专利名称：用于向船舶进行电力传送的系统、设备和方法
技术领域：
本发明涉及对船只特别是对港口中停泊的船只的电力供应。
背景技术：
现代船支可以设计成类似于浮动发电站。这些船支可以使用在船上生成的电力而为宽范围应用供电。照明、加热、冷却、通风、泵浦、导航系统和与货物有关的活动是这些应用的实例。许多大游轮通常使用柴油电力推进系统。这其中一个原因是容易部署，特别是在停靠码头期间。一个实例是借助耦合到主发电机的若干柴油机提供推进，所述若干柴油机驱动使船支上的螺旋桨运行的电动机。用于推进的相同的发电机也可以用于在船舶上生成辅助电力以用于照明、制冷等。在海上，可以由与一个或多个电力推进引擎耦合的主发电机和用于生成辅助电力的辅助发电机组合，来提供在船上发电。在泊位处，主发动机可能被关闭并且辅助发电机控制所有在船上发电。为了能够也关闭辅助发电机，在停泊于码头时需要外部电源。对于现代游轮，在海上时所需的电力会高达18MW。为了能够应对这种范围的电力， 在船上使用例如6-llkV的高电压。当船舶停靠在泊位时，不需要产生相同量的电力来驱动推进电动机，因此大部分主发电机关闭并且仅仅几个发电机被用于满足所需的电力，例如用于对酒店设备供电。岸边电源已经被使用以为渡船供电。由于许多渡船总是停靠在同一码头的同一位置，因此容易提供合适的连接。目前，某些其它类型的商业船支，比如游轮、集装箱船舶和滚装(滚动装载/滚动卸载)船舶，连接到世界各地港口中的电网。滚装船舶和集装箱船舶的典型电力要求是高电压，比如6. 6kV和7. 5MVA的电力。 游轮也会要求高电压，例如6. 6kV或llkV，这取决于船支的电力需求。在2000年，在哥德堡港口建造了用于船舶供电的高电压船支连接。向船支的电力供应的问题在于，不同国家使用不同频率的交流电力传输，例如在美国是60Hz而在欧洲各国是50Hz。每个船支通常使用或者50Hz或者60Hz系统用于它们的设备。因此，当电力从港口供应时，这造成了港口和船支的频率不同的问题。频率转换器于是可以用于将频率从港口的电网频率转换到船支的频率。然而，需要以高效率完成频率转换，从而降低成本并提高可靠性。
发明内容
由于对于船支而言不存在标准电压水平，因此如果在码头的每个泊位的连接盒可以供应不同电压水平的、对于讨论中的抵达船舶单独可选择的电力，则所述连接盒将是合适的。根据本发明的第一方面，提出了一种用于将来自主电网的电力适配到多个船支的系统，其包括电网连接装置，其具有用于连接到主电网的输入端、频率转换器、连接到该输入端的第一输出端以及第二输出端，其中该第二输出端经由频率转换器连接到该输入端， 使得当该系统连接到主电网时，分别在第一输出端提供在第一频率的电力以及在第二输出端提供在第二频率的电力；用于向相应船支传送电力的多个船支连接装置，每个船支连接装置连接到从电网连接装置向相应一个所述船支连接装置延伸的馈电线，其中每个船支连接装置布置在相应码头泊位；以及开关装置，其用于将每条馈电线选择性连接到第一输出端或第二输出端。第一输出端和第二输出端可分别包含第一和第二母线。该系统可包含用于控制开关装置的控制器。该控制器可包括用于接收抵达一个所述码头泊位的船支的电力要求。该电力要求可包含工作频率，并且控制器可适于控制开关装置，以使得在工作频率的电力被供应到位于相应码头泊位的船支连接装置。该电力要求可包含电压水平并且控制器适于控制船支连接装置从而向船支供应在电力要求的电压水平的电力。每个船支连接装置可以包括变压器。至少一个变压器可以设有位于两个不同电压水平的两个输出端，并且每个船支连接装置可进一步包括用于将每个船支选择性连接到相应变压器的第一输出端或第二输出端的第二开关装置。此外，多个实施例提供了为讨论中的船支选择合适电压水平的装置。对于每个码头泊位可以独立地选择频率和电压水平这二者，使得相应船支可以被供应适当的电力。依照本发明，用于利用匹配开关设备进行频率转换的中央放置设施可以连接到倍频输出端。频率转换器或者若干并联连接的频率转换器(取决于特定港口的电力需求)经由降压和升压变压器耦合到所述输出端之一。为了能够同时连接在不同泊位的50Hz以及 60Hz船舶，集成了附加输出端，该附加输出端经由变压器直接连接到国家电网。在那种情况下，有一个输出端提供50Hz且第二输出端提供60Hz。从中央放置设施连接的每个泊位经由断路器和转换开关被馈电。转换开关使得有可能在该特定场景下选择哪个输出端应连接到该泊位。这种配置的优点在于，频率转换器仅仅用于需要其的场合，以将例如50Hz转换为 60Hz。例如，在电网频率为50Hz的港口，该装置不负担50Hz船舶，其中所述转换器可以被旁路，从而致使该设施中更高的效率。在中央放置频率转换器处可以利用总安装频率转换器的容量，而不是在每个泊位具有单独的频率转换器，在该情形中当具有更少量电力需求的船舶被连接时，不可能利用频率转换器的过剩容量。此外，使用中央放置频率转换器允许更灵活地适配频率转换的容量从而与需求对应。到每个泊位的合适的电力输出将介于 5-10MVA之间，例如对于集装箱船舶和滚装船舶为7. 5MVA。利用中央放置频率转换器，有可能将频率转换器大小设定到终端处的集体实际电力需求。在每个泊位处的变压器和其它连接设备可以根据比如7. 5MVA的规定电力而设定大小。在每个泊位处的设备本身应当不造成瓶颈，因此当电力需求随着新的且更大的船舶而增大时，有可能附加地并联连接多个频率转换器。优点在于，本发明的系统布局在每个泊位需要较小的空间。设备的主部是中央放置的，并且可以置为远离各终端，在各终端处具有更多的可用空间。在每个泊位不需要频率转换器。
现在参考附图通过实例的方式描述本发明，附图中图1为示出根据本发明实施例的系统的示意图，以及图2为示出使用本发明实施例的方法的流程图。
具体实施例方式现在参考附图在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的某些实施例。然而，本发明可以以许多不同形式实施且不应解读为限制于此处给出的实施例；相反， 这些实施例通过实例方式被提供，使得此公开内容将是彻底且完整的，并且将向本领域技术人员全面地传达本发明的范围。相同数字在说明书中总是指代相同元件。各实施例包括电网连接1，该电网连接合适用于从国家主输电网进行供电，向船舶提供例如50Hz和60Hz的两种频率的电力输出。船支连接装置14a-14e被提供用于在码头的合适泊位19a_19e的船支，其中每个船支连接装置能够从任一电力输出提供供电，即具有50Hz供电系统的船支连接到50Hz输出端，而使用60Hz的电气系统的船支将连接到60Hz 输出端。图1示出一实施例，其中来自主输电网的具有第一交流频率的电力被转换成第二频率并且在第一和第二频率的电力被输出到相应第一和第二输出端，所述输出端可以是母线。提供开关从而将选定一个的输出端，即在选定频率的电源，连接到所述船支连接装置 14a_14e其中之一。每个船支连接装置14a_14e可以独立地连接到任何一个所述输出端。 因此，每个船支可以选择在兼容频率处的电源。电网连接装置包括连接点1，该连接点为电连接到主交流电力电网的输入端。在第一频率和主电网电压水平(通常为高电压)从电网供应电力。在所示出的装置2中提供该输入端，该输入端具有两个并联的电力支路3、4，从而用于将电力传送和适配到其两个输出端5、6。两个输出端5、6可以是两条母线。第一支路3提供在第一频率的电力，即主电网的频率，例如50Hz。第一支路3适当地设有变压器7，用于提供合适的输出电压水平，例如在中压或高压。第二支路4包含频率转换装置8，例如两个并联的频率转换器8a-8b，从而提供在第二频率的输出，该第二频率不同于第一频率，例如为60Hz。可以根据需要添加与频率转换器8a-8b并联的附加频率转换器或较少频率转换器，从而提供增加的(或减小的)容量和/或冗余。在一个实施例中，每个转换器8a-8b包括按背靠背方式连接的整流器和逆变器。在一个实施例中，直流桥接被连接在直流母线上。这允许单独逆变器和整流器的更灵活结构。在一个实施例中，相对于期望的无功功率，整流器被控制以补偿该系统中的变压器或者实现与电网有关的期望无功功率。第二支路4在第二支路4的输入端处可选地设有第一变压器10，用于提供适于频率转换器装置8的电压水平。第二支路在第二支路的输出端处也可选地设有第二变压器 11，用于提供合适的输出电压水平。在一个实施例中，第一和第二支路3、4可以可选择地连接到输出端5、6中任何一个。以此方式，当例如在任一泊位19a_19e不需要一个频率时，与该频率关联的输出端可供维护。在一个实施例中，提供了三个输出端，其中任何一个频率可以被提供到所述三个输出端中的每个，从而提供了甚至更大的例如用于维护的灵活性。从电网连接装置汲取的电压水平需要被转换到适于传送到在码头泊位的船支连接的电压，也考虑到提供合适的输入水平给在码头泊位的变压器。最后，选择电压水平从而适合船支上的电力系统。因此，电网连接装置提供两个输出在第一频率的第一电力输出和在第二频率的第二电力输出。电网连接装置在相应输出端5、6提供这些输出。开关12a_12e被提供用于将每个船支连接装置14a_14e选择性连接到所述输出端。在一个实施例中，对于在码头的每个泊位19a_19e，存在两个开关，每个输出端一个开关，所述开关用于选择从哪个输出端汲取电力。因此，这些开关可以将选定的一个所述输出端连接到馈电线13a_13e，所述馈电线13a_13e从电网连接装置2向相应泊位19a_19e延伸。一次只有一个输出端连接到每条输电线，从而避免所述输出端之间的短路。因此，每个码头泊位19a_19e可以选择性地连接到所述输出端5、6中任意一个。用于每个泊位19a_19e 的这两个开关提供了到泊位的互相独立的连接。输出端5、6被适当地安装在实际港口配置所允许的靠近泊位的位置，从而减小输电线13a_13e的长度。每个码头泊位19a_19e可选地设有变压器站，其包含变压器15a_15e并且接地。变压器提供可选的电压转换以及在每个船支与该系统、电网和其它船支之间的电流隔离。为了提供不同的电压水平，变压器可以可选地是提供在两个不同电压水平的两个输出端的变压器。可替换地，三角形连接和Y形连接可以用于提供当从三角形换到Y形时的电压水平偏移。在一个实施例中，向船舶供应的电压是在10. 5kV和6. 6kV之间可选择的。所提出的系统可选地使用置于变电站中(在连接到公用电网的点处)的变压器以将电压水平适配到用于在港口中配电的合适水平。这也可以是与船舶将被连接到的电压水平相同的电压水平。变压器连接到变电站中的母线系统，即电网频率母线。背靠背转换器置于变电站中(在连接到公用电网的点处)以用于频率转换，例如从50Hz转换到60Hz，或者从60Hz转换到50Hz。转换器连接到变电站中的第二母线系统。提供到港口中的码头的引出馈电线13a_13e(每个连接点一条线缆)。对于每个引出馈电线13a_13e，提供一开关装置，例如具有联锁以将每条馈电线连接到50Hz或60Hz母线系统的一组两个开关。示出了在每个船支连接点的连接盒，该连接盒可包含开关。该系统还包含收集关于开关状态的信息的控制系统16或控制器。控制系统16还收集关于在每个码头泊位的船支所需要的电源电压的频率和幅值的信息。控制系统16适于自动执行必要的切换动作以使得能够连接和断开船支，从而提供在适当频率的适当电压水平。控制系统包括用于接收抵达一个所述码头泊位的船支的电力要求的装置17。该装置可以例如为输入输出接口或者无线电接收器等。现在此处在下文给出可以如何使用该系统的实例。进港口的船舶联系港口，并且被指派在码头的一个泊位。该泊位设有用于电源的连接器；该连接器最初与电源断开。在船支停泊之后，将船支的相应连接构件连接到泊位的连接构件。电力的频率被选择，例如50 或60Hz，从而对应于在进港口的船舶上使用的频率。开关连接在具有所选择的频率的输出端与到该泊位的馈电线之间。如果该功能是可用的，则选择与进港口的船舶兼容的电压。监测和控制功能可以合适地集成在控制系统中，使得利用来自变电站或其它中央位置的中央控制，针对每个船舶使用正确电压和频率。因此，控制系统可以被适配从而提供为每个船支以灵活方式选择电源所期望的频率和电压的可能性，而在码头处不存在除了连接盒以外的附加设备。馈电线的尺寸被合适地设定以得到可以在该系统中使用的频率和电压范围中的最大电流和最大电压。至少一个，或者部分但不是全部的尺寸被设置以得到最大要求。在一个实施例中，系统中泊位越大，越有可能需要更高的电力输出，因为更大的船舶能够停泊在这些泊位，藉此仅仅对应于更大泊位的设备的尺寸被设定以得到最大船舶电力。在本发明的实施例中，故障电流限制器被用于处理当连接到公用电网操作时增大的短路电力。故障电流限制器也可以安置在变电站。可替换方案是适当地选择变压器的阻抗。控制系统合适地与船舶上的控制系统配合，以用于控制船舶的配电系统上的发电机的同步和连接。此外，输入电力的相位可以匹配到船舶的电气系统。注意，当电网频率为50Hz时以及当电网频率为60Hz时，上述系统同样可应用于 50Hz和60Hz的电源频率。图2为示出使用本发明实施例的方法的流程图。这里，详细情况在步骤30-51中示出。特别地可以注意到，在步骤47中如何通过在船支发电机(多个)调整关于电压和速度的设置来发生同步。注意，尽管上面公开的实施例提到用于停靠码头的5个泊位，本发明可应用于任何合适数量的泊位。现在，此处在下文给出一组编号的各项，其对应于本发明的各实施例。i. 一种用于从主电网向停泊在相应泊位的多个船支供应电力的系统，该系统包括连接点，其用于连接到在第一频率供应电力的电网，频率转换器装置，其用于将在第一频率的来自电网的电力转换到在第二频率的电力，第一连接器，其布置成提供在第一频率的来自电网的电力，第二连接器，其布置成提供来自频率转换器装置的在第二频率的电力，多个开关，每个开关配置成从所述两个连接器的任何一个向相应泊位供应电力，该系统进一步包括连接到相应开关的多个船支连接装置，每个船支连接装置适于连接到船支的电气系统。ii.根据项i所述的系统，其中第一和第二连接器包括相应母线。iii.根据项i所述的系统，进一步包括将每个船支连接装置连接到相应开关的多条馈电线。iv.根据项i至iii任意一项所述的系统，进一步包括多个变压器，其中每个变压器布置在相应一个所述开关和相应船支连接装置之间。v.根据项iv所述的系统，其中每个变压器包括分别在第一电压水平和在第二电压水平的两个输出端。vi.根据前述各项中任意一项所述的系统，其中频率转换器装置包括并联连接的多个频率转换器。
vii.根据前述各项任意一项的系统，其中该转换器装置是可控制的以实现与所述主电网有关的期望无功功率。viii. 一种用于向多个船支供应电力的变电站，该变电站包括连接点，其用于连接到在第一频率供应电力的主电网，主频率转换器，其用于将来自该电网的在第一频率的电力转换为在第二频率的电力，第一连接器，其布置成提供在第一频率的来自主电网的电力，第二连接器，其布置成提供来自主频率转换器的在第二频率的电力，多个开关，每个开关配置成从所述两个连接器的任何一个供应电力以用于向相应泊位进一步配电。ix.根据项viii所述的变电站，其中第一和第二连接器包括相应母线。χ.根据项viii或ix所述的变电站，进一步包括布置成控制多个开关的控制器。xi.根据项χ所述的变电站，其中该控制器布置成监测开关的状态。xii.根据项χ或Xi所述的变电站，其中该控制器布置成接收包括相应泊位的电力要求的输入数据。xiii.根据项xii所述的变电站，其中该控制器布置成接收包括频率信息的输入数据。xiv.根据项xiii所述的变电站，其中该控制器布置成依照频率信息控制与该数据关联的泊位的开关。XV.根据项Xii或Xiv任意一项所述的变电站，其中该控制器布置成接收包括电压信息的输入数据。xvi.根据项xiv所述的变电站，其中该控制器布置成依照电压信息控制与该数据关联的泊位的电压。xvii.根据项viii至xvi中任意一项所述的变电站，其中频率转换器相对于期望的无功功率被控制，从而补偿该系统中的变压器或者实现与该电网有关的期望无功功率。xviii. 一种用于向停泊在相应泊位的多个船支供应电力的方法，该方法包括下述步骤从在第一频率供应电力的主电网向第一连接器馈送电力，将在第一频率的来自该电网的电力转换为在第二频率的电力，以及向第二连接器馈送经转换的电力，将对应于电源的多个开关其中之一连接到第一和第二连接器中频率匹配于船支的频率的连接器。xix. 一种用于将来自主电网的电力适配到多个船支的系统，其包括电网连接装置，其具有用于连接到主电网的输入端，并且进一步包括频率转换器连接到输入端的第一输出端，以及第二输出端该第二输出端经由频率转换器连接到该输入端，使得当连接到主电网时，分别在第一输出端提供在第一频率的电力以及在第二输出端提供在第二频率的电力，
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用于向相应船支传送电力的多个船支连接装置，每个船支连接装置包括从电网连接装置向多个码头泊位的相应一个延伸的馈电线，并且布置在相应码头泊位，以及开关装置，其用于将每条馈电线选择性地连接到第一或第二输出端。XX.根据项xix所述的系统，其中第一和第二输出端分别包含第一和第二母线。xxi.根据项xix至XX任意一项所述的系统，包含用于控制开关装置的控制器。xxii.根据项xxi所述的系统，其中该控制器包括用于接收抵达一个所述码头泊位的船支的电力要求的装置。xxiii.根据项xxii所述的系统，其中电力要求包含工作频率，并且控制器适于控制开关装置，使得将在船支频率的电力供应到在相应码头泊位的船支连接装置。xxiv.根据项xxii所述的系统，其中电力要求包含电压水平，并且控制器适于控制船支连接装置从而在船支的要求的电压水平供应电力。XXV.根据项xix至xxiv任意一项所述的系统，其中每个船支连接装置包括变压
Oxxvi.根据项XXV所述的系统，其中至少一个变压器设有位于两个不同电压水平的两个输出端。xxvii. 一种用于适配从主电网到多个船支的电力的系统，该适配系统包括电网连接装置，其包括电力输入侧，其连接到主电网并且适于在第一电压和第一频率的电气交流电力，电力输出侧，其包括第一和第二输出母线，频率转换器，其布置成将在第一频率的电力转换为第二频率，该频率转换器布置在输入侧和第二输出母线之间，该电网连接装置适于在第一输出母线输出在第一频率的电力，以及在第二输出母线输出在第二频率的电力，分配装置，其包括多条馈电线，每条馈电线从电网连接装置向相应一个所述码头泊位延伸，以及开关装置，其用于将第一和第二输出母线选择性地连接到每一条所述馈电线，以及多个船支连接装置，其用于向相应船支传送电力，每个船支连接装置连接到每条馈电线并且布置在每个码头泊位。XXViii.根据项XXVii所述的系统，其中该船支连接装置包括变压器。xxix.根据项xxviii所述的系统，其中每个变压器具有在两个电压水平的输出端。参考一些实施例在上文总体上描述了本发明。然而，如本领域技术人员所容易理解，在如所附专利权利要求书定义的本发明范围之内，上文公开实施例以外的实施例同样是有可能的。
权利要求
1.一种用于将来自主电网的电力适配到多个船支的系统(20)，包括电网连接装置，其具有用于连接到所述主电网的输入端(1)、频率转换器(8)、连接到所述输入端⑴的第一输出端(6)以及第二输出端(5)，其中所述第二输出端(5)经由所述频率转换器(8)连接到所述输入端(1)，使得当该系统连接到主电网时，分别在所述第一输出端(6)提供在第一频率的电力以及在所述第二输出端(5)提供在第二频率的电力，用于向相应船支传送电力的多个船支连接装置(14a-14e)，每个船支连接装置 (14a-14e)连接到从电网连接装置(2)向相应一个所述船支连接装置(14a-14e)延伸的馈电线(13a-13e)，其中每个船支连接装置布置在相应码头泊位，以及开关装置(12a-12e)，其用于将每条馈电线(13a-13e)选择性地连接到所述第一输出端(6)或所述第二输出端(5)。
2.根据权利要求1所述的系统(20)，其中所述第一输出端(6)和所述第二输出端(5) 分别包含第一和第二母线。
3.根据权利要求1至2中任意一项所述的系统(20)，包含用于控制所述开关装置 (12a-12e)的控制器(16)。
4.根据权利要求3所述的系统(20)，其中所述控制器(16)包括用于接收抵达一个所述码头泊位的船支的电力要求的装置(17)。
5.根据权利要求4所述的系统(20)，其中所述电力要求包含工作频率，并且所述控制器(16)适于控制所述开关装置(12a-12e)，使得将在工作频率的电力供应到在相应码头泊位的所述船支连接装置(14a-14e)。
6.根据权利要求4所述的系统(20)，其中所述电力要求包含电压水平，并且所述控制器(16)适于控制所述船支连接装置从而在电力要求的电压水平向所述船只供应电力。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的系统(20)，其中每个船支连接装置 (14a-14e)包括变压器(15a_15e)。
8.根据权利要求7所述的系统(20)，其中至少一个所述变压器(15a-15e)设有位于两个不同电压水平的两个输出端，并且每个船支连接装置进一步包括用于将每个船支选择性连接到相应变压器(15a-15e)的第一输出端或第二输出端的第二开关装置(19a-19e)。
全文摘要
提出了一种用于从主电网向停泊在码头的相应泊位的多个船支供应电力的系统。该系统包括连接点，其用于连接到在第一频率供应电力的电网；频率转换器装置，其用于将在第一频率的来自电网的电力转换到在第二频率的电力；第一连接器，其布置成提供在第一频率的来自该电网的电力；第二连接器，其布置成提供来自频率转换器装置的在第二频率的电力；多个开关，每个开关配置成从所述两个连接器的任何一个向相应泊位供应电力，该系统进一步包括连接到相应开关的多个船支连接装置，每个船支连接装置适配为连接到船支的电气系统。还提出了相应的装置和方法。
文档编号B63J3/04GK102246377SQ200980150122
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月11日 优先权日2008年12月12日
发明者A·桑尼诺, G·德梅特里亚德斯, L·乎尔特维斯特, O·约森 申请人:Abb研究有限公司