一种具有电磁干扰抑制功能的船载配电系统技术方案

本发明专利技术属于电动船舶技术领域，涉及一种具有电磁干扰抑制功能的船载配电系统，自带充电功能，且只需接入普通市电即可满足船载电池的充电要求，从而减小了电动船舶对停靠码头设备的依赖；在不增加新设备的前提下，利用既有船载隔离变压器对船载充电系统进行共模干扰的隔离、抑制，极大地改善了船舶电力系统充电工况的电磁环境，提高了船舶电力系统的安全性、可靠性；同时，在直流母排上设置船舶电力系统短路保护专用电容器，使系统的短路保护更具选择性，提高了船舶动力系统的供电安全性。提高了船舶动力系统的供电安全性。提高了船舶动力系统的供电安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有电磁干扰抑制功能的船载配电系统


[0001]本专利技术属于电动船舶
，涉及一种具有电磁干扰抑制功能的船载配电系统。

技术介绍

[0002]电池动力船舶，特别是纯电池动力船舶(以下简称电动船)开始建造、下水，并逐步替代传统的柴油机动力船舶，以减少诸如碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物、氟氯烃等有害气体及油污的排放。相比纯电动汽车的16～60kWh能量，当前常规电动船的电池能量较大，通常为1000kWh 及以上，且充电电压在DC700V左右。而船舶的岸电基本为AC400V、 50Hz市电，在减少岸电改造的前提下，并实现电动船的快捷、快速充电，配置船载充电系统为电动船的必要选择。
[0003]船载充电系统的核心设备为AFE(Active Front End)型有源整流器(以下简称AFE)，当前的AFE的功率器件基本均为IGBT(Insulated GateBipolar Transisto，绝缘栅双极型晶体管)。AFE工作时，其内部的IGBT 将进行数千赫兹的高速开关跳变动作，并在AFE外围储能电抗器的作用下，抬升其直流侧输出电压，以满足船载动力电池的充电需求。较高的开关频率导致IGBT桥臂中点对参考地产生较大的电压变化率，使该处电位发生高频变化，形成对地共模电压；同时，AFE的外部三相输入电压不平衡时，将产生较大的共模电压。共模干扰电压对AFE系统内、外的对地寄生电容以及其他杂散电容进行高频的充放电，形成共模电流，共模电流通过地线干扰、损坏其他设备，并可能使具有漏电保护功能的岸电开关动作，导致整个岸电系统供电中断。随着IGBT制造、封装工艺的提升，AFE功率密度不断提升，体积趋于小型化、内部元器件及线缆更加集成化，导致更易产生电磁耦合效应，分布电容也更为突出，且无法消除。相对陆地上的发电厂、变电所电站，船舶电站，尤其是新型的蓄电池电站的容量小、设备间距短、相互间电磁影响更加明显。
[0004]为了减少船舶电站的新型蓄电池电站的容量小、设备间距短、相互间电磁影响明显的问题，现有技术人员提出了以下几种技术方案：
①
使用高频电容抑制系统共模干扰的技术方案，具体为：船舶岸电系统通常布置一台、双绕组(单原边和单次边)变压器。采用高频电容对单台AFE 系统具有一定的共模干扰抑制效果，但对同一台变压器、同一绕组下的两台或多台AFE将产生更为严重的干扰。共模干扰可通过滤波电容、地线进入TN(电源中性点直接接地)型岸电系统，影响其他岸电设备及其他AFE工作。然而将岸电TN型系统更改为IT(电源中性点不接地)型将不满足强制性国标《GB 50054低压配电设计规范》的要求；又由于电动船的动力电池的布置必须满足CCS《纯电池动力船舶检验指南》中“至少应设置两组独立蓄电池组”的要求，需布置至少两套充电系统，以保证动力电池的及时充电需求。由此可知，使用高频电容抑制共模干扰不适用电动船的充电系统需求。
②
使用共模扼流圈抑制系统共模干扰，而共模扼流圈通常用于低压控制线路或信号系统中，涉及的电缆线径在 2.5mm2左右，对线径为35～95mm2的主电路电缆，则无法进行绕线操作。
③
在码头安装电动船专用的固定岸基充电系统，由于固定的岸基充电系统具有地域限制，电动船只能在固定的
码头，甚至固定的位置进行充电；固定的岸基充电系统须对原码头或趸船进行升级改造，并占用码头或趸船既有空间，且产生约两倍于船载充电系统的费用。
④
采用隔离型变频器，由于隔离型变频器价格昂贵，且其重量重、体积大并不适用于中小型电动船、客船。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种具有电磁干扰抑制功能的船载配电系统，在不增加岸电设备、不增加船载设备数量的条件下，在船载充电机AFE的外围电气系统层面对船载充电系统的共模干扰进行抑制。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]这种具有电磁干扰抑制功能的船载配电系统，包括两组结构相同的第一主电路拓扑结构及第二主电路拓扑结构，所述第一主电路拓扑结构的第一直流母排与第二主电路拓扑结构的第二直流母排通过母联开关连接；所述第一主电路拓扑结构包括：
[0008]电池组，所述电池组分别通过稳压电路、电池组放电预充电回路连接至第一直流母排；所述第一直流母排，用于整船电能的接入及分配，所述第一直流母排上设置有直流母排短路保护熔断器及直流母排电容器；
[0009]所述第一直流母排包括四路直流电：第一路直流电用以向推进回路供电；第二路直流电通过电池组充电预充电回路连接至岸电380V交流负载母排；第三路直流电通过日用负载回路连接至船电380V交流负载母排，所述日用负荷回路包括隔离变压器；第四路直流电通过整流回路连接至所述隔离变压器的b端，所述隔离变压器的a端经日用变压器预充电接触器连接至船电380V交流负载母排，所述隔离变压器的a端还经充电主接触器、充电主断路器连接至岸电380V交流负载母排；所述船电380V交流负载母排通过日用负载断路器、日用变压器连接至220V 交流日用负载母排，所述船电380V交流负载母排还通过辅助岸电断路器与岸电380V交流负载母排连接；
[0010]所述岸电380V交流负载母排通过岸电接入电缆与岸基岸电配电柜连接，所述岸基岸电配电柜与岸基变压器连接，所述岸基变压器连接至高压岸电。
[0011]进一步，所述稳压电路包括依次连接的电池组短路保护熔断器、电池组充放电接触器、储能电抗器、双向DC
‑
DC稳压模块及双向DC
‑
DC 短路保护熔断器。
[0012]进一步，所述电池组放电预充电回路包括依次连接的电池组放电预充电断路器、电池组放电预充电接触器、电池组放电预充电接触器。
[0013]进一步，所述推进回路包括依次连接的推进逆变器短路保护熔断器、推进逆变器及推进电动机。
[0014]进一步，所述电池组充电预充电回路包括依次连接的充电预充电整流器、充电预充电电阻、充电预充电接触器及充电预充电断路器，所述充电预充电整流器与直流母排连接。
[0015]进一步，所述日用负载回路包括依次连接的日用逆变器短路保护熔断器、日用逆变器、正弦滤波器、日用负载断路器、隔离变压器、日用负载接触器。
[0016]进一步，所述直流母排短路保护熔断器的数量为两个，且母联开关位于两个直流母排短路保护熔断器之间。
[0017]进一步，所述直流母排电容器跨接在第一直流母排的正母排、负母排之间，用于提
供足够时间的熔断电流，以提高整个系统在发生短路故障时的安全性。
[0018]进一步，所述电池组采用两组相互独立的磷酸铁锂动力蓄电池组。
[0019]进一步，所述整流回路包括依次连接的AFE充电整流器短路保护熔断器、AFE充电整流器、LCL型滤波器、交流充电短路保护熔断器。
[0020]与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案包括以下有益效果：本专利技术提供的船载配电系统，自带充电功能，且只本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有电磁干扰抑制功能的船载配电系统，其特征在于，包括两组结构相同的第一主电路拓扑结构及第二主电路拓扑结构，所述第一主电路拓扑结构的第一直流母排(1)与第二主电路拓扑结构的第二直流母排(2)通过母联开关(17)连接；所述第一主电路拓扑结构包括：电池组，所述电池组分别通过稳压电路、电池组放电预充电回路连接至第一直流母排(1)；所述第一直流母排(1)，用于整船电能的接入及分配，所述第一直流母排(1)上设置有直流母排短路保护熔断器及直流母排电容器(16)；所述第一直流母排(1)包括四路直流电：第一路直流电用以向推进回路供电；第二路直流电通过电池组充电预充电回路连接至岸电380V交流负载母排(3)；第三路直流电通过日用负载回路连接至船电380V交流负载母排(4)，所述日用负荷回路包括隔离变压器；第四路直流电通过整流回路连接至所述隔离变压器的b端，所述隔离变压器的a端经日用变压器预充电接触器连接至船电380V交流负载母排(4)，所述隔离变压器的a端还经充电主接触器、充电主断路器连接至岸电380V交流负载母排(3)；所述船电380V交流负载母排(4)通过日用负载断路器、日用变压器连接至220V交流日用负载母排(5)，所述船电380V交流负载母排(4)还通过辅助岸电断路器(35)与岸电380V交流负载母排(3)连接；所述岸电380V交流负载母排(3)通过岸电接入电缆(43)与岸基岸电配电柜(42)连接，所述岸基岸电配电柜(42)与岸基变压器(41)连接，所述岸基变压器(41)连接至高压岸电(40)。2.根据权利要求1所述的具有电磁干扰抑制功能的船载配电系统，其特征在于，所述稳压电路包括依次连接的电池组短路保护熔断器、电池组充放电接触器、储能电抗器、双向DC
‑
DC稳压模块及...

【专利技术属性】
技术研发人员：司向飞，王伟，姚世强，王翠云，孟少邦，雷智，盛怡，
申请(专利权)人：西安中车永电电气有限公司，
类型：发明
国别省市：