一种高性能船舶中压直流综合电力系统拓扑结构

本发明涉及船舶电力系统，特别是涉及一种高性能船舶中压直流综合电力系统拓扑结构。

背景技术：

1、随着电力电子技术、新能源技术、现代控制技术、新型材料技术和其他先进领域技术的发展，船舶作为海上的孤立系统，在追求大型化、智能化、多功能化方向发展的同时，也追求着更高的能源利用效率、更好操作灵活性，与船舶交流综合电力系统相比，船舶中压直流综合电力系统具有更高的运行灵活性和可靠性。

2、但现有的船舶中压直流综合电力系统标准模型存在以下两个问题：第一、现有的船舶中压直流综合电力系统标准模型使用了较多的二端口直流断路器(dc circuitbreaker,dccb)，由于一个二端口直流断路器只能阻断通过一条直流线路的故障电流，因此中压直流(mvdc)线路上需要安装34个二端口直流断路器(不含低压侧直流配电区域)；与交流断路器不同，二端口直流断路器体积大且成本高，大量使用二端口直流断路器的情况导致船舶空间更加拥挤、造价更高、运行损耗更高、运行成本更高和设备维护更复杂等；第二、与交流系统不同，船舶中压直流综合电力系统故障电流不存在电流过零点，灭弧困难，船舶直流电网发生短路故障时，系统短路电流上升率一般可达20ka/ms，电流上升速度快且峰值高，故障5ms后短路电流后将超过100ka，直流断路器的故障电流分断压力很大，船舶中压直流综合电力系统中有大量igbt、二极管等脆弱性的电力电子器件，如果不迅速采取措施抑制故障电流，设备将被损毁，甚至导致船舶电力系统瘫痪，但是现有的船舶中压直流综合电力系统标准模型没有考虑故障电流抑制问题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高性能船舶中压直流综合电力系统拓扑结构，用于解决现有技术中大量使用二端口直流断路器的情况导致船舶空间更加拥挤和没有考虑故障电流抑制的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种高性能船舶中压直流综合电力系统拓扑结构，包括左舷母线和右舷母线，所述左舷母线和右舷母线构成环状电力网，所述左舷母线和右舷母线沿着该长度方向从左到右依次设有第一发电模块、电力推进模块和第二发电模块，所述第一发电模块、电力推进模块和第二发电模块均通过多端直流断路器与所述环状电力网连接，每个所述多端直流断路器的两端均串联有故障限流器，所述右舷母线上还设有脉冲负载模块，所述脉冲负载模块通过与第二发电模块连接的多端直流断路器与所述环状电力网连接。

4、于本发明的一实施例中，所述第一发电模块和第二发电模块均包括原动机、交流发电机和整流器，所述整流器通过多端直流断路器与所述环状电力网连接。

5、于本发明的一实施例中，所述电力推进模块包括推进电机和推进逆变器，所述推进电机与推进逆变器连接，所述推进逆变器通过多端直流断路器与所述环状电力网连接。

6、于本发明的一实施例中，所述脉冲负载模块包括脉冲负载、脉冲充电电路和第一变换器，所述脉冲充电电路分别与脉冲负载和第一变换器连接，所述第一变换器通过多端直流断路器与所述环状电力网连接。

7、于本发明的一实施例中，所述左舷母线和右舷母线的首端通过多端直流断路器相连，所述左舷母线和右舷母线的尾部通过船首横跨船体开关相连。

8、于本发明的一实施例中，所述左舷母线和右舷母线的首端连接处上的多端直流断路器连接有雷达模块和储能模块，所述雷达负载模块包括雷达负载和第二变换器，所述雷达负载与第二变换器连接，所述储能模块包括储能单元和第三变换器，所述储能单元与第三变换器连接，所述第二变换器和第三变换器通过多端直流断路器与所述环状电力网连接。

9、于本发明的一实施例中，所述环状电力网内沿着左舷母线和右舷母线长度方向从右到左依次设有区域1、区域2、区域3、区域4和区域5，所述区域1、区域2、区域3和区域4也通过多端直流断路器与所述环状电力网连接，所述区域1和区域5为域内配电，所述区域2、区域3和区域4为负载中心。

10、如上所述，本发明的一种高性能船舶中压直流综合电力系统拓扑结构，具有以下有益效果：本发明利用多端(≥3端)直流断路器替代原有的多个二端口直流断路器所在母线的节点，减少了直流断路器的数量，同时在中压直流母线的上安装故障限流器，以减小故障电流的上升率，增强系统故障电流抑制能力，降低直流断路器的分断压力，所以本发明在多端直流断路器和故障限流器的作用下形成一种兼顾成本、可靠性、且电流抑制能力强、占地空间小的新型高性能船舶中压直流综合电力系统拓扑结构。

技术特征：

1.一种高性能船舶中压直流综合电力系统拓扑结构，包括左舷母线和右舷母线，所述左舷母线和右舷母线构成环状电力网，其特征在于：所述左舷母线和右舷母线沿着该长度方向从左到右依次设有第一发电模块、电力推进模块和第二发电模块，所述第一发电模块、电力推进模块和第二发电模块均通过多端直流断路器与所述环状电力网连接，每个所述多端直流断路器的两端均串联有故障限流器，所述右舷母线上还设有脉冲负载模块，所述脉冲负载模块通过与第二发电模块连接的多端直流断路器与所述环状电力网连接。

2.根据权利要求1所述的一种高性能船舶中压直流综合电力系统拓扑结构，其特征在于：所述第一发电模块和第二发电模块均包括原动机、交流发电机和整流器，所述整流器通过多端直流断路器与所述环状电力网连接。

3.根据权利要求1所述的一种高性能船舶中压直流综合电力系统拓扑结构，其特征在于：所述电力推进模块包括推进电机和推进逆变器，所述推进电机与推进逆变器连接，所述推进逆变器通过多端直流断路器与所述环状电力网连接。

4.根据权利要求1所述的一种高性能船舶中压直流综合电力系统拓扑结构，其特征在于：所述脉冲负载模块包括脉冲负载、脉冲充电电路和第一变换器，所述脉冲充电电路分别与脉冲负载和第一变换器连接，所述第一变换器通过多端直流断路器与所述环状电力网连接。

5.根据权利要求1所述的一种高性能船舶中压直流综合电力系统拓扑结构，其特征在于：所述左舷母线和右舷母线的首端通过多端直流断路器相连，所述左舷母线和右舷母线的尾部通过船首横跨船体开关相连。

6.根据权利要求5所述的一种高性能船舶中压直流综合电力系统拓扑结构，其特征在于：所述左舷母线和右舷母线的首端连接处上的多端直流断路器连接有雷达模块和储能模块，所述雷达负载模块包括雷达负载和第二变换器，所述雷达负载与第二变换器连接，所述储能模块包括储能单元和第三变换器，所述储能单元与第三变换器连接，所述第二变换器和第三变换器通过多端直流断路器与所述环状电力网连接。

7.根据权利要求1所述的一种高性能船舶中压直流综合电力系统拓扑结构，其特征在于：所述环状电力网内沿着左舷母线和右舷母线长度方向从右到左依次设有区域1、区域2、区域3、区域4和区域5，所述区域1、区域2、区域3和区域4也通过多端直流断路器与所述环状电力网连接，所述区域1和区域5为域内配电，所述区域2、区域3和区域4为负载中心。

技术总结
本发明提供一种高性能船舶中压直流综合电力系统拓扑结构，包括左舷母线和右舷母线，所述左舷母线和右舷母线构成环状电力网，所述左舷母线和右舷母线沿着该长度方向从左到右依次设有第一发电模块、电力推进模块和第二发电模块，所述第一发电模块、电力推进模块和第二发电模块均通过多端直流断路器与所述环状电力网连接，每个所述多端直流断路器的两端均串联有故障限流器；本发明具有以下有益效果：本发明利用多端(≥3端)直流断路器替代原有的多个二端口直流断路器所在母线的节点，减少了直流断路器的数量，同时在中压直流母线的上安装故障限流器，以减小故障电流的上升率，增强系统故障电流抑制能力，降低直流断路器的分断压力。

技术研发人员：杨亚宇,金斌杰,黄文焘,方斯顿,余墨多,李俊锋
受保护的技术使用者：上海海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24