动机被提供可根据各个方面来选择的转速参考。本专利技术的优点在于，可以根据操作者的偏好将原动机的操作点设置到期望值。本专利技术允许使用固定转速，该固定转速不一定是原动机的标称转速。当一个或更多个发电机产生基本恒定电压时，所生成的电力不依赖于频率，因此全部生成电力在所有频率处都可用。由于电压以变化的频率保持基本恒定，所以每个个体消耗者获得全部电力，而无需具体的布置(例如具有有源前端的变频器)。因此，可以调节频率，而不牺牲个体消耗者的可用电力。根据优选实施方式，多相AC电压具有被控制为恒定的幅度。当使用固定幅度时，系统中的磁性部件的磁通量随着频率的变化而改变。然而，如果频率降低时电压的幅度略微降低，则磁通量的增量可以略微降低。根据本专利技术的实施方式，通过调节转速参考来优化与原动机相关的属性。这样的属性是例如原动机的燃料消耗量。因此，在本实施方式中，允许原动机的转速被改变以使燃料消耗量最小化。发动机转速的变化意味着所生成的AC电压的频率也改变。在已知系统中，发电机的转速保持恒定，使得产生到多相电压总线的固定频率。这意味着电力需求即发电机的负载决定原动机的操作点。原动机通常被优化用于在某些电力水平下以固定频率操作。然而，转速的变化还影响燃料的消耗量，并且在本实施方式中采用了该属性。在实施方式中，原动机接收来自上级控制系统的转速参考，并且发电机使其输出频率与参考同步，使得形成频率可调的交流电压总线。因此，上级控制系统通过指示一个或更多个并联发电机以使原动机的燃料消耗量或其他属性最小化的频率运行来优化燃料消耗量或其他优化属性。在本专利技术中，针对原动机的转速以及针对多相电压的幅度提供了独立的参考值。优选地，转速参考用于优化与原动机相关的属性，幅度参考用于改变系统中的磁通量，以使得磁性部件不饱和。利用本专利技术，可以采用可靠且鲁棒的AC技术。此外，该系统能够根据所选择的设计使用AC技术或DC技术来传输电力。附图说明在下文中，将参照附图借助于优选实施方式来更详细地描述本专利技术，在附图中：图1示出了作为原动机的转速和生成电力的函数的燃料消耗量的示例；图2示出了本专利技术的系统的实施方式；图3示出了作为船速的函数的电力需求曲线和系统频率曲线的示例；以及图4示出了电压/频率平面中的恒定比率线。具体实施方式图2示出了根据本专利技术实施方式的系统的主电路图。在图2中，四个多相AC发电机1、2、3和4连接至AC总线5。AC总线包括汇流条(busbar)，即用于所生成的多相电压的每个相的导体和用于断路器6的每个相的导体，其中，断路器6可以用于即使当总线承载标称电流时也将总线分为两个独立部分。在图2的示例中，总线的电压为恒定的11kV，因此发电机的输出电压为恒定的11kV。发电机的标称功率可以为兆瓦级，在此情况下，所生成的电力足以对具有电力推进系统的大型船舶充电。图2还示出了与AC总线连接的各种负载。在该示例中，推进系统被电驱动，并且图2示出了用于推进的电力系统13。这种电力系统包括变压器、变频器以及用于驱动螺旋桨的马达。图2中所示的另外的负载包括电驱动器11、12(其用于产生制冷目的的冷冻水的设备的压缩机)和直接在线连接的马达10例如船首推进器。图2还示出了变压器7，变压器7用于转换电力并且进一步在船舶内分配电力，以用于船舶的其他功能。这样的其他功能可以涉及客船的舱位和餐厅以及不同工作船只中的各种工作机器，例如钻井机和抽水机。在示例图2中，因为AC至DC转换器9被呈现为通过变压器8连接至AC总线，所以还示出了DC电力分配的可能性。如图2所示，各种部件和负载被呈现为一式两份。由于冗余要求，原动机和主要电气部件被安装在至少两个分开的空间中。可以通过打开断路器6将连接空间的公共AC总线分开。根据本专利技术，船舶的发电系统包括用于产生电能的一个或更多个发电机1、2、3、4。在图2的示例中，呈现了四个发电机。与发电系统连接的发电机的数量不限于任何特定的量。每个发电机由相应的原动机例如柴油发动机驱动。这些原动机直接连接至发电机的轴，使得每个发电机与相应的原动机一起旋转。如上所述，本专利技术中使用的发电机是多相AC发电机。通常，发电机是产生三相电压的三相AC发电机。用于大型船舶发电的发电机是兆瓦级发电机。发电机的标称功率可以相等，或者使得例如两个发电机具有较小的额定功率，而其余的发电机具有较高的额定功率。发电机的相位输出可连接至公共多相总线。图2示出了总线5与发电机之间的断路器。操作断路器来调节连接至总线的生产能力。总线5由用于将所生成的电力分配给负载或消耗者的汇流条或类似的导电构件构成。多相总线的相位数对应于发电机的相位数，并且多相总线通常是具有三个汇流条的三相总线。发电机为AC发电机，并且所产生的电压具有对所有发电机共同的频率。在本专利技术的实施方式中，尽管AC电压的频率改变，但是所生成的多相AC电压的幅度保持恒定。当产生具有恒定幅度的AC电压时，可用电力保持恒定，而与AC电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电系统，包括用于产生电能的一个或更多个发电机，每个发电机被布置成由相应的原动机驱动，其中，所述发电机是适于生成具有一定频率和幅度的多相电压的多相AC发电机，所述发电机的相位输出可连接至公共多相总线，以用于分配由所述AC发电机生成的电能，所述系统包括用于针对所述原动机的转速以及针对所述多相电压的幅度提供独立参考值的另一装置，所述原动机的转速限定所述多相电压的频率，以及所述系统适于基于所提供的独立参考值而操作于至少三个操作点，操作点由所述多相电压的幅度与所述多相电压的频率的比率限定，其中所述至少三个操作点是不同的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.27 EP 14190434.21.一种发电系统，包括用于产生电能的一个或更多个发电机，每个发电机被布置成由相应的原动机驱动，其中，所述发电机是适于生成具有一定频率和幅度的多相电压的多相AC发电机，所述发电机的相位输出可连接至公共多相总线，以用于分配由所述AC发电机生成的电能，所述系统包括用于针对所述原动机的转速以及针对所述多相电压的幅度提供独立参考值的另一装置，所述原动机的转速限定所述多相电压的频率，以及所述系统适于基于所提供的独立参考值而操作于至少三个操作点，操作点由所述多相电压的幅度与所述多相电压的频率的比率限定，其中所述至少三个操作点是不同的。2.根据权利要求1所述的发电系统，其中，所述发电系统包括适于通过调节所述原动机的转速的参考值来优化与所述原动机相关的属性的装置。3.根据权利要求2所述的发电系统，其中，适于优化与所述原动机相关的属性的装置包括：可读数据库，其指示作为所述原动机的转速和所述原动机的负载水平的函数的优化属性，适于基于所述原动机的已知负载水平来读取所述数据库并且适于输出用于优化与所述原动机相关的属性的转速参考的装置。4.根据权利要求2或3所述的发电系统，其中，适于优化与所述原动机相关的属性的装置包括：适于接收在所述原动机的使用期间所优化的属性的值的装置，以及适于将所接收的优化属性的值与相应的负载水平和转速一起存储在可读取数据库中的装置。5.根据权利要求2、3或4所述的发电系统，其中，适于优化与所述原动机相关的属性的装置被并入上级控制系统例如电力管理系统中。6.根据前述权利要求2至5中任一项所述的发电系统，其中，适于优化与所述原动机相关的属性的装置还包括：所述原动机的转速参考的下限值，所述下限值优选为所述一个或更多个发电机的标称转速的60％。7.根据前述权利要求中任一项所述的发电系统，其中，一个或更多个AC发电机是三相发电机。8.根据前述权利要求中任一项所述的发电系统，其中，转换器装置连接至所述公共多相总线以用于产生具有固定频率的电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯·万斯卡，帕希·波赫扬黑莫，萨米·卡内尔瓦，米科·卡亚瓦，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH