船舶作业的供电系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种船舶作业的供电系统，通过将柴油发电机组作为电能补给源提供小功率电能，并以蓄能单元作为作业机构的供电源，为作业机构运行提供大功率能量需求。本发明专利技术还提供了一种船舶作业的供电方法。采用本发明专利技术的供电系统及方法，相对于现有的供电方案，能够节约燃油４０％－６０％以上，从而显著降低了柴油发动机组功率和油耗，大大减少了排放污染。从而达到节能减排的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及船舶作业供能技术，更具体地说，涉及一种。
技术介绍
作业船舶广泛用于港口建设、航道整治、水下施工、矿藏开采、海底管缆铺设、险情 防救、海洋开发、海洋利用、渔业生产等许多领域。除部分作业船舶的总体性能与运输船舶 相近外，一般都独具特性。例如用于水上工程作业的打桩船、运载抛卸船、起重船、打捞船、 铺管船、布缆船等；用于港口航道作业的拖船、清淤船、挖泥船、吸砂船等；用于海洋开发的 钻探船、挖掘开采船等；用于渔业的捕捞船等等。请参阅图1所示，而上述各种作业船舶的 作业供能方式一般均为采用船上独立的柴油发电机组(柴油机和发电机)燃烧柴油，从而 为其作业机构进行作业提供电能。但是，该作业供电方式存在以下缺点1、柴油机功率配置过大为了满足上述作业机构的最大负荷、额定速度和额定加速度运行时的峰值功率需 要，厂家一般都针对峰值功率再加余量来选择大功率柴油发电机组，而作业机构通常作业 时的持续功率仅为其几分之一。2、柴油机低负荷时间比例过高据统计在船舶作业时，其相应的柴油机负荷低于25%的运转时间高达85%以 上，在此期间柴油机仍然以全速运行，不但造成大量的储备功率导致燃油浪费严重，而且还 加大了环境污染。3、作业时产生的再生电能没有得到利用绝大多数的作业船舶如打桩船、起重船、打捞船、清淤船、挖掘开采船、捕捞船等 等，在作业时，均存在由重力做功、机构减速以及制动过程中产生再生电能的情况，而目前 此类再生电能一般均通过制动电阻白白消耗掉了，未得到有效的回收和利用，进一步造成 电能的浪费。
技术实现思路
针对目前的船舶作业存在的油耗高、污染严重及其结构复杂等缺陷，本专利技术的目 的是提供一种，该供电系统和方法可以大幅度减小船舶作业的 油耗，提高燃油的利用率，从而达到节能减排目的。为此，本专利技术的船舶作业的供电系统包括作为电能补给源的柴油发电机组，进行小功率发电；AC/DC转换器，输入端与柴油发电机组连接，将柴油发电机组生成的电能进行整流 处理；作为供电源的蓄能单元，输入端与AC/DC转换器的输出端连接，接收电能并进行充电；DC/DC变换器，输入端与蓄能单元的输出端连接，将蓄能单元输出的电能转换成恒 定的高压电流；输出端与船舶的作业机构连接，对作业机构的运行进行供电。所述的供电系统还包括功率控制模块，连接设于AC/DC转换器和蓄能单元之间， 对蓄能单元内的工作参数进行检测，并控制蓄能单元的充电。所述的功率控制模块还将AC/DC转换器输出的波动的直流电变换成恒定的直流 电，供蓄能单元充电，并且当蓄能单元处于储能不多，内阻很低的初始状态时，功率控制模块对蓄能单元的 预充电进行限流管理；当柴油发电机组工作时，功率控制模块保持对蓄能单元常态充电；当蓄能单元储能满额时，功率控制模块控制柴油发电机组关断；当蓄能单元储能低于设定阀值时，功率控制模块阻止作业机构动作，等待充电过 程进行；当蓄能单元储能低于设定值时，功率控制模块控制柴油发电机组重新启动发电用 以充电。所述的柴油发电机组具有调速器，所述功率控制模块还与调速器连接，通过对调 速器的控制，进行动态调整柴油发电机组的转速。所述的AC/DC转换器的输出端还通过一个转换开关160直接跨接至船舶的作业机 构上。本专利技术的船舶作业的供电方法，包括如下步骤a、采用作业船舶相应的柴油发电机组进行小功率发电；b、将步骤a中生成的交流电通过AC/DC转换成直流电；C、将步骤b中的直流电输入蓄能单元内进行充电；d、通过蓄能单元输出直流电，并经DC/DC转换后，对船舶相应作业机构的运行提 供电能。在所述的步骤c中，通过功率控制模块对蓄能单元内的工作参数进行检测，并控 制步骤b中的直流电输入蓄能单元内进行充电。所述的充电控制步骤具体包括Cl、将步骤b中波动的直流电变换成恒定的直流电，供蓄能单元充电；c2、当蓄能单元处于储能不多，内阻很低的初始状态时，对蓄能单元的预充电进行限流管理；c3、当柴油发电机组工作时，保持对蓄能单元常态充电；c4、当蓄能单元储能满额时，控制柴油发电机组关断；c5、当蓄能单元储能低于设定阀值时，阻止作业机构动作，等待充电过程进行；c6、当蓄能单元储能低于设定值时，控制柴油发电机组重新启动发电用以充电；c7、根据蓄能单元储能量的大小，控制调速器进行动态调整柴油发电机组的转 速；c8、与船舶作业机构的PLC控制器进行通讯联络，获取做功量、速度、耗用功率等 数据，并依据蓄能单元的储能情况，对PLC控制器提出作业机构的速度控制要求。在所述的步骤c8中若蓄能单元工作异常，通过转换开关将经AC/DC转换的直流电直接对船舶的作业 机构进行供电，并对相应的作业机构进行限速控制。该供电方法还包括步骤e 在船舶的作业机构处在重力做功、减速或制动时，通过蓄能单元回收由重力做功、 减速或制动所产生的再生电能；若再生电能在蓄能单元满溢时，通过控制小容量的制动单元和制动电阻进行工作。本专利技术的，通过将柴油发电机组作为电能补给装置提 供小功率电能，并以蓄能单元作为作业供给源累积能量，并为船舶作业机构的运行提供能 量需求，能够显著降低了柴油发动机组的发电功率。这样，平时可以通过小功率发电对蓄能 单元充电储能；而当船舶作业机构电动作功时，能量从蓄能单元澎湃涌出。采用这样的技术 方案，本专利技术相对现有船舶作业的供电方案可节约燃油40% -60%以上，减少排放污染，具 有明显的社会和经济效益。因此，本专利技术的具有大幅度减小油耗，提高燃油的利 用率，从而达到节能减排目的的优点。附图说明图1是本专利技术的船舶作业的供电系统的结构框图；图2是本专利技术的船舶作业的供电方法的流程图。具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步说明本专利技术的技术方案。本专利技术的主要设计原理是平时通过采用柴油发电机组作为蓄能单元的电能补给 源，进行小功率发电(或直接采用小功率柴油发电机组)，对蓄能单元进行长时间的充电， 而蓄能单元作为主要供电源，对作业机构的大功率运行进行有效供电。请参阅图1所示，本专利技术的船舶作业的供电系统100包括作为电能补给源的柴油 发电机组110、AC/DC转换器120、作为作业机构1的供电源的蓄能单元130和DC/DC变换器 140，柴油发电机组110包括柴油机111和发电机112，通过燃烧燃油进行小功率发电；AC/ DC转换器120输入端与柴油发电机组110连接，将柴油发电机组110生成的电能进行整流 处理，一般可采用二极管整流；蓄能单元130输入端与AC/DC转换器120的输出端连接，接 收电能并进行充电，在此需要说明的是，蓄能单元130可以采用超级电容，也可以采用蓄电 池或者其它蓄电装置，并且在船舶的作业机构1处在重力做功、减速或制动时，该蓄能单元 130还可以用来收由重力做功、减速或制动所产生的再生电能；DC/DC变换器140输入端与 蓄能单元130的输出端连接，将蓄能单元130输出的电能转换成恒定的高压电流；输出端 与船舶的作业机构1连接，对作业机构1的运行进行供电，所述的作业机构1可以为打桩船 的打桩机构、起重船的起重机构、挖泥船或挖掘开采船的抓斗机构等作业船舶的大功率作 业机构。该供电系统100还包括功率控制模块150，连接设于AC/DC转换器120和蓄能单 元130之间，对蓄能单元130内的工作参数进行检测，并控制蓄能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶作业的供电系统，其特征在于，包括：作为电能补给源的柴油发电机组，进行小功率发电；ＡＣ／ＤＣ转换器，输入端与柴油发电机组连接，将柴油发电机组生成的电能进行整流处理；作为供电源的蓄能单元，输入端与ＡＣ／ＤＣ转换器的输出端连接，接收电能并进行充电；ＤＣ／ＤＣ变换器，输入端与蓄能单元的输出端连接，将蓄能单元输出的电能转换成恒定的高压电流；输出端与船舶的作业机构连接，对作业机构的运行进行供电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙枫，包起帆，张连钢，严兆基，
申请(专利权)人：孙枫，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]