一种发电船能量管理系统的制作方法

本实用新型涉及发电船应用领域，具体涉及一种发电船的能量管理系统，特别适用于小型LNG发电船。

背景技术：

船舶到港停泊后需要开启辅机发电为船舶提供日常的电力，辅机燃料大多为质量较差的重油，燃烧后会排放大量的污染物，与“资源节约型，环境友好型”社会相矛盾，所以必须采取措施改变这一现状。船舶停港时接岸电系统来获取电源，是一种污染转移的方式，陆地发电固定集中，易于处理污染排放，但需要港口扩容、改建，对港口内变电站、配电网改动较大、周期长，技术成熟可靠但国外垄断份额多。

相比而言，发电船供电技术，是一种新能源减少排污的方式，对港口几乎没有改动需求，发电船自身建造周期短、使用灵活。

发电船技术，从构造、布置、发配电综合系统来看，这是船舶技术与工业发电技术的综合，如船舶布置，轮机相关系统与传统船舶比较相近，但燃料供给，废料输出又与电厂专业相似。在发配电综合系统方面，如船舶发电、中压配电技术，是船舶的传统技术，高压变电、输送、保护、并网（如有）等方面，又与电厂专业相似。

发电船作为一个移动的电源平台，为优化电能的调度管理，需要有一套能量管理系统。作为船用配电来说，它具有电站管理、电能计量等功能，作为发电来说，它还需要与岸上电网联络，接受陆上电网的调度指令。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于根据现有技术的不足，设计一种适用于多台发电机机组多级并网结构发电船的能量管理系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种发电船能量管理系统，包括顶层能量管理子系统和底层能量管理子系统；所述的顶层能量管理子系统包括通讯模块、功率调度模块、监测和报警模块、人机交互模块；所述的底层能量管理子系统由多个并行的功率管理单元组成，所述的功率管理单元由通讯模块和功率控制模块组成；所述的功率控制模块上连接有机组控制模块和多个电站单元；所述的电站单元由功率补偿器、低压配电板、连接在低压配电板上的升压变压器以及多个发电机组构成，所述的低压配电板上设置有低压母排，所述的低压母排通过低压断路器分别与发电机组和功率补偿器相连接；所述的功率控制模块包括中压配电板和功率控制单元，所述的功率控制单元包括设置在中压配电板上的中压母排和与中压母排相连接的若干个断路器。

所述的一种发电船能量管理系统，其断路器包括中压输入断路器、6kV中压输出断路器和10kV中压输出断路器，所述的升压变压器通过中压输入断路器与中压母排连接。

所述的一种发电船能量管理系统，其多个功率控制模块之间还设置有中压母排母联断路器。

所述的一种发电船能量管理系统，其发电机组由LNG发电机、调速器和励磁调节器组成。

所述的一种发电船能量管理系统，其功率补偿器采用超级电容器作为储能单元。

所述的一种发电船能量管理系统，其升压变压器采用双绕组变压器，升压变压器内部设置有电压切换开关。

本实用新型的有益效果是：

1，本管理系统能够适应小型LNG发电船通过分级母线架构实现低压并网、中压配电的系统结构，功能结构清晰，可以实现全系统自由灵活的运行；

2，本管理系统通过对各发电单元的自控制，可以实现各发电单元的独立运行、独立保护、独立监测，使发电单元实现了模块化，节省了设计和生产成本；

3，本管理系统运行灵活、扩展性强，每一个电站单元都可以独立工作，增加电站单元对于上层功率控制单元的改动较小。

附图说明

图1是本实用新型的系统功能结构图；

图2是本实用新型的电气系统单线图。

各附图标记为：1—发电机组，2—功率补偿器，3—低压断路器，4—低压母排，5—升压变压器，6—电压切换开关，7—电站单元，8—中压输入断路器，9—中压母排，10—6kV中压输出断路器，11—6kV中压对船输出柜，12—10kV中压输出断路器，13—10kV中压对岸输出柜，14—中压母排母联断路器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1、图2所示，本实用新型公开了一种发电船能量管理系统，适用于多台发电机机组多级并网结构发电船，该发电船由多组电站单元组成，每个电站单元包含多套发电机组、低压配电板、升压变压器，多个电站单元通过中压配电板联合对外供电，本能量管理系统采用分层控制结构，包括顶层能量管理子系统和底层能量管理子系统；顶层能量管理子系统控制功率管理单元，并对全船电站的运行状态进行总体控制和全面监测，在发电船对岸供电时，顶层能量管理子系统还负责与岸电和受电船联络，接收调度指令和发送本船电站状态，顶层能量管理子系统根据岸电调度指令对功率进行分配并指定给各个电站的功率管理单元，同时控制中压开关变更中压母线的接线方式，控制中压母排以及连接到中压母排上的设备，如中压断路器、输出开关柜等。

所述的顶层能量管理子系统包括：

通讯模块，负责本船电气系统与受电船或岸电系统的联络通讯，通过光纤与受电船或岸电系统进行联络通讯；

功率调度模块，接受岸电的调度指令并返回本站的状态，根据岸电调度指令对功率进行分配并指定给各个电站的功率管理单元，同时控制中压开关变更中压母线的接线方式，对全船功率进行分配并指定给各个电站的功率管理单元；

监测和报警模块，收集全船设备的运行状态信息，对异常状态和故障进行报警，完成全船设备和电气系统的监测和报警；

以及人机交互模块，提供人机交互接口进行控制、监测和管理，操作人员可以通过该接口进行全船电气系统的控制、监测和管理；

所述的底层能量管理子系统由多个独立并行的功率管理单元组成，负责电站单元的功率管理，控制本电站单元输出电压频率和幅值，功率管理单元具备独立工作能力，所述的功率管理单元包括

通讯模块，接受顶层能量管理子系统的电压、频率、有功、无功指令并反馈本单元内各个设备的工作状态以及报警信息；

功率控制模块，收集本子系统内变压器、低压开关、发电机组等设备的运行状态，控制变压器和开关的工作模式，通过机组控制模块控制机组的运行；

所述的功率控制模块上连接有机组控制模块和多个电站单元7；

机组控制模块主要由PPU(Parallelingand Protection Unit，并车与保护单元)、机组调速器和励磁调节器构成，能够控制本台机组的发电频率、电压、有功功率和无功功率。

所述的电站单元7由功率补偿器2、低压配电板、连接在低压配电板上的升压变压器5以及多个发电机组1构成，功率补偿器2使用超级电容器作为储能单元，长期在网，在不需要功率补偿时充电，同时发出无功补偿系统功率因数，在负载突然增加，超出LNG发电机组响应速度调节范围时输出有功，补偿这部分功率，功率补偿器的容量按同组机组功率响应曲线计算，所述的低压配电板上设置有低压母排4，所述的低压母排4通过低压断路器3分别与发电机组1和功率补偿器2相连接，系统兼容50Hz和60Hz运行频率，可以输出多种电制。电气系统采用发电机机组单元布置，分级母线架构，低压配电板包括三屏发电机屏，一屏功率补偿器屏、一屏变压器和控制屏。集成低压系统保护功能。能够工作在630V/50Hz和690V/60Hz电制下；升压变压器采用双绕组变压器，升压变压器将低压630V（690V）升压到6kV（6.6kV）和升压到10kV（11kV），两者由抽头和内置切换开关完成不带电情况下的选择切换。变压器通过特殊电磁设计能够兼容50Hz和60Hz频率；所述的功率控制模块包括中压配电板和功率控制单元，所述的中压配电板可以兼容6kV/50Hz、10kV/50Hz、6.6kV/60Hz和11kV/60Hz电制，并备有兼容性保护装置，所述的功率控制单元包括设置在中压配电板上的中压母排9和与中压母排9相连接的若干个断路器；所述的断路器包括中压输入断路器8、6kV中压输出断路器10和10kV中压输出断路器12，所述的升压变压器5通过中压输入断路器8与中压母排9连接，所述的对船输出接口通过6kV中压输出断路器10与中压母排9连接，所述的对岸输出接口通过10kV中压输出断路器12与中压母排9连接。

本能量管理系统包括有若干个输出接口，包括对船输出接口和对岸输出接口，不同电压等级的输出接口有明显区分，对船输出接口或对岸输出接口分别对应电压等级不同的接口柜，与6kV中压输出断路器10相对应的对船输出接口连接6kV中压对船输出柜11，与10kV中压输出断路器12相对应的对岸输出接口连接10kV中压对岸输出柜13。

本能量管理系统采用低压并网、高压配电的架构，多个功率控制模块之间还设置有中压母排母联断路器14，所述的发电机组1包括LNG发电机、调速器和励磁调节器，所述的功率补偿器2采用超级电容器作为储能单元，所述的升压变压器5采用双绕组变压器，升压变压器5内部设置有电压切换开关6。发电机组1连低压配电板，经升压变压器5到中压配电板后连接负荷，数个电站单元7连接到中压母排上经中压接口对外供电，连接到中压母排上的电站单元7受上层功率管理系统统一调配。低压变频的发电机组1、功率补偿器2，低压配电板、升压变压器5构成一个功能独立的发电单元，该发电单元具有独立的功率管理系统和综合保护系统，其结构和功能如图2。

其优点在于：能适应LNG发电机组小容量、功率响应慢的特性，能提供6kV/50Hz、10kV/50Hz、6.6kV/60Hz和11kV/60Hz四种电制，运行灵活，扩展性强。所述的发电机组1包括LNG发电机、调速器和励磁调节器，采用LNG发电机组的变频发电技术，兼容50Hz和60Hz的电制，电机组为LNG发电机组，能够调压调频，输出630V/50Hz和690V/60Hz两种频率和对应幅值的电压,采用功率补偿器来改善电站的功率响应速度以提高供电质量。

所述的配电板包括断路器和母排，能够兼容50Hz和60Hz的工作频率；采用低压并网，高压配电的架构，发电机连低压配电板，经升压变压器到中压配电板后连接负荷；利用升压变压器将630V/50Hz和690V/60Hz电制变为6kV/50Hz、10kV/50Hz、6.6kV/60Hz和11kV/60Hz电制，中间利用切换开关切换副边输出电压；另外，升压变压器5采用双绕组Dy接法，起到隔离变压器的作用，所述的升压变压器5将低压630V（690V）升压到6kV（6.6kV）和升压到10kV（11kV），两者由抽头和内置电压切换开关6完成不带电情况下的选择切换，升压变压器5通过特殊电磁设计能够兼容50Hz和60Hz频率。

本实用新型利用升压变压器5将630V/50Hz和690V/60Hz电制变为6kV/50Hz、10kV/50Hz、6.6kV/60Hz和11kV/60Hz电制，中间利用电压切换开关6切换副边输出电压。本电气系统有对船和对岸供电的高压接口，对船和对岸分别为电压等级不同的接口柜，不同电压等级的接口有明显区分，低压变频发电机组，功率补偿器，频率电压兼容的低压配电板、频率兼容可调压的升压变压器、频率电压兼容中压配电板、输出接口；低压变频发电机组以LNG发动机作为原动机，减少污染物排放。发电机组配备特殊的调速器和励磁调节器，能够使发电机发出的电制在630V/50Hz和690V/60Hz之间切换，另外，发电机组保护系统需根据发电机运行模式调整保护参数。

顶层能量管理子系统的功能和权限：a)对外接受岸电调度指令。接受岸上功率需求指令，并返还本地电站的功率输出能力和裕量；b)向下级功率管理单元发出功率需求指令，接受下级功率管理系统电站的状态信息；c)直接控制输出柜断路器、主变压器断路器及高压母线母联断路器的开关；d)辅助对岸电供电时与岸电并网；e)全船电力系统监测和报警。

功率管理单元负责本电站单元的功率管理，接受顶层能量管理单元的电压、频率、有功、无功指令，控制本地电站中的低压开关、变压器、机组调速器和励磁调节器完成指令操作，并向上层控制器反馈本地电站的状态数据。

功率管理单元的功能和权限：a)功率管理单元相当于本电站单元的能量管理系统(PMS)；b)接受顶层能量管理子系统的功率指令，根据功率需求评估启动机组数自动组网，并控制开关在低压母线完成组网；c)可以实现多台机组集体在中压母线并网；d)控制功率补偿器的工作；e)保证本电站单元母线上的电能质量。

该功率管理系统在结构上与船用功率管理系统类似，能够接受上层功率控制单元的电压幅值、电压频率、输出有功、输出无功等指令，并调用每台发电机组PPU模块、功率补偿器控制单元和变压器控制单元来综合完成这些指令，多个电站单元7通过中压输入断路器8与中压配电板连接，所述的中压配电板包含N屏发电屏、一屏母联和控制屏、四屏6kV输出屏、两屏10kV，中压配电板和功率控制单元组成功率单元，功率单元负责中压配电网的组网，并具备中压母排的选择性保护能力，直接受顶层能量管理子系统控制。

顶层能量管理子系统负责与岸电系统联络，接受岸上功率需求指令，并返还本地电站的功率输出能力和裕量；向下级功率管理单元发出功率需求指令，接受下级功率管理系统电站的状态信息；直接控制中压输入断路器8、6kV中压输出断路器10、10kV中压输出断路器12和中压母排母联断路器14的开关；辅助对岸电供电时与岸电并网；全船电力系统监测与功率计量。

该系统能够工作于手动模式、半自动模式和全自动模式。

半自动模式中可以认为设定系统接线方式、各段母线工作电压、频率和各机组的功率输出。手动模式允许用户直接控制机组控制器。全自动模式由该系统自动选择接线方式和工作电压进行功率的输出。

本系统优点如下：

1、本管理系统能适应LNG发电机组小容量、功率响应慢的特性，通过分级母线架构，实现机组低压并网、中压配电，适应发电机组容量；通过功率补偿器，弥补LNG发电机组功率响应慢的缺点。

2、本管理系统兼容50Hz和60Hz运行频率，能提供6kV/50Hz、10kV/50Hz、6.6kV/60Hz和11kV/60Hz四种电制，利用兼容性的设计和设备选型，使各关键设备能够在不同电制下复用，简化系统结构，节省成本。

3、本管理系统运行灵活、扩展性强，每一个电站单元都可以独立工作，增加电站单元对于上层功率控制单元的改动较小。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。