基于交直流复合电网的船舶岸电系统以及供电方法

专利主权项内容

1.一种基于交直流复合电网的船舶岸电系统的船舶岸电供电方法，其特征在于，基于交直流复合电网的船舶岸电系统包括岸电管理系统、配电系统、直流母线排、至少一个移动式供电接船单元和至少一个固定式供电接船单元；其中，所述岸电管理系统分别与所述配电系统、所述直流母线排、所述移动式供电接船单元和所述固定式供电接船单元通信连接；所述配电系统与所述直流母线排的一端连接；所述直流母线排的另一端分别与各个所述移动式供电接船单元和各个所述固定式供电接船单元连接；其中，所述配电系统包括若干个配电单元；每个所述配电单元均包括：三相可调变压器、独立的Y形侧可控AC/DC整流器、独立的△形侧可控AC/DC整流器、独立的Y形侧空气断路器、独立的△形侧空气断路器；所述三相可调变压器为Y-Y-△型变压器，其原边为Y形，用于与一个分布在码头区域内的供电设备连接；其副边包括Y形三相绕组和△形三相绕组，所述Y形三相绕组依次通过所述Y形侧可控AC/DC整流器和所述Y形侧空气断路器后，连接到所述直流母线排；所述△形三相绕组依次通过所述△形侧可控AC/DC整流器和所述△形侧空气断路器后，连接到所述直流母线排；此外，所述Y形侧可控AC/DC整流器和所述△形侧可控AC/DC整流器均连接到所述岸电管理系统；其中，所述配电系统还包括绿色能源配电单元；所述绿色能源配电单元包括风力发电系统、光伏发电系统和蓄电池储能系统；所述风力发电系统、所述光伏发电系统和所述蓄电池储能系统并联到所述直流母线排；所述风力发电系统包括风力发电机组、独立的第1可控AC/DC整流器、独立的第1空气断路器以及风力发电控制器；所述风力发电机组和所述第1可控AC/DC整流器串联后，通过所述第1空气断路器连接到所述直流母线排；另外，所述风力发电控制器分别与所述风力发电机组和独立的第1可控AC/DC整流器连接；所述光伏发电系统包括光伏发电组件、第1可控DC/DC斩波器、独立的第2空气断路器以及光伏发电控制器；所述光伏发电组件和所述第1可控DC/DC斩波器串联后，通过所述第2空气断路器连接到所述直流母线排；另外，所述光伏发电控制器分别与所述光伏发电组件和第1可控DC/DC斩波器连接；所述蓄电池储能系统包括蓄电池组、双向可控DC/DC斩波器、独立的第3空气断路器以及储能控制器；所述蓄电池组和所述双向可控DC/DC斩波器串联后，通过所述第3空气断路器连接到所述直流母线排；另外，所述储能控制器分别与所述蓄电池组和双向可控DC/DC斩波器连接；此外，所述风力发电控制器、所述光伏发电控制器以及所述储能控制器均连接到所述岸电管理系统；其中，所述移动式供电接船单元包括至少一个移动式低压供电接船单元、至少一个移动式中压供电接船单元以及至少一个移动式高压供电接船单元；所述移动式低压供电接船单元包括第1低压交流并网变流器DC/AC、第4空气断路器和第5空气断路器；所述第1低压交流并网变流器DC/AC的直流侧通过所述第4空气断路器安装到已预留在直流母线排的DC/AC交流并网变流器接口上，从而实现第1低压交流并网变流器DC/AC的直流侧与直流母线排通电的效果；所述第1低压交流并网变流器DC/AC的交流侧通过所述第5空气断路器与低压船舶的用电接口连接；所述移动式中压供电接船单元包括：第2低压交流并网变流器DC/AC、第1升压变压器、第6空气断路器和第1真空自动断路器；所述第2低压交流并网变流器DC/AC的直流侧通过所述第6空气断路器安装到已预留在直流母线排的DC/AC交流并网变流器接口上；所述第2低压交流并网变流器DC/AC的交流侧依次通过所述第1升压变压器和所述第1真空自动断路器后，与中压船舶的用电接口连接；所述移动式高压供电接船单元包括第3低压交流并网变流器DC/AC、第2升压变压器、第7空气断路器和第2真空自动断路器；所述第3低压交流并网变流器DC/AC的直流侧通过所述第7空气断路器安装到已预留在直流母线排的DC/AC交流并网变流器接口上；所述第3低压交流并网变流器DC/AC的交流侧依次通过所述第2升压变压器和所述第2真空自动断路器后，与高压船舶的用电接口连接；另外，所述第1低压交流并网变流器DC/AC、所述第2低压交流并网变流器DC/AC和所述第3低压交流并网变流器DC/AC均连接到所述岸电管理系统；其中，所述固定式供电接船单元包括交流母线排、若干个交流并网变流器DC/AC以及若干个输电支路；各个所述交流并网变流器DC/AC的直流侧分别通过独立的空气断路器连接到所述直流母线排的输出端；各个所述交流并网变流器DC/AC的交流侧分别通过独立的空气断路器连接到所述交流母线排的输入端；所述交流母线排的输出端并联有若干个输电支路，每个所述输电支路上均安装有一个独立的空气断路器；每个所述输电支路用于连接到一个船舶的用电接口；另外，各个所述交流并网变流器DC/AC和所述交流母线排均连接到所述岸电管理系统；还包括：若干个所述固定式供电接船单元的交流母线排之间通过隔离开关串联；所述交流母线排敷设在码头地下电缆沟的单独走线槽内；所述直流母线排同样敷设在码头地下电缆沟的单独走线槽内；并且，所述直流母线排由若干个通过隔离开关串联的直流母线组成；所述直流母线排每隔设定距离预留有用于与可控AC/DC整流器连接的接口以及用于与交流并网变流器DC/AC连接的接口；一种基于交直流复合电网的船舶岸电供电方法，包括以下步骤：步骤1，当靠泊船舶需要接岸电时，将靠泊船舶的供电接口连接到某种供电支路；岸电管理系统SHS与船舶电站管理系统PMS建立通讯；同时，岸电管理系统SHS分别与配电系统中的可控AC/DC整流器、移动式供电接船单元中的交流并网变流器DC/AC、固定式供电接船单元中的交流并网变流器DC/AC、直流母线排和交流母线排建立通信连接；步骤2，岸电管理系统SHS首先通过与船舶电站管理系统PMS通信，获得待接岸电的船舶类型、船舶电力系统电压等级和所需的供电容量；步骤3，岸电管理系统SHS首先检测到船舶供电接口所连接到的供电支路；并根据所连接到的供电支路的类型，执行相应的操作；其中，所述供电支路的类型包括移动式供电接船单元和固定式供电接船单元；(1)移动式供电接船单元步骤3.1，如果供电支路为移动式供电接船单元，所述岸电管理系统SHS进一步检测到移动式供电接船单元的类型，其中，所述移动式供电接船单元的类型包括移动式低压供电接船单元、移动式中压供电接船单元以及移动式高压供电接船单元；步骤3.2，然后，所述岸电管理系统SHS进一步判断所接入的移动式供电接船单元所提供的电压等级和供电容量能否满足船舶的需求；如果不满足，则发出供电支路更换信息；如果满足，则进一步检测移动式供电接船单元中的交流并网变流器DC/AC的工作状态是否正常，如果异常，则发出对该交流并网变流器DC/AC进行维修的通知消息，并不断检测该交流并网变流器DC/AC的工作状态是否正常；如果正常，则执行步骤3.3；步骤3.3，当检测到该交流并网变流器DC/AC的工作状态正常时，则执行船电与岸电并网操作，即：岸电管理系统SHS对直流母线排的供电状态进行检测，当检测到符合并网操作时，所述岸电管理系统SHS立即向所述交流并网变流器DC/AC发送并网指令；所述交流并网变流器DC/AC在接收到该并网指令时，立即导通自身直流侧的空气断路器以及自身交流侧的空气断路器，将船电负荷自动转移到岸电，使直流母线排向船舶供电；步骤3.4，在直流母线排向船舶供电的过程中，所述岸电管理系统SHS实时对所述交流并网变流器DC/AC的工作状态进行监测，一旦监测到异常信息，发出警示消息；另外，在直流母线排向船舶供电的过程中，还对船舶柴油发电机的负荷进行监控，当船舶柴油发电机减负荷到3-5％时，船舶柴油发电机的自动断路器跳闸脱开，从船舶电网上切除船舶柴油发电机，由岸电为全船供电；(2)固定式供电接船单元步骤4.1，如果供电支路为固定式供电接船单元，即：需要多个交流并网变流器DC/AC并联工作；所述岸电管理系统SHS根据船舶电力系统电压等级和所需的供电容量，计算得到需要并联的交流并网变流器DC/AC的数量，设为m个；步骤4.2，所述岸电管理系统SHS首先选择可接入到交流母线排的m个空闲且工作状态正常的交流并网变流器DC/AC，然后，执行船电与岸电并网操作，即：首先，岸电管理系统SHS对直流母线排的供电状态进行检测，当检测到符合并网操作时，即：船电与岸电满足相序一致、电压、频率和相位在允许的范围内时，岸电管理系统SHS立即向所选择的m个交流并网变流器DC/AC发送并网指令，所述交流并网变流器DC/AC在接收到该并网指令时，立即导通自身直流侧的空气断路器以及自身交流侧的空气断路器；同时，岸电管理系统SHS导通交流母线排输出端的空气断路器，使船电负荷自动转移到岸电，使直流母线排向船舶供电；步骤4.3，在直流母线排向船舶供电的过程中，还对船舶柴油发电机的负荷进行监控，当船舶柴油发电机减负荷到3-5％时，船舶柴油发电机的自动断路器跳闸脱开，从船舶电网上切除船舶柴油发电机，由岸电为全船供电。