СПОСОБ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЕДИНОЙ БАЗОВОЙ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2012 года по МПК H02J3/00 H02J4/00 

Область и уровень техники

Настоящее изобретение относится к области техники, включающей в себя судовые электроэнергетические установки и электроэнергетические системы судов. Конкретно изобретение относится к управлению процессами и построению электроэнергетических систем современных судов на основе достижений в технологии изготовления мощных электронных приборов для силовых цепей генерирования, преобразования и распределения электроэнергии, управления технологическими потребителями электрической энергии на современных судах. Уровень техники определяется тем, что в основе предлагаемого изобретения лежат использование изделий с новыми возможностями преобразования электроэнергии (скорости, мощности, уровни высоких напряжений преобразования), применение изделий с новыми коммутационными возможностями современных электронных приборов, с новыми возможностями обработки информации современной компьютерной техникой. Это позволяет применять более совершенные алгоритмы управления распределением электроэнергии, совершенствовать способы преобразования электроэнергии в больших объемах при ограничении площадей и ужесточения требований к минимальным объемам размещения на судах оборудования электроустановок и электроэнергетических систем. Важно обеспечить применение в судовых ЭЭС электроэнергию повышенных параметров с высокими напряжениями и мощностями, обеспечить в составе ЭЭС регулирование мощных технологических потребителей электроэнергии, в ряду которых находятся гребные электроустановки, винторулевые колонки, подруливающие устройства. Современная техника позволяет совмещать снабжение от единого (одного) источника электроэнергии одновременно основных судовых силовых потребителей и обеспечивать электроэнергией судовые технологические потребители, такие как мощные погрузоразгрузочные комплексы, траловое оборудование, холодильное оборудование, цеха и целые заводы обработки рыбы на рыболовных судах, гребные установки судов и, наконец, оборудование военной техники.

Разнообразие судов различных классов, разнообразие потребителей на судах, требующих разного электропитания, почти с неизбежностью приводит к многообразию используемых ЭЭС, усложняет возможности применения стандартных решений, приводит к применению многочисленных источников электроэнергии, разных схем распределения электроэнергии, к сложностям преобразования электроэнергии в процессе управления потребителями.

Стандартным недостатком судовых ЭЭС является то, что для каждой группы однородных по требованиям к питанию приемников электроэнергии устанавливают зачастую отдельные источники питания, соответствующие параметрам электроэнергии этой конкретной группы приемников. Заявляемые способ снабжения электроэнергией (генерирования, преобразования, распределения и управления потребителями) и устройство для его реализации в виде единой базовой или бортовой судовой электроэнергетической системы позволяют устранить существенные сложности при создании базовых бортовых ЭЭС. Термин «бортовые» использован в общепринятом смысле, когда естественны понятия: электростанции левого борта, правого борта, носовые, кормовые и иные судовые электростанции. Современный высокий уровень техники определяют технические решения, известные и применяемые в судовых ЭЭС.

Известна судовая электроэнергетическая система (патент RU №2024151, авторы Волков А.Н., Граве В.И.), в которой используется двенадцать генераторов электроэнергии (аналог), что указывает на целесообразность сокращения количества генераторов на отдельных судах.

Известна «Единая электроэнергетическая система с мощными тиристорными преобразователями» (статья А.А.Азовцев и др. в журнале «Электро- и радиооборудование судов», 1970 г. - аналог). Один из первых опытов применения статических преобразователей большой мощности для питания систем электродвижения, обеспечения судовой электроэнергией технологических электроприводов подъемных кранов, зарядных станций. В этом случае мощности потребления электроэнергии гребных электроустановок, технологических электроприводов становятся соизмеримы с мощностями генераторов судовой электростанции. Недостатки этого предложения единой судовой электроэнергетической системы (ЕС ЭЭС) в свое время определялись низкими возможностями статических преобразователей.

Известна реализация судовой ЭЭС (статья «Единая электроэнергетическая система (ЕЭЭС) малого гидрографического судна с гребной энергетической установкой (ГЭУ) переменного тока». Судостроение и водный транспорт в России. 2002/2003 г. - прототип). На небольшом судне потребители на одинаковое напряжение 400 В получают питание от четырех генераторов, что представляется избыточным. Недостатки известного решения не исчерпываются наличием многих генераторов в одной ЭЭС. На судах является нормой наличие приемников электроэнергии, которые необходимы в одном режиме работы судна и совершенно бесполезны в другом. Характерным примером является наличие на судне гребной установки и погрузочно-разгрузочного комплекса. Каждый приемник электроэнергии нужен в свое время. Предложение о реализации единой ЭЭС должно существенно помочь в решении задач согласования работы приемников электроэнергии.

Раскрытие изобретения

Предложен способ генерирования и распределения электроэнергии единой базовой (бортовой) судовой электроэнергетической системы (ЕБС ЭЭС) и устройство для его реализации. Схема ЕБС ЭЭС, представленная на фигуре, свободна от недостатков, присущих прототипу. Предложенный способ генерирования и распределения электроэнергии единой бортовой судовой электроэнергетической системы (ЕБС ЭЭС) и устройство для его реализации характерны тем, что формируют сети приемников электроэнергии и распределяют электроэнергию между приемниками в сформированных сетях.

Способ генерирования и распределения электроэнергии в единой базовой судовой электроэнергетической системе (ЕБС ЭЭС), при котором формируют сети приемников, потребляющих разные виды электроэнергии, отличающийся тем, что генерируют электроэнергию только одного вида, преобразуют часть генерируемой электроэнергии в один из потребляемых видов электроэнергии, преобразуют часть преобразованной электроэнергии в другой вид потребляемой энергии и повторяют преобразование преобразованной энергии последовательно столько раз, сколько нужно для обеспечения питанием всех сформированных сетей приемников, распределяют в каждой из сформированных сетей приемников электроэнергию между приемниками, преобразуя при этом электроэнергию для каждого регулируемого приемника в соответствии с алгоритмом его работы.

Предложенная единая базовая бортовая судовая электроэнергетическая система (ЕБС ЭЭС), содержит главный распределительный щит источника электроэнергии (ГРЩ ИЭ) и главные распределительные щиты 6 (ГРЩ СП) сетей 3, 4,… n приемников электроэнергии, отличающаяся тем что в ЕБС ЭЭС введены единый источник электроэнергии (ЕИЭ), обратимые преобразователи электроэнергии (ОП) по одному на каждый ГРЩ СП и введены блоки управления приемников (БУП) по одному на каждый ГРЩ СП, при этом выход ЕИЭ соединен с входом 21 электроэнергии ГРЩ ИЭ, выход 22 которого соединен с входом 61 ГРЩ СП, распределяемая электроэнергия которой соответствует генерируемой электроэнергии, выход 63 сетевого ГРЩ СП через ОП 7 и связи 33 и 42 соединен с ГРЩ СП соседней сети и так далее до последней сети n с ее ГРЩ СП 6, который через ОП 7 сети n соединен в кольцо связью А-А с первым ГРЩ СП 6 сети 3, каждый из сетевых ГРЩ СП, кроме того, соединен выходом 64 с нерегулируемыми приемниками электроэнергии непосредственно, а с регулируемыми приемниками соединены выходами 65 входами 81 с блоками преобразователей управления приемниками БУП по одному на каждый сетевой ГРЩ СП соответственно, при этом сетевые ГРЩ СП, распределяемая электроэнергия которых не соответствует генерируемой электроэнергии, соединены выходами 61 с другими ЕБС ЭЭС судна для резервного подключения электроэнергии от других ЭЭС судна.

Предложенный способ отличается тем, что в ЕБС ЭЭС генерируют электроэнергию, параметры которой соответствуют параметрам электроэнергии только одной из сформированных сетей. Преобразуют генерируемую электроэнергию в электроэнергию, пригодную для питания других сетей приемников, распределяя в каждой сформированной сети электроэнергию между конкретными приемниками, преобразуют электроэнергию для каждого регулируемого приемника в соответствии с алгоритмом его работы.

Единая бортовая судовая электроэнергетическая система (ЕБС ЭЭС), содержащая главный распределительный щит источника электроэнергии (ГРЩ ИЭ) и главные распределительные щиты 6 (ГРЩ СП) сетей 3, 4,… n приемников электроэнергии, отличающаяся тем, что в ЕБС ЭЭС введены единый источник электроэнергии (ЕИЭ), обратимые преобразователи электроэнергии (ОП) по одному на каждый ГРЩ СП и введены блоки управления приемников (БУП) по одному на каждый ГРЩ СП, при этом выход ЕИЭ соединен с входом 21 электроэнергии ГРЩ ИЭ, выход 22 которого соединен с входом 61 ГРЩ СП, распределяемая электроэнергия которой соответствует генерируемой электроэнергии, выход 63 сетевого ГРЩ СП через ОП 7 и связи 33 и 42 соединен с ГРЩ СП соседней сети и так далее до последней сети n с ее ГРЩ СП 6, который через ОП 7 сети n соединен в кольцо связью А-А с первым ГРЩ СП 6 сети 3, каждый из сетевых ГРЩ СП, кроме того, соединен выходом 64 с нерегулируемыми приемниками электроэнергии непосредственно, а с регулируемыми приемниками соединены выходами 65 входами 81 с блоками преобразователей управления приемниками БУП по одному на каждый сетевой ГРЩ СП соответственно, при этом сетевые ГРЩ СП, распределяемая электроэнергия которых не соответствует генерируемой электроэнергии, соединены выходами 61 с другими ЕБС ЭЭС судна для резервного подключения электроэнергии от других ЭЭС судна.

Приведенные свойства не совпадают со свойствами, являющимися отличительными признаками известных технических решений, и не являются суммой их свойств, что позволяет считать заявляемое решение соответствующим критерию «существенные отличия».

Сущность изобретения поясняется примером его реализации по схеме на фигуре.

Способ генерирования и распределения электроэнергии в единой базовой судовой электроэнергетической системе (ЕБС ЭЭС), при котором формируют сети приемников, потребляющих разные виды электроэнергии, отличающийся тем, что генерируют электроэнергию только одного вида, преобразуют часть генерируемой электроэнергии в один из потребляемых видов электроэнергии, преобразуют часть преобразованной электроэнергии в другой вид потребляемой энергии и повторяют преобразование преобразованной энергии последовательно столько раз, сколько нужно для обеспечения питанием всех сформированных сетей приемников, распределяют в каждой из сформированных сетей приемников электроэнергию между приемниками, преобразуя при этом электроэнергию для каждого регулируемого приемника в соответствии с алгоритмом его работы.

Единая бортовая судовая электроэнергетическая система (ЕБС ЭЭС), содержащая главный распределительный щит источника электроэнергии (ГРЩ ИЭ) и главные распределительные щиты 6 (ГРЩ СП) сетей 3, 4,… n приемников электроэнергии, отличающаяся тем что в ЕБС ЭЭС введены единый источник электроэнергии (ЕИЭ), обратимые преобразователи электроэнергии (ОП) по одному на каждый ГРЩ СП и введены блоки управления приемников (БУП) по одному на каждый ГРЩ СП, при этом выход ЕИЭ соединен с входом 21 электроэнергии ГРЩ ИЭ, выход 22 которого соединен с входом 61 ГРЩ СП, распределяемая электроэнергия которой соответствует генерируемой электроэнергии, выход 63 сетевого ГРЩ СП через ОП 7 и связи 33 и 42 соединен с ГРЩ СП соседней сети и так далее до последней сети n с ее ГРЩ СП 6, который через ОП 7 сети n соединен в кольцо связью А-А с первым ГРЩ СП 6 сети 3, каждый из сетевых ГРЩ СП, кроме того, соединен выходом 64 с нерегулируемыми приемниками электроэнергии непосредственно, а с регулируемыми приемниками соединены выходами 65 входами 81 с блоками преобразователей управления приемниками БУП по одному на каждый сетевой ГРЩ СП соответственно, при этом сетевые ГРЩ СП, распределяемая электроэнергия которых не соответствует генерируемой электроэнергии, соединены выходами 61 с другими ЕБС ЭЭС судна для резервного подключения электроэнергии от других ЭЭС судна.

Предложенные способ и единая бортовая судовая ЭЭС по сравнению с прототипом обеспечивают повышение надежности и универсальность питания любых приемников электроэнергии не только по требованиям к мощностям, напряжениям, роду тока, но также по регулированию каждого приемника в соответствии с алгоритмом его функционирования в любом сочетании приемников независимо от режима работы судна. Могут быть включены одновременно и гребная установка, и при необходимости палубные механизмы, любые другие приемники электроэнергии.

Краткое описание изобретения

Единая базовая бортовая судовая электроэнергетическая система (ЕБС ЭЭС) снабжена единым источником (ЕИ) электроэнергии 1, содержит соединенный с ним главный распределительный щит 2 источника энергии и сети приемников электроэнергии 3, 4,… n с главными распределительным щитами ГРЩ 6 для каждой сети приемников. В ЕБС ЭЭС введены обратимые преобразователи 7 электроэнергии по одному на каждый сетевой ГРЩ и введены блоки 8 управления приемников (БУП) по одному на каждый сетевой ГРЩ. Сети 3, 4,… n приемников электроэнергии включены последовательно по кругу так, что сеть 3 соединена с сетью 4 сеть n (последняя) соединена с сетью 3 по связи, обозначенной А-А.

Осуществление изобретения

Единая базовая бортовая судовая электроэнергетическая система (ЕБС ЭЭС) работает следующим образом.

Единый источник электроэнергии 1 через ГРЩ ЕИ вход 21 и выход 22 подает питание на сеть приемников электроэнергии 3 на вход 31. Это напряжение подают на вход 61 ГРЩ СП 6 сети приемников, электроэнергия которых соответствует генерируемой электроэнергии. Приемники других сетей ГРЩ СП 4…n сетей приемников питаются от другой, преобразованной, электроэнергии, которая поступает к ним через обратимые преобразователи 7. Каждая из сетей приемников получает электроэнергию в соответствии с потребностями потребителей именно этой сети, а передает в другую сеть приемников электроэнергию с параметрами электроэнергии принимающей сети. Каждый сетевой ГРЩ соединен с двумя разными обратимыми преобразователями. Один ОП расположен в своей сети (например, в сети 3), другой ОП в соседней (например, в сети n), что позволяет получить на каждом ГРЩ только свою, отличную от других ГРЩ СП, электроэнергию. В случае аварии по замыслу оператора или алгоритма обратимые преобразователи проводят процедуру обратного преобразования электроэнергии. Сетевые ГРЩ СП могут работать в разных режимах или как потребители электроэнергии, или как источники с сохранением неизменными требований к электроэнергии, которую они распределяют. Потребители каждого сетевого ГРЩ СП делятся на две группы. Неуправляемые потребители получают электроэнергию непосредственно от ГРЩ СП через выходы 34, 44, n4. Управляемые потребители получают электроэнергию с выходов 35, 45, n5 каждого ГРЩ СП 6 и через блок управления приемников БУП 8, который обеспечивает регулирование каждого управляемого приемника ГРЩ СП 6 в соответствии с алгоритмом его управления.

В качестве резервной меры предусмотрена возможность подключения каждого сетевого ГРЩ СП к внешним для данной ЕБС ЭЭС источникам электроэнергии (другим судовым ЭЭС) или к внешним потребителям (другим судовым потребителям) через вводы сетей, обозначенные двойными числами, содержащими номер сети и номер ввода в сеть (вводы 41,… n1). Каждый сетевой ГРЩ СОП имеет три ввода электроэнергии (вводы 31, 32, 33 для сети 3 приемников), что в полной мере удовлетворяет требованиям морского Регистра РФ, речного Регистра и других надзорных ведомств, то есть обеспечивает получение желаемого технического результата.

Группа изобретений относится к способу и системе распределения электроэнергии единой базовой судовой электроэнергетической системы (ЕБС ЭЭС). Способ заключается в том, что генерируют электроэнергию одного вида, преобразуют часть генерируемой электроэнергии в один из потребляемых видов электроэнергии, преобразуют часть преобразованной электроэнергии в другой вид потребляемой энергии, повторяют преобразование преобразованной энергии последовательно столько раз, сколько нужно для обеспечения питанием всех сформированных сетей приемников, распределяют электроэнергию между приемниками, преобразуют электроэнергию для каждого регулируемого приемника в соответствии с алгоритмом его работы. Система содержит главный распределительный щит источника электроэнергии (ГРЩ ИЭ), главные распределительные щиты сетей приемников электроэнергии (ГРЩ СП), единый источник электроэнергии (ЕИЭ), обратимые преобразователи электроэнергии (ОП), блоки управления приемников (БУП). Выход ЕИЭ соединен с входом электроэнергии ГРЩ ИЭ, выход которого соединен с входом ГРЩ СП. Выход сетевого ГРЩ СП через ОП и соответствующие связи соединен с ГРЩ СП соседней сети и так далее до последней сети n с ее ГРЩ СП. ГРЩ СП через ОП сети n соединен в кольцо соответствующей связью с первым ГРЩ СП сети. Каждый из сетевых ГРЩ СП соединен выходом с нерегулируемыми приемниками электроэнергии непосредственно. С регулируемыми приемниками ГРЩ СП соединен через блоки управления приемниками БУП. Сетевые ГРЩ СП соединены выходами с другими ЕБС ЭЭС судна. Технический результат заключается в повышении надежности электрической системы питания. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ распределения электроэнергии единой базовой судовой электроэнергетической системы (ЕБС ЭЭС), при котором формируют сети приемников, потребляющих разные виды электроэнергии, отличающийся тем, что генерируют электроэнергию только одного вида, преобразуют часть генерируемой электроэнергии в один из потребляемых видов электроэнергии, преобразуют часть преобразованной электроэнергии в другой вид потребляемой энергии и повторяют преобразование преобразованной энергии последовательно столько раз, сколько нужно для обеспечения питанием всех сформированных сетей приемников, распределяют в каждой из сформированных сетей приемников электроэнергию между приемниками, преобразуя при этом электроэнергию для каждого регулируемого приемника в соответствии с алгоритмом его работы.

2. Единая базовая судовая электроэнергетическая система (ЕБС ЭЭС), содержащая главный распределительный щит источника электроэнергии (ГРЩ ИЭ) и главные распределительные щиты 6 (ГРЩ СП) сетей 3, 4,… n приемников электроэнергии, отличающаяся тем, что в ЕБС ЭЭС введены единый источник электроэнергии (ЕИЭ), обратимые преобразователи электроэнергии (ОП) по одному на каждый ГРЩ СП и введены блоки управления приемников (БУП) по одному на каждый ГРЩ СП, при этом выход ЕИЭ соединен с входом 21 электроэнергии ГРЩ ИЭ, выход 22 которого соединен с входом 61 ГРЩ СП, распределяемая электроэнергия которой соответствует генерируемой электроэнергии, выход 63 сетевого ГРЩ СП через ОП 7 и связи 33 и 42 соединен с ГРЩ СП соседней сети и так далее до последней сети n с ее ГРЩ СП 6, который через ОП 7 сети n соединен в кольцо связью А-А с первым ГРЩ СП 6 сети 3, каждый из сетевых ГРЩ СП, кроме того, соединен выходом 64 с нерегулируемыми приемниками электроэнергии непосредственно, а с регулируемыми приемниками соединены выходами 65 через блоки преобразователей управления приемниками БУП по одному на каждый сетевой ГРЩ СП соответственно, при этом сетевые ГРЩ СП, распределяемая электроэнергия которых не соответствует генерируемой электроэнергии, соединены выходами 61 с другими ЕБС ЭЭС судна для резервного подключения электроэнергии от других ЭЭС судна.