МОДУЛЬНАЯ ЕДИНАЯ КОРАБЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 2014 года по МПК B60L3/00 

Настоящее изобретение относится к судовым электроэнергетическим установкам и к электроэнергетическим системам (ЭЭС) кораблей. Конкретно изобретение относится к управлению процессами и построению электроэнергетических систем современных кораблей на основе достижений в технологиях изготовления мощных электронных приборов для силовых цепей генерирования, преобразования и распределения электроэнергии, управления потребителями электрической энергии. Уровень техники определяется использованием комплектующих изделий с современными возможностями преобразования электроэнергии, коммутационными возможностями распределения электроэнергии с помощью современных электронных твердотельных коммутаторов, с новыми возможностями обработки информации современной компьютерной техникой, применением более совершенных алгоритмов управления распределением и аккумулированием электроэнергии, совершенствованием способов преобразования электроэнергии в ограниченных объемах оборудования электроустановок на судах.

Это позволяет выполнять обеспечение электроэнергией от объединенного источника электроэнергии различных судовых силовых приемников мощности, таких как мощные погрузоразгрузочные комплексы, траловое оборудование, холодильное оборудование, цеха и целые заводы обработки рыбы на рыбопромысловых судах, гребные установки судна и, наконец, электрооборудование вооружения и военной техники.

Разнообразие судов различных классов, разнообразие потребителей на судах, требующих разного электропитания, почти с неизбежностью приводит к многообразию используемых и подлежащих разработке ЭЭС, усложняет возможности применения стандартных решений, приводит к применению многочисленных и разнообразных источников электроэнергии, разных схем распределения электроэнергии, приводит к сложностям при преобразовании, накоплении и использовании накопленной электроэнергии. Стало обычным, что для каждой группы однородных по питанию приемников электроэнергии устанавливают отдельные источники питания, соответствующие параметрам электроэнергии этой конкретной группы приемников.

Известен патент ЕР 2243699 (A1) - 2010-10-27 судовой системы управления гребными винтами (аналог). Небольшая система содержит несколько генераторов, аккумуляторную батарею, генераторный щит и преобразователи частоты, управляющие скоростью гребных двигателей. Система не применима на кораблях с широким разнообразием приемников электроэнергии.

Известна судовая электроэнергетическая система - аналог (по патенту RU 2375804, опубликованному 10.12.2009). Она позволяет обеспечить электроэнергией низковольтные приемники и перспективные приемники повышенного напряжения до 10 кВ. Недостатком аналога является применение отдельных источников напряжения, соответствующих параметрам электроэнергии каждой конкретной группы приемников.

Это устраняется при применении способа генерирования и распределения электроэнергии единой базовой судовой электроэнергетической системой (прототип - заявка на изобретение №2010131706 от 29.07.2010) и системы для его реализации. Применение системы не позволяет обеспечивать электроэнергией от известной единой ЭЭС одновременно:

- приемники системы общесудовых потребителей;

- приемники системы ГЭУ, включая режим полного электродвижения;

- специальные приемники, включая высоковольтные приемники напряжением 30 кВ и более.

Раскрытие изобретения

Предложена модульная единая корабельная электроэнергетическая система снабжения судовых потребителей электроэнергией, включая генерирование, накопление, преобразование, распределение электроэнергии.

Предложенная модульная единая электроэнергетическая система (ME ЭЭС) характеризуется рядом признаков.

Признаки предлагаемого изобретения:

Признаки ME ЭЭС « содержит единый источник электроэнергии (ЕИЭ), главный распределительный щит (ГРЩ), распределительный щит сети общесудовых приемников (РЩ СП), распределительный щит сети приемников гребной установки (РЩ ГУ), первый выход ГРЩ соединен с выходом ЕИЭ, другой выход ГРЩ соединен с входом РЩ СП, выходы РЩСП соединены с приемниками сети общесудовых приемников, выходы РЩ ГУ соединены с приемниками сети гребной установки»

указывают на то, что предлагаемая ME ЭЭС является комплексом связанных между собой устройств и электрооборудования, который предназначен для генерирования, распределения, передачи приемникам электроэнергии, включая широкий спектр общесудовых приемников, а также комплекса приемников гребной установки судна. Источник электроэнергии для снабжения перечисленных приемников предусмотрен единственный, а перечень приемников электроэнергии, необходимых на судне, не исчерпан.

Признаки ME ЭЭС « снабжена модулем накопления и преобразования энергии высоковольтных приемников (МВП), модулем преобразования энергии для приемников гребной установки (МГУ), системой управления, а в МВП введены обратимый преобразователь, аккумуляторная батарея и/или батарея конденсаторов. Вход МВП соединен с четвертым выходом ГРЩ, а обратимый преобразователь МВП соединен с первым входом РЩ ВП, второй вход которого соединен с аккумуляторной батареей и/или батареей конденсаторов»

указывают на реализацию способов запасания, обратимого преобразования и использования запасенной электроэнергии. Предлагаемая ME ЭЭС обеспечивает управление техническими средствами в нормальных условиях эксплуатации, в аварийных ситуациях, при борьбе за живучесть, безаварийность функционирования, диагностирование. По сравнению с прототипом система снабжена МВП, обеспечивающим электропитанием группу современных потребителей, в частности, с лазерными исполнительными установками, которые все чаще востребованы на кораблях.

Признаки ME ЭЭС «отличается тем, что в МГУ введены выпрямитель, шины постоянного тока, реверсивные преобразователи частоты (РПЧ) гребных электродвигателей, выходы РПЧ соединены с соответствующими входами РЩ ГУ, входы РПЧ через шины постоянного тока соединены с выходом постоянного тока выпрямителя, выход переменного тока которого соединен с пятым выходом ГРЩ. Информационно-управляющие ввод/выводы системы управления соединены с ввод/выводами контроллеров управления каждого из модулей, распределительных щитов и блоков, второй вывод ГРЩ соединен фидером с ЭЭС другого борта судна или береговой ЭЭС»

указывают на то, что в предлагаемом МГУ реализуется система полного электродвижения корабля. Обеспечена возможность использовать гребными электродвигателями электроэнергию, запасенную другими модулями корабля во всем диапазоне ходовых режимов полного электродвижения, что выполняется за счет только гребных электрических двигателей, за счет реализации принципиального изменения схем питания составных частей ЭЭС, схем электроснабжения, состава блоков и связей между ними. Введенный в МГУ выпрямитель обеспечивает общее питание через шины постоянного тока всех реверсивных ПЧ гребных электродвигателей от общей сети постоянного тока, что позволяет по-новому организовать режим рекуперации гребных электродвигателей, в том числе при полном электродвижении.

Поэтому предложенная модульная корабельная единая электроэнергетическая система соответствует критерию «новизна», так как имеет отличительные признаки от прототипа, отличается рядом новых конструктивных решений, элементов, новых связей между элементами и принципов построения корабельных ЭЭС. Приведенные свойства не совпадают со свойствами, являющимися отличительными признаками в известных технических решениях, и не являются суммой их свойств, что позволяет считать заявляемое решение соответствующим критерию «существенные отличия».

Краткое описание изобретения

Сущность изобретения поясняется примером его реализации по схеме на чертеже «Модульная единая корабельная электроэнергетическая система».

Модульная единая корабельная электроэнергетическая система содержит единый источник электроэнергии (ЕИЭ) 1, главный распределительный щит (ГРЩ) 2, распределительный щит сети общесудовых приемников (РЩ СП) 3, распределительный щит сети приемников гребной установки (РЩ ГУ) 4. Первый вход ГРЩ 2 соединен с выходом ЕИЭ 1, второй вход ГРЩ 2 соединен с выходом ЭЭС другого борта судна или береговой ЭЭС. Третий выход ГРЩ 2 соединен с входом РЩ СП 3. Выходы РЩ СП 3 соединены с приемниками сети общесудовых приемников, выходы РЩ ГУ 4 соединены с приемниками сети гребной установки. Предлагаемая система ME ЭЭС снабжена модулем накопления и преобразования электроэнергии высоковольтных приемников (МВП) 5, модулем преобразования электроэнергии приемников гребной установки (МГУ) 6, распределительным щитом 7 сети высоковольтных приемников (РЩ ВП), системой управления 8.

В МВП 5 введены высоковольтная батарея 9 аккумуляторов и/или конденсаторов и обратимый преобразователь (ОП) 10, ввод/вывод переменного тока которого соединен с четвертым выходом ГРЩ 2, а вход/вход постоянного тока ОП 10 соединен с первым входом РЩ ВП 7, второй вход/выход которого соединен с батареей 9 аккумуляторов и/или конденсаторов. Выходы РЩ ВП 7 соединены с соответствующими приемниками сети высоковольтных потребителей.

В МГУ 6 введены выпрямитель 11, шины постоянного тока 12, реверсивные преобразователи частоты (РПЧ) 13 гребных электродвигателей.

Выходы РПЧ 13 соединены с соответствующими входами РЩ ГУ 4, входы РПЧ через шины постоянного тока 12 соединены с выходом постоянного тока выпрямителя 11, вход переменного тока которого соединен с пятым выходом ГРЩ 2. Информационно-управляющие ввод/выводы системы управления 8 соединены с ввод/выводами контроллеров управления (например, микроконтроллеров EFM32) каждого из модулей, распределительных щитов и блоков.

В РЩ ВП введены автоматические выключатели и/или высоковольтные твердотельные коммутаторы, микроконтроллеры с периферийными блоками, соединенные информационно-управляющими связями с системой управления.

Осуществление изобретения

Обеспечение электроэнергией сети общесудовых приемников

Напряжение от третьего выхода ГРЩ 2 к входу РЩ СП 3 подают напрямую, как показано на чертеже. ГРЩ 2 и РЩ СП 3 соединяют через трансформатор, если требуется согласование величин напряжений при их несовпадении. МЕО ЭЭС позволяет снабжать приемники РЩ СП и при отсутствии напряжения на ЕИЭ. В этом случае ГРЩ2 получает питание от батареи аккумуляторов 9 через РЩ ВП 7, ОП 10 на четвертый вход ГРЩ 2. Предусмотрено дополнительно питание ГРЩ через второй вход ГРЩ электроэнергией от другой корабельной или береговой ЭЭС.

Обеспечение сети высоковольтных приемников электроэнергии

Напряжение от четвертого выхода ГРЩ 2 преобразуют в ОП 10 модуля МВП 5 и через РЩ ВП 7 подают электроэнергию на потребители сети высоковольтных приемников или на заряд батареи 9 аккумуляторов и/или конденсаторов. Напряжение с четвертого выхода ГРЩ 2 подают напрямую или через повышающий трансформатор при необходимости согласования напряжений (в отличие от показанного на чертеже). Затем согласованное напряжение выпрямляют на обратимом преобразователе ОП 10, подают на первый вход РЩ ВП 7, ко второму входу которого подключена высоковольтная батарея 9 аккумуляторов и/или конденсаторов.

Введенные в РЩ ВП 7 электромагнитные автоматические выключатели и/или твердотельные коммутаторы, управляемые контроллерами, встроенными в модули, распределительные щиты и их составные части, управляемые системой управления 8, обеспечивают:

- подключение высоковольтных приемников к шинам РЩ ВП 7;

- подключение высоковольтных напряжений аккумуляторов и/или конденсаторов через РЩ ВП 7, ОП 10 и ГРЩ 2 к другим модулям, щитам, блокам и через них к приемникам электроэнергии ME ЭЭС;

- переключения в РЩ ВП 7 в режимах заряда батареи 9 аккумуляторов и/или конденсаторов, а также в режиме использования ее электроэнергии для питания потребителей любых сетей ЭЭС с обеспечением преобразования электроэнергии и передачи ее через второй вход ГРЩ 2 в другие сети РЩ СП 3 и РЩ ГУ 4 приемников.

Обеспечение сети приемников гребной установки.

Напряжение от пятого выхода ГРЩ 2 подается к соответствующим входам РЩ ГУ 4 через выпрямитель 11, шины постоянного тока 12 и соответствующие реверсивные преобразователи частоты РПЧ 13. Приемники сети полного электродвижения получают преобразованную для приемников электроэнергию с выходов распределительного щита РЩ ГУ 4. Напряжение с пятого выхода ГРЩ 2 подается в МГУ 6 на выпрямитель 11 и через шины постоянного тока 12 на реверсивные преобразователи частоты РПЧ 13 гребных электродвигателей. С выходов РПЧ 13 частотно-регулируемая электроэнергия подается к каждому управляемому гребному электродвигателю через РЩ ГУ 4. При переходе любого гребного электродвигателя в генераторный режим избыточная генерируемая электроэнергия через его РПЧ 13 передается на шины постоянного тока 12 и распределяется между электродвигателями по сети постоянного тока гребных электродвигателей.

Модульная единая корабельная электроэнергетическая система МЕ ЭЭС содержит единый источник электроэнергии, главный распределительный щит, распределительные щиты сети общесудовых приемников и сети приемников гребной установки. Предложенная система снабжена модулем накопления и преобразования электроэнергии высоковольтных приемников (МВП), модулем преобразования электроэнергии приемников гребной установки (МГУ), распределительным щитом сети высоковольтных приемников, системой управления ЭЭС. В МВП введены аккумуляторная батарея и/или конденсаторная батарея, обратимый преобразователь. В МГУ введены выпрямитель, шины постоянного тока, реверсивные преобразователи частоты гребных электродвигателей. Информационно-управляющие ввод/выводы системы управления ЭЭС соединены с ввод/выводами контроллеров управления каждого из модулей, распределительных щитов и блоков предложенной ЭЭС. Технический результат заключается в том, что система обеспечивает снабжение электроэнергией судовых потребителей от объединенного источника энергии и режим полного электродвижения корабля при рекуперации энергии гребных электродвигателей. 1 ил.

Модульная единая корабельная электроэнергетическая система (ME ЭЭС) содержит единый источник электроэнергии (ЕИЭ), главный распределительный щит (ГРЩ), распределительный щит сети общесудовых приемников (РЩ СП), распределительный щит сети приемников гребной установки (РЩ ГУ), первый выход ГРЩ соединен с выходом ЕИЭ, второй выход ГРЩ соединен с фидером ЭЭС другого борта судна, третий выход ГРЩ соединен с входом РЩ СП, выходы РЩ СП соединены с приемниками сети общесудовых приемников, выходы РЩ ГУ соединены с приемниками сети гребной установки, отличающаяся тем, что она снабжена модулем накопления и преобразования электроэнергии высоковольтных приемников (МВП), модулем преобразования электроэнергии приемников гребной установки (МГУ), распределительным щитом сети высоковольтных приемников (РЩ ВП), системой управления, в МВП введены аккумуляторная батарея и/или конденсаторная батарея, обратимый преобразователь (ОП), ввод/вывод переменного тока которого соединен с четвертым выходом ГРЩ, а вход/выход постоянного тока ОП соединен с первым входом РЩ ВП, второй вход/выход которого соединен с аккумуляторной и/или конденсаторной батареей, выходы РЩ ВП соединены с соответствующими приемниками сети высоковольтных потребителей, в МГУ введены выпрямитель, шины постоянного тока, реверсивные преобразователи частоты (РПЧ) гребных электродвигателей, каждый выход РПЧ соединен с соответствующим входом РЩ ГУ, входы РПЧ через шины постоянного тока соединены с выходом постоянного тока выпрямителя, вход переменного тока которого соединен с пятым выходом ГРЩ, информационно-управляющие ввод/выводы системы управления соединены с ввод/выводами контроллеров управления каждого из модулей, распределительных щитов и блоков.