用于船的电力系统技术方案

提出了一种用于船的动力定位的电力系统（3）。本文所公开的电力系统减少了单位燃料消耗量、减少了在内燃机驱动发电机中的碳沉积堆积和缸孔磨光的风险，并且针对若干动力定位级别提供了足够对抗断电的保护。电力系统（3）包含第一内燃机驱动发电机（G1）、第二内燃机驱动发电机（G2）、电池单元（11）、以及被布置为从电池组（11）向船提供电力的变换器单元（9），其中在电力系统（3）的第一操作状态中，只有第一内燃机驱动发电机（G1）被布置为向船输送电力，并且其中在第一内燃机驱动发电机（G1）遭受故障的第二操作状态中，第二内燃机驱动发电机（G2）被配置为向船输送电力，并且其中变换器单元（9）被布置为在从第一操作状态转变到第二操作状态期间向船输送电力。还提出了分段电力系统（2），其是包含若干如上述所限定的电力系统（3）的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于船的电力系统
本公开涉及用于船的电力系统，并且特别是涉及针对船的动力定位提供后备的电力系统。此外，本公开涉及分段电力系统，其包含至少两个此类电力系统。
技术介绍
动力定位（DP）一般是借助于船的推进装置保持船的位置和航向的方法。利用动力定位的船包括半潜式钻井平台和钻井船。已经为动力定位船只制定了安全相关的规则。这些规则定义了级别DP1、DP2和DP3。用于DP2和DP3船的级别规则要求在发生单一故障后必须保持位置。在实践中，这意味着必须绝不允许出现断电。为此，DP船通常运行在具有关断的母线联络（bustie）的分裂母线配置中。对于半潜式钻井平台，这通常意味着二分裂配置，而对于钻井船，典型的是三分裂配置。对于在大多数环境条件下的DP2和DP3操作来说，这些配置足以防止断电并且符合级别要求。钻井平台常常在除了由分裂母线配置提供的冗余之外还使用额外的冗余来操作。在DP操作期间，在每个分裂中，一些钻井平台操作人员为钻井平台提供至少两个运行的发电机，以最小化在每个分裂内的部分断电的风险。然而，使用若干运行的发电机的配置有若干缺点。
技术实现思路
本专利技术人已经意识到，在正常操作中，在每个分裂中具有若干运行的发电机的配置中，发电机上的负载通常可能低至15-20%。低负载操作有若干缺点。例如，此类运行具有导致柴油发电机的柴油引擎的高单位燃料消耗量的低效率。此外，增加了CO2、NOx、SOx和颗粒排放，并且增加了柴油引擎中的碳堆积以及缸孔磨光的风险。鉴于上述，本公开的目的是提供用于DP船的电力系统，其具有对抗局部或全部断电的足够的鲁棒性级别，同时减少碳沉积和缸孔磨光的风险。本公开的另一个目的是减少单位燃料消耗量和排放到环境中的污染物。因此，本公开提供了用于船的动力定位的电力系统，所述电力系统包含：第一内燃机驱动发电机、第二内燃机驱动发电机、电池单元、以及被布置为从所述电池组向所述船提供电力的变换器单元，其中在所述电力系统的第一操作状态中，只有所述第一内燃机驱动发电机被布置为向所述船输送电力，并且其中在第二操作状态中，所述第一内燃机发电机遭受故障，所述第二内燃机驱动发电机被布置为向所述船输送电力，并且其中在从所述第一操作状态转变到所述第二操作状态期间，所述变换器单元被布置为向所述船输送电力。通过提供如下的电力系统增加了运行中的内燃机驱动发电机，即所述第一内燃机驱动发电机上的负载，在该电力系统中在正常操作中，至少一个内燃机驱动发电机，例如所述第二内燃机驱动发电机是不运行的，因此不向所述船提供电力。例如，在每个母线分裂配置两个发电机的情况下，在所述运行中的发电机，即向所述船输送电力用于其动力定位的发电机上的负载是双倍的。通过增加发电机上的负载，减少了单位燃料消耗量。此外，所增加的负载减少了碳沉积的堆积和缸孔磨光的风险。通过提供如下的电力系统，用于所述电力系统的全部引擎运行时间累积地更慢，在该电力系统中在正常操作中，至少一个内燃机驱动发电机是不运行的。有利地，更低的燃料消耗量减少了燃料费用和有害物质的排放。此外，更慢的运行时间累积和减少的碳沉积的堆积以及减少缸孔磨光的风险可以显著地延长所述内燃机驱动发电机的维护周期。第一操作状态可以是所述第一内燃机驱动发电机是处于正常操作模式的状态。因此，当所述第一内燃机驱动发电机发生故障时，所述第二内燃机驱动发电机开始操作，并且因此向所述船输送电力。在所述第一内燃机驱动发电机发生故障和在所述第二操作状态中所述第二内燃机驱动发电机投入运行之间的时间中，所述电池单元和变换器单元允许基本上连续地在母线分裂中输送电力。因此，在所述第一操作状态和所述第二操作状态之间的转变中，所述电池单元和所述变换器单元被布置为输送电力。本文中的母线分裂应当被理解为分开的母线或分开的汇流排，即借助于一个或多个母线联络或隔离开关将母线与其它母线或汇流排断开连接。一个实施例包含母线，其中所述第一内燃机驱动发电机和所述第二内燃机驱动发电机可连接到所述母线，并且其中所述变换器单元可连接到所述母线和所述电池单元。一个实施例包含旋转变换器，其中所述变换器单元可经由所述旋转变换器连接到所述母线。借助于所述旋转变换器，可以提供所述电力系统的频率和电压的无扰维护，直到在所述运行的发电机，即所述第一内燃机驱动发电机跳闸的情况下所述变换器单元开始输送电力。尤其是，可通过由所述旋转变换器的旋转轴或转子提供的惯量来实现所述无扰维护。在一个实施例中，所述旋转变换器包含经由所述旋转变换器的旋转轴电耦合的发电机和感应电机。有益地，可包含变频驱动的所述变换器单元从而能够控制所述感应电机的旋转速度，并且因此控制经由所述发电机向所述船输送的电力，并且在例如负载变化的情况下补偿所述电力系统中的频率变化。因此，在任何惯性力减慢所述旋转变换器的共同旋转轴的旋转前，所述变换器单元能够向所述船输送电力，因而可向所述船提供连续和无扰的电力输送。所述旋转变换器的所述发电机能够补偿所述电力系统中的电压变化。因此可以提供对坑部分或全部断电的足够的鲁棒性。部分断电可理解为意味着在一个母线或母线分裂中的断电或电力供应故障，而全部断电意味着在所有母线或母线分裂中的断电或电力供应故障。在一个实施例中，所述发电机是MV同步发电机。MV发电机，即中压发电机可以连接到所述电力系统的母线分裂，所述母线分裂通常是中压母线，例如11kV。在一个实施例中，所述感应电动机是LV感应电机。LV感应电机，即低压感应电机提供所述变换器单元和所述旋转变换器中的发电机之间的接口，并且驱动所述发电机。因此，LV感应电机可以连接到LV变换器单元。作为示例，LV感应电机可以是额定为690V，然后其可连接到设计为在690V操作的低压变换器单元。从而，现有的标准组件可用于所述变换器单元和电池单元，在一个实施例中，它们连同所述旋转变换器组成所述电力系统中的电力备用装置的一部分。在一个实施例中，所述感应电机可连接到所述变换器单元，并且其中所述发电机可连接到所述母线。因此，所述发电机，即所述发电机的转子由所述感应电机来驱动。特别地，所述感应电机和所述发电机共享用于电力输送的同一旋转轴。所述变换器单元较优地包含DC到AC变换器，即逆变器，其用于将由所述电池单元提供的直流转换成用于控制所述感应电机所利用的交流。在一个实施例中，当电力系统的频率低于预定阈值时，所述变换器单元适用于向所述船输送电力。因此，控制器单元可以提供对例如所述变换器单元的半导体设备的开关元件进行适当切换，以便即使在所述第一操作状态和所述第二操作状态之间转变期间，也保持所述电力系统中的电压和频率水平。在一个实施例中，所述变换器单元包含用于控制所述感应电机的旋转速度的变频驱动。有益地，在分段电力系统中可以利用至少两个如本文所公开的电力系统。为此，所述分段电力系统包含至少两个电力系统以及至少一个能够连接所述至少两个电力系统的母线联络。因此，分段电力系统是用于船动力定位的电力系统，包含若干组的第一内燃机驱动发电机和第二内燃机驱动发电机以及对应的若干组的电池单元和变换器单元。在DP操作中，所述母线联络通常是断开的，以试图限制故障传播到一个母线分裂。此种配置减少了全部断电的风险，并且一般用于半潜式钻井平台和钻井船。较优地，船舶可包含此类分段电力系统。一般来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于船（1）动力定位的电力系统（3），所述电力系统（3）包含：第一内燃机驱动发电机（G1），第二内燃机驱动发电机（G2），电池单元（11），以及变换器单元（9），其被布置为从所述电池单元（11）向所述船（1）提供电力，其中在所述电力系统的第一操作状态中，只有所述第一内燃机驱动发电机（G1）被布置为向所述船（1）输送电力，并且其中在所述第一内燃机驱动发电机（G1）遭受故障的第二操作状态中，所述第二内燃机驱动发电机（G2）被布置为向所述船（1）输送电力，并且其中所述变换器单元（9）被布置为在从所述第一操作状态转变到所述第二操作状态期间向所述船（1）输送电力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于船(1)动力定位的电力系统(3)，所述电力系统(3)包含：第一内燃机驱动发电机(G1)，第二内燃机驱动发电机(G2)，电池单元(11)，以及变换器单元(9)，其被布置为从所述电池单元(11)向所述船(1)提供电力，其中在所述电力系统的第一操作状态中，只有所述第一内燃机驱动发电机(G1)被布置为向所述船(1)输送电力，并且其中在所述第一内燃机驱动发电机(G1)遭受故障的第二操作状态中，所述第二内燃机驱动发电机(G2)被布置为向所述船(1)输送电力，并且其中所述变换器单元(9)被布置为在从所述第一操作状态转变到所述第二操作状态期间向所述船(1)输送电力，并且其中所述电力系统(3)用于所述船(1)的动力定位，使得尽管力作用在所述船(1)上，所述船(1)仍保持位置和航向。2.根据权利要求1所述的电力系统(3)，其中所述第一操作状态是所述第一内燃机驱动发电机(G1)处于正常操作模式的状态。3.根据权利要求1或2所述的电力系统(3)，包含母线(13)，其中所述第一内燃机驱动发电机(G1)和所述第二内燃机驱动发电机(G2)可连接到所述母线(13)，并且其中所述变换器单元(9)可连接到所述母线(13)和所述电池单元(11)。4.根据权利要求3所述的电力系统(3)，包含旋转变换器(12)，其中所述变换器单元(9)经由所述旋转变换器(12)可连接到所述母线(13)。5.根据权利要求4所述的电力系统(3)，其中所述旋转变换器(12)包含经由所述旋转变换器(12)的旋转轴(15-1)电耦合的发电机(17)和感应电机(15)。6.根据权利要求5所述的电力系统(3)，其中所述发电机(17)是MV同步发电机。7.根据权利要求5或6所述的电力系统(3)，其中所述感应电机(15)是LV感应电机。8.根据权利要求5所述的电力系统(3)，其中所述感应电机(15)可连接到所述变换器单元(9)，并且其中所述发电机(17)可连接到所述母线(13)。9.根据权利要求1所述的电力系统(3)，其中所述变换器单元(9)被适配为当电力系统的频率低于预定阈...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·肯尼迪，
申请(专利权)人：ABB股份有限公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO