CN103329396A - 用于船舶的电驱动装置的供电*** - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于船舶的电驱动装置的供电***。所述电驱动装置包括适合于从电源接收电能的电动机。所述电驱动装置具有第一操作状态，在所述第一操作状态中由电源将电能供应到电驱动装置以操作电驱动装置，和第二操作状态，在所述第二操作状态中电驱动装置的电动机减速或被制动，其中电驱动装置在第二操作状态中生成电能。所述供电***包括用于存储所生成的电能的电能存储设备。

Description

用于船舶的电驱动装置的供电***
技术领域
本发明涉及用于船舶的电驱动装置的供电***以及操作这样的供电***的方法。
背景技术
例如在钻井操作中采用的现代船舶经常包括多个不同的电驱动装置。这些可以例如是电推进***，其中推进器由诸如方位助推器（Azimuth thruster）的电动机驱动。需要用于操作的电能的其他类型的电驱动装置包括起锚机（anchor winch）驱动装置、钻井应用的驱动装置等等。通常在船上发电并且传输到相应电驱动装置的电动机。
为了生成电能，船舶经常包括船上发电站，所述船上发电站通过被耦合到发电机的柴油引擎或燃气轮机来产生所需要的电能。这样的装置为船提供主要供电。如果发电站经历断电或如果在功率传输或分配***中有故障，船可能失去其主要供电。
在这样的断电或另一类型的功率丢失的情况下，电驱动装置将通常被断开并且停止操作。例如在诸如钻机的绞车或起锚机驱动装置的起重应用中，制动必须被应用于旋转的发动机并且操作将停止。
此外，在这样的应用中，在起重操作期间，例如当降下或停止负载时，可以通过相应电动机来生成能量。所生成的能量需要***纵。这通常通过利用耗散能量的水冷却制动电阻器来执行。绞车发动机、起锚机发动机、顶部驱动发动机等等可以例如具有驱动装置设置，其具有阻断断续器和耗散由发动机生成的制动能量的电阻器。在诸如钻机上的主动升沉补偿绞车的包括主动升沉补偿的***中，操纵制动能量的问题甚至更显著，在所述***中，在为补偿海洋的波浪高度的降下操作期间生成制动能量。制动能量必须更快地***纵并且通常也在制动电阻器中被耗散。
水冷却制动电阻器通常是重的并且需要大量空间，而没有任何另外的有用功能。此外，例如在主动升沉补偿期间，发生功率消耗中的周期性峰值，其是不利的因为他们导致发电机的循环操作。能量消耗中的峰值使得发电机的操作效率更低并且此外需要船舶的供电***针对更大的负载而设计。此外，通常期望的是减少船舶的能量消耗。同样，期望的是在供电的断电之后的至少短时间内继续电驱动装置的操作。
发明内容
因此，需要减轻上述缺点中至少一些的改进供电***。
这个需要被独立权利要求的特征满足。从属权利要求描述本发明的优选实施例。
本发明的实施例提供用于船舶的电驱动装置的供电***，其中电驱动装置包括适合于从电源接收电能的电动机。所述电驱动装置具有第一操作状态，在所述第一操作状态中由电源向电驱动装置供应电能以操作电驱动装置，和第二操作状态，在所述第二操作状态中电驱动装置的电动机减速或被制动，其中电驱动装置在第二操作状态中生成电能。供电***包括被电耦合到电驱动装置的电能存储设备。所述耦合是这样的以致于电能存储设备被由电驱动装置在第二操作状态中所生成的电能充电并且电能存储设备向电驱动装置提供所存储的电能用于在第一操作状态中操作电驱动装置。
在第一操作状态中，可以用来自电能存储设备的电能、用由（主要）电源提供的剩余电能来支持电驱动装置的操作，或者可以完全在由电能存储设备所提供的电能上操作电驱动装置（例如在电源的断电或功率分配的中断期间）。通过存储所生成的电能并且再使用它用于操作电驱动装置，可以减少船舶的总能量消耗。此外，在主要电源的断电之后的一定时间内，电驱动装置可以继续操作。这可能例如在以下的情形中是有益的，在所述情形中电驱动装置的继续操作是至关紧要的，诸如在钻井操作期间，以便可以恢复主要电源而不中断操作。特别在电驱动装置可以周期性使用和生成电能的主动升沉补偿应用中，根据本实施例的供电***可以达到相当大的能量节约。电能存储设备可以在供电***中充当阻尼器，因此避免在例如发电机的电源上的峰值负载。注意的是，在第二操作状态中，电动机被制动的情形不意味着发动机的旋转速度降低。它也可以保持恒定或增加。通过从电动机提取电能、例如通过让电动机作为发电机操作，可以至少部分应用制动。因此，不论电动机的速度或速度改变，制动转矩可以被应用于电动机。
在实施例中，电能存储设备可以是电池或电容器组。电能存储设备可以例如是锂聚合物电池。这样的电池可以存储大量电能而只有相对小的封装（foot print）。锂聚合物电池可以具有较低的重量和需要较少体积，以便可以达到重量上和所需空间上的节约。此外，这样类型的电池可以是无需维护的并且可以被完全密封，其具有可以不需要指定电池室的优点。所述电池可以例如是具有镍锰钴（NMC）氧化物阴极的类型。
所述电池可以具有至少100kWh（千瓦特小时）、优选地至少500kWh、更优选地至少2000kWh的容量。可以根据电驱动装置的类型和假定渡过的时间间隔来对电池的容量定尺寸。电池的容量可以例如居于大约50kWh到大约5MWh的范围内。如果电驱动装置是例如钻井驱动装置，可以提供1-3MWh（兆瓦特小时）的电能。例如，针对这样的情况可以提供各自具有1.5MWh的容量的两个电池。
所述电池可以是较小电池模块的组或堆。例如可以使用各自具有5到50kWh的容量的模块。于是可以通过提供所需数目的电池模块来适配电池的容量。
所述电池可以具有至少130Wh/kg（瓦特小时每千克）、优选地至少150Wh/kg的能量密度。 这具有电池的封装和重量可以被保持得小的优点。
优选地，所述电池是全密封电池。
在实施例中，所述电池装配有适合于监控电池的状态的电池管理***和装配有用于使得能够与电池管理***通信的、朝向控制总线的接口。所述控制总线可以例如是基于控制器局域网（CAN）的总线。因此可以从VFD配电盘（switchboard）或诸如船桥（vessel's bridge）的远程位置中的驱动控制器监控电池的状态。所述电池管理***可以此外平衡电池的单池（cell）。它可以在电池模块中执行单池的单池平衡或在其之中平衡电池模块。因此，并联或串联连接多个电池模块变成可能的。所述电池管理***可以此外监督和控制电池的充电。
在实施例中，电驱动装置的发动机可以是交流（AC）发动机，其中电能存储设备被连接到变频器的直流（DC）总线（busbus），所述变频器被连接在电源和电驱动装置的AC发动机之间。变频器可以例如是可变频率驱动装置（variable frequency drive, VFD），其也可以被称为可变速度驱动装置（VSD）。将电能存储设备连接到DC总线可以促进电能存储设备的充电和放电。供电***可以包括变频器。变频器可以具有整流器、逆变器和将整流器耦合到逆变器的DC总线。供电***可以包括整流器、DC总线和/或逆变器。
电源可以包括发电机。特别地，它可以包括被耦合到燃气轮机或柴油引擎的发电机。电源可以是供电***的部分。
电能存储设备到电驱动装置的耦合可以包括变换器。这可以例如是双向升压或降压变换器。通过使用这样的变换器，由电能存储设备所需要的电压可以适合于操作直流（DC）总线或任何其他总线的电压，其中存储设备被耦合向所述其他总线。
变换器可以例如是双向升压或降压断续器。
在另一实施例中，电能存储设备可以被耦合到能量供应***的AC（交流）总线。这可以例如是被用于在电源和变频器之间输送电能的AC总线。到AC总线的耦合可以包括逆变器和整流器，用于在AC总线上提供的AC电压和由电能存储设备所需要的DC电压之间变换。
在实施例中，船舶的电驱动装置可以是船的钻机的绞车的驱动装置、船的起锚机驱动装置或船的钻机的顶部驱动装置。绞车可以是主动升沉补偿绞车。在这些应用任一个中，可以通过供电***达到功率节约。此外，可以达到在主要电源的断电期间继续操作相应的驱动装置。
电驱动装置可以例如具有在大约100kW到大约20MW的范围内的额定功率。助推器驱动装置可以例如具有在500kW到大约6MW的范围内的额定功率。对于钻井驱动装置，所有电驱动装置的额定功率可以例如居于大约1MW到大约30MW的范围之内。注意的是，电驱动装置将通常包括多于一个的电动机。
电驱动装置可以例如是船舶的主动升沉补偿绞车的驱动装置。第一操作状态可以对应于升沉补偿循环的第一部分，其中电驱动装置消耗电能。第二操作状态可以对应于升沉补偿循环的第二部分，其中电驱动装置生成电能。因此电能存储设备可以在主动升沉补偿的操作期间、即在随后的升沉补偿循环期间被周期性地充电和放电。
主动升沉补偿绞车可以例如包括一个或多个电动机。它可以包括绞车卷筒（winch drum），所述绞车卷筒被一个或多个电动机旋转并且在所述绞车卷筒上绕了钻井钢丝绳。升沉补偿绞车可以被适配以便通过相应地收入和松出钻井钢丝绳来升起和降下钻柱。在升沉补偿循环的第一部分，绞车可以收进钻井钢丝绳以便升起钻柱（例如当船移动穿过波谷时），其中消耗电能。它可以通过放出钻井钢丝绳在升沉补偿循环的第二部分期间降下钻柱（例如在移动直至波峰时），其中通过阻断电动机可以产生电能。特别地，通过钻井钢丝绳上的负载旋转电动机，因此作为发电机运行。
因此，当由于船舶被海浪降下或提升，在升沉补偿期间钻柱被相应地升起和降下时，电能存储设备可以为所生成的电能充当缓冲器。
电能存储设备可以被耦合到变频器的DC总线，所述变频器被耦合在电源和电驱动装置之间。供电***可以进一步包括被耦合到DC总线的至少第二电能存储设备、被耦合到DC总线的至少第二电源和被耦合到DC总线的至少第二电驱动装置。因此公共DC总线可以被用于复数个电驱动装置的操作中并且可以提供复数个电能设备用于缓冲所生成的电能。
在实施例中，电能存储设备可以被耦合到变频器的DC总线的第一段，所述变频器被耦合在电源和电驱动装置之间。供电***可以进一步包括被耦合到DC总线的第二段的至少第二电能存储设备，其中DC总线的第二段进一步被耦合到第二电源，和至少一个第二电驱动装置，其中第一和第二DC总线段通过总线联络（bus tie）断路器可以是可连接的。因此可以提供两个独立供电，其中可以通过总线联络断路器分隔独立供电。因此在其他供电***中断电的情况下可以确保这些供电***之一的无干扰操作。总线联络断路器可以例如是手动无载开关、基于IGBT的智能断路器或汇流排（bus bar）断路器。
供电***可以进一步包括制动电阻器，所述制动电阻器例如可以例如经由制动断续器被耦合到DC总线。由电驱动装置生成的接入能量因此可以在制动电阻器中被耗散，例如可能超过电能存储设备的容量的电能。
DC总线可以适合于在大约300V到大约2000V的电压范围内***作。优选地，DC总线可以适合于以大约800V和大约1100V之间的操作电压操作。DC总线可以例如供应900V或930V。
在另外的实施例中，供电***可以包括电源和是电驱动装置的部分的变频器，其中变频器被连接在电源和电动机之间，电动机是AC发动机，其中通过变频器，AC发动机能以可变速度被驱动。能量存储设备可以被连接到变频器的DC总线。供电***可以在一些实施例中包括AC发动机。
另外的实施例提供操作用于船舶的电驱动装置的供电***的方法。电驱动装置包括适合于从电源接收电能的电动机。供电***可以包括被电耦合到电驱动装置的电能存储设备。在电驱动装置的第一操作状态中，所述方法包括将电能供应到电驱动装置用于操作电驱动装置，其中所供应的电能包括从使电能存储设备放电所获得的电能。在电驱动装置的第二操作状态中，在制动或减速电驱动装置的电动机时由电驱动装置所生成的电能被供应到电能存储设备，其中电能存储设备被由电驱动装置所生成的电能充电。
在该实施例的方法情况下，可以实现与以上关于供电***略述的优点类似的优点。
在实施例中，通过如上所述被配置的供电***执行所述方法。
除非相反注解，上述实施例的和以下将解释的实施例的特征可以彼此组合。
附图说明
从连同附图阅读的以下详细描述，本发明的以下和其他特征和优点将变得进一步明显。在图中，同样的参考数字指的是同样的元件。
图1示出了根据本发明的实施例的供电***的示意性框图。
图2示出了根据本发明的另一实施例的供电***的示意性框图。
图3是根据本发明的实施例的方法的流程图。
具体实施方式
以下，更详细地描述在附图中所说明的实施例。应当清楚的是以下描述只是说明性的和非限制性的。图只是示意图，并且图中的元件不一定是彼此依比例绘制的。在图中所示出的功能性块或单元不一定意味着这些要在单一物理单元、块、电路、芯片等等中被实施，而是单一功能性块或单元可以在若干物理上分离的单元中被实施，而两个或多个被单独地说明的功能性块或单元可以在单一物理单元中被实施。
应当注意的是在图中示出的在两个块、单元、元件等等之间的直接耦合也可以被实施为非直接耦合，即具有介入中间的元件的耦合。这些可以例如是控制元件、诸如保险丝或电路断路器等等的保护元件。
图1是示出了用于船舶的电驱动装置20的供电***10的示意性框图。在图1的示例中，电驱动装置20包括电动机21和可变频率驱动装置（VFD，也被称为可变速度驱动装置VSD）。可变频率驱动装置包括整流器22，其中所述可变频率驱动装置经由所述整流器22被耦合到AC（交流）电源15、中间DC电路（此处为DC总线25）和逆变器23。在其他配置中，DC总线25经由多于一个的整流器、例如经由两个、三个、四个或更多整流器可以被耦合到电源15。类似地，DC总线25可以经由多于一个的逆变器23、例如经由两个、三个、四个或更多逆变器被耦合到电动机21。在其他实施例中，电驱动装置20可以包括DC电动机并且因此可以不包括VSD。
在图1的示例中，AC电源15包括发电机31、AC总线30和变压器33。尽管图1只示出了单相AC电源，应当清楚的是AC电源15可以是三相AC电源。发电机31可以例如由柴油引擎或燃气轮机32或等等驱动。
电源15是用于操作电驱动装置20的主要电源。在电源15的断电的情况下，电驱动装置20不再获得电能并且因此停止操作。在起重应用中，起重因此必须被停止并且制动需要被应用于旋转的发动机21。正被拆修负载（overhauling load）旋转的磁化发动机可以作为发电机运行并且可以因此生成被反馈到DC总线25（其也可以被称为DC中间电路）中的电能。在常规***中，DC总线25上的电压必须被控制，其通常通过阻断断续器被执行。如果DC总线上的电压超过预定阈值电压，阻断断续器可以被激活，在所述预定阈值电压以上，阻断断续器将制动电阻器连接到DC总线。制动电阻器将电能转换成热并且因此对于更大量的能量需要冷却。因此，这样的制动电阻器在尺寸上可能是相对大的，他们需要相对大量的空间并且是昂贵的。
在图1的实施例中，供电***10包括被耦合到DC总线25的电能存储设备11。如果电驱动装置20现在生成电能，这个能量可以被供应到电能存储设备11并且可以被存储在那里。能量存储设备11可以被永久地连接到DC总线25以便作为用于电能的缓冲器操作。如果电驱动装置20生成电能并且因此DC总线25上的电压上升，则电能存储设备11可以被充电，然而如果驱动装置20在重负载下，DC总线25上的电压水平被降低，对其响应，电能存储设备11可以被放电。因此DC总线25上的电压可以被保持得更恒定。此外，存储设备11在向驱动装置20供应电能中支持主要电源15，以便通过再使用所生成的电能可以减少总电能消耗。这导致柴油引擎或燃气轮机32需要更少的矿物燃料。
有能量存储设备11可以被耦合到DC总线25的不同方式。一个可能性是双向变换器12，所述双向变换器12使DC总线25上提供的电压适配于由电能存储设备11所需要的电压。变换器可以例如由双向（升压/降压）断续器实施。耦合到DC总线25的其他实施当然也是可以想到的，例如通过功率电子开关，所述功率电子开关将存储设备11连接到DC总线，在一定电压水平以上用于充电或在一定电压水平以下用于放电，并且在正常操作期间断开存储设备11。
应当注意的是，电能存储设备11也可以在不同于图1中所说明的位置的位置处被耦合到供电***10。电源15可以例如是供电***10的部分并且电能存储设备11可以被耦合到电源15的AC总线30。于是在电能存储设备11和AC总线30之间的耦合可以包括逆变器/整流器以便使得能够分别地对存储设备11放电/充电。
电能存储设备11可以例如是电池，特别是锂聚合物电池。所述电池可以例如包括具有多个串联或并联连接的电池模块的电池组。于是可以通过串联连接的电池模块的数目调整电池被定额的电压，而可以通过并联连接的电池模块的数目确定电池的总容量。
电池被定额的电压可以例如适合于DC总线25上提供的电压。对于上述应用，DC总线可以例如以500伏特和1200伏特之间的电压操作。特定应用将例如是930伏特的电压，其从由AC总线30上的主要电源所提供的690伏特的3相AC电压通过整流器22获得。电池11可以包括控制电池11的电池模块的充电的电池管理***（BMS）。
根据特定需要、特别根据预期由电动机21生成的电能量来配置电池11的容量。可以通过在电池组中并联连接另外的电池模块来增加电池容量。电池11的容量可以例如是至少100kWh（千瓦特小时），优选地至少500kWh。优选地，容量居于大约100kWh和3MWh（兆瓦特小时）之间的范围内。对于具有更高功率驱动装置的应用，诸如钻井驱动装置，电池11可以具有1-3MWh之间的容量。例如，电池11可以包括各自具有1.5MWh的容量的两个电池组。通过提供另外的电池组（即将更多电能存储设备11连接到DC总线25）或通过增加每个组的容量可以达到更高的容量。
电池11优选地是锂聚合物电池。有不同类型的锂聚合物电池，并且可以被使用的一个类型是包括镍锰钴（NMC）氧化物阴极的NMC类型。使用其他类型的锂聚合物电池或根本不同的电池当然也是可以想到的。电池可以被配置以具有至少130Wh/kg（瓦特小时每千克）或甚至至少150Wh/kg的能量密度。通过提供具有这样能量密度的电池，可以显著减少针对特定容量的电池的重量。体积能量密度优选地是至少300Wh/l（瓦特小时每升）。通过使用具有这样的高体积能量密度的电池，即使提供高容量，电池也可以是非常紧凑（compact）的。因此具有1MWh的容量的电池可以只需要大概3m3的体积。即使在更高容量时电池的小体积和小重量使在船舶上能够使用电池，在所述船舶上用于承接附加重量的空间和容量是被严格限制的。
电池是全密封的。如此，电池是无需维护的。因为它是全密封的，电池不需要专门的电池室或有关通风的专门考虑。此外，这样的电池可以具有长达25到30年的寿命周期。由于锂聚合物电池具有固体聚合物作为电解质，他们此外比常规铅酸（lead-acid）电池危险性小，并且因此在船舶的船上安全方面下是特别有利的。
电池优选地装配有电池管理***（未示出）。电池11的电池模块可以例如各自包括多个电池单元和例如控制单池平衡的BMS电路。每个模块可以此外包括到数据总线、例如基于CAN的数据总线的接口，所述接口允许与每个模块的BMS通信。电池11可以包括形成电池组的、互相连接的电池模块，以及经由数据总线被连接到单独模块的每个电池管理***的主控制器。于是主控制器可以控制电池组的整个操作。它可以例如确保单独电池模块的均匀充电和放电，或可以从负载连接和断开整个电池组。为了保持在额定最大放电率以下，这可能例如是必要的。通过连系（interfacing）电池管理***的主控制器，获得关于电池11的整个状态的信息和从外部控制中心控制电池的充电或放电是进一步可能的。
除了使用上述电池作为电能存储设备11之外，使用电容器组用于能量存储也是可能的。优选地，在这样的电容器组中使用电解质电容器。相比于电容器组，上述电池具有更紧凑的优点。
供电***10可以向不同类型的电驱动装置20供应电功率。电动机21可以具有在大约100kW到大约3MW之间、和优选地从大约250kW到大约1500kW的范围内的额定功率。电驱动装置20可以例如驱动以下之一：钻机的绞车、顶部驱动装置、泥浆泵、起锚机或任何其他类型的起重应用。提供电能存储设备11在主动升沉补偿绞车中为特别有利的。
主动升沉补偿器通常适合于补偿由海浪引起的船舶的升沉运动。升沉补偿循环可以包括第一部分（阶段），在所述第一部分中船落入波谷中，对其响应，绞车需要升起钻柱，因此消耗电能。在升沉补偿循环的第二部分中，船舶被升起到波浪的浪头，对其响应，绞车需要降下钻柱，借此需要制动绞车的驱动装置的电动机，因此生成电能。注意到，可能只在升沉补偿循环的第二阶段的部分期间，例如当钻柱相对于船舶的移动正在被减慢时，生成电能。
这样的绞车的电驱动装置可以包括多于该一个电动机21，例如四个或甚至更多电动机。这些发动机可能正驱动公共轴，在所述轴上安装了用于收进和放出钻井钢丝绳的线轴。钻井钢丝绳可以被用于升起和降下活动块（traveling block），其中所述钻柱被附到所述活动块上。在主动升沉补偿中，以波浪击打船舶的周期来周期性收进和放出钻井钢丝绳以便船舶相对于海床的垂直运动被补偿并且达到几乎恒定的钻压（weight on bit）。升沉补偿循环的周期可以例如居于大约7到大约15秒的范围之内。
在升沉补偿循环的两个阶段中，电能通过被电驱动装置20生成和消耗而是交变的。因此电能存储设备11提供存储所生成的电能的缓冲器并且将它反馈给驱动装置20，因此减少主要电源15上的峰值负载和总能量消耗。因此存储设备11充当供电***10中的阻尼器。
尽管未示出，供电***10可以此外还包括可以通过制动断续器被耦合到DC总线25的制动电阻器。在电能存储设备11被全充电并且因此不能吸收更多电能的情况下，这可以作为安全备用被提供。这个附加电能于是可以在备用制动电阻器中被挥霍。
注意的是，除了能量存储设备11之外，在图1中所说明的另外的部件可以被看作供电***10的实施例的部分，特别是用于从电源15向电动机21供应电能的部件，诸如整流器22、DC总线25和逆变器23。因此供电***10可以包括VFD的部件。电源15也可以是供电***10的部分。
图2说明了在图1中所示出的***的特定实施，其中若干电驱动装置20被供电***10用电功率供应。电驱动装置包括用于绞车（DW）的驱动装置、起锚机（AW）驱动装置、顶部驱动装置（TD）、用于泥浆泵（MP）的驱动装置，对于其每一个在图中指示了示范性额定功率。应当清楚的是船舶可以包括不同数目的电驱动装置20并且这些驱动装置可以具有不同的额定功率。
在图2的示例中，每个电驱动装置20包括电路50，使用所述电路50将相应逆变器23和电动机21耦合到DC总线25。电路50是用于为逆变器23中的电容器预充电的预充电电路。为此，电路50可以经由允许在驱动装置的启动时为电容器充电的电阻器，将逆变器23连接到DC总线25。在操作中，逆变器23被直接耦合到DC总线25。
在图2的示例中以930 V DC操作DC总线25，尽管应当清楚的是，在其他应用中可以以不同电压操作它。如可以看出的，多个驱动装置20被连接到DC总线25。为了冗余的目的和为了防止故障的扩散，提供了总线联络断路器26。如所指示的，总线联络断路器26在正常闭合（NC）条件下操作。在一定操作条件下，总线联络断路器26可以需要是开路的。
在图2的示例中，电能存储设备11是电池。电池经由双向断续器12和保险丝13被耦合到DC总线25。如在图中所指示的，可以在电路中在另外的位置处提供保险丝。
主要电源（未示出）经由整流器22被耦合到DC总线25。在图2中，提供了四个整流器，尽管应当清楚的是供电***10可以包括任何其他数目的整流器。
在图2的实施例中的供电***10进一步包括制动电阻器40，所述制动电阻器40通过制动断续器40和保险丝被耦合到DC总线25。如上所述的，制动断续器40可以被用于耗费不能被电池11承接的额外电能。
电池11被耦合到DC总线25的每段，其通过总线联络断路器26是可分离的。因此，即使在总线联络断路器26是开路的操作条件中，由驱动装置20所生成的电能可以被存储在相应电池11中。注意的是，多于一个的电池11可以被耦合到DC总线25的特定段。
对于DC总线25的每段，相应电池11可以被定尺寸以便预期在任何操作条件期间要被生成的电能可以被承接。它可以例如具有能够承接在主动升沉补偿直到一定波浪高度期间所生成的电能量的容量。
应当清楚的是图2说明了以上关于图1进一步略述的供电***10的特定实施。因此，以上关于图1所给出的所有解释对于图2中所说明的***是平等地可应用的。此外，应当清楚的是图2的供电***10可以在其他实施例中只包括部件11-13，其中整流器22、DC总线25、电路50和逆变器23是相应电驱动装置20的VFD的部分。
通过提供电能存储设备11，因此供电***能够通过再使用所生成的电能来减少能量消耗，因此导致矿物燃料的减少的消耗，诸如分别由柴油引擎或燃气轮机所使用的用于驱动发电机32的柴油或气体。
图3示出了根据本发明的实施例的方法的流程图，其可以通过以上关于图1或2所述的供电***10被执行。在第一步骤101中，电能从主要电源15被供应到电驱动装置20。在步骤102中使用所供应的电能来操作电驱动装置，例如用于提升负载，诸如在主动升沉补偿期间的钻柱。在步骤103中，操作电驱动装置以降下负载，诸如在主动升沉补偿期间降下钻柱。由电驱动装置20在降下负载期间所生成的电能在步骤104中被供应到电能存储设备11。用所供应的电能给电能存储设备充电（步骤105）。
在步骤106中，存储在电能存储设备处的电能和/或来自主要电源的电能被供应到电驱动装置20。可以只在由主要电源供应的能量上、例如当电能存储设备被放电为空的时操作电驱动装置。在主要电源的断电的情况下，在一定时间内可以只从由电能存储设备11供应的能量操作电驱动装置20。在其他配置中，例如在主动升沉补偿期间或当起重负载时，可以通过主要电源和电能存储设备这两者供应能量，因此再使用所存储的电能并且降低主要电源上的负载。
可以例如至少部分使用由电能存储设备所提供的电能来操作电驱动装置以提升负载（步骤107）。在主动升沉补偿应用中或在重复提升应用中，可以在电驱动装置的操作期间重复步骤103至107（步骤108）。
应当清楚的是，在图3中所示出和以上所解释的步骤中的一些、诸如步骤107和108是可选的。
通过利用在本申请中公开的实施例，可以减少船舶的电能消耗。本发明不限于特定类型的电驱动装置。它可以特别是在诸如顶部驱动装置、绞车的驱动装置、起锚机驱动装置等等的钻井驱动装置情况下被使用。除了减少能量消耗和降低发电机上的负载，在主要电源的断电的情况下，电能存储设备进一步允许相应驱动装置的继续操作，以便可以完成诸如起重操作等等的特定操作或者可以使辅助电源上线（brought on line）或者主要电源可以被恢复。

Claims (15)

1.一种用于船舶的电驱动装置（20）的供电***，其中电驱动装置（20）包括适合于从电源（15）接收电能的电动机（21），其中电驱动装置具有第一操作状态，在所述第一操作状态中由电源（15）将电能供应到电驱动装置（20）以操作电驱动装置，和第二操作状态，在所述第二操作状态中电驱动装置（20）的电动机（21）减速或被制动，其中电驱动装置（20）在第二操作状态中生成电能，所述供电***（15）包括：
- 被电耦合到电驱动装置（20）的电能存储设备（11），其中耦合使得电能存储设备（11）被由电驱动装置（20）在第二操作状态中所生成的电能充电并且电能存储设备（11）向电驱动装置（20）提供所存储的电能用于在第一操作状态中操作电驱动装置。
2.根据权利要求1所述的供电***，其中电能存储设备（11）是电池或电容器组。
3.根据权利要求1或2所述的供电***，其中电能存储设备（11）是锂聚合物电池。
4.根据前述权利要求中任一项所述的供电***，其中电驱动装置的电动机（21）是AC发动机，其中电能存储设备（11）被连接到变频器、特别是可变频率驱动装置的DC总线（25），所述变频器被连接在电源（15）和电驱动装置（20）的AC发动机（21）之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的供电***，其中电源（15）包括发电机（31），特别是被耦合到燃气轮机或柴油引擎（32）的发电机。
6.根据前述权利要求中任一项所述的供电***，其中电能存储设备（11）到电驱动装置的耦合包括变换器（12），特别是双向升压或降压变换器。
7.根据权利要求6的供电***，其中变换器（12）是双向升压或降压断续器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的供电***，其中电能存储设备（11）被耦合到供电***（10）的AC总线（30），其中耦合包括用于在AC总线上的AC电压和由电能存储设备（11）所需要的DC电压之间变换的逆变器和整流器。
9.根据前述权利要求中任一项所述的供电***，其中船舶的电驱动装置（20）是船的钻机的绞车的驱动装置、船的起锚机驱动装置或船的钻机的顶部驱动装置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的供电***，其中电驱动装置（20）是船舶的主动升沉补偿绞车的驱动装置，其中第一操作状态对应于升沉补偿循环的第一部分，在所述第一部分中电驱动装置（20）消耗电能，和第二操作状态对应于升沉补偿循环的第二部分，在所述第二部分中电驱动装置（20）生成电能，以便电能存储设备（11）在主动升沉补偿的操作期间被周期性充电和放电。
11.根据前述权利要求中任一项所述的供电***，其中电能存储设备（11）被耦合到变频器的DC总线（25），所述变频器被耦合在电源（15）和电驱动装置（20）的电动机（21）之间，其中供电***（10）进一步包括被耦合到DC总线（25）的至少第二电能存储设备（11）、被耦合到DC总线（25）的至少第二电源（15）和/或被耦合到DC总线（25）的至少第二电驱动装置（20）。
12.根据前述权利要求中任一项所述的供电***，其中电能存储设备被耦合到变频器的DC总线（25）的第一段，所述变频器被耦合在电源（15）和电驱动装置（20）的电动机（21）之间，其中供电***（10）进一步包括被耦合到DC总线（25）的第二段的至少第二电能存储设备（11），其中DC总线（25）的第二段进一步被耦合到第二电源（15）和至少一个第二电驱动装置（20），其中第一和第二DC总线段通过总线联络断路器（26）是可连接的。
13.根据前述权利要求中任一项所述的供电***，其中电能存储设备（11）被耦合到变频器的DC总线（25），所述变频器被耦合在电源（15）和电驱动装置（20）的电动机（21）之间，其中DC总线（25）适合于在大约300V到大约2000V的电压范围内操作，并且其中电驱动装置（20）具有大约100kW到大约30MW的范围内的额定功率。
14.一种操作用于船舶的电驱动装置（20）的供电***（10）的方法，其中电驱动装置（20）包括适合于从电源（15）接收电能的电动机（21），其中供电***（10）包括被电耦合到电驱动装置（20）的电能存储设备（11），所述方法包括步骤：
- 在电驱动装置（20）的第一操作状态中，向电驱动装置供应电能用于操作电驱动装置（20），其中所供应的电能包括从使电能存储设备（11）放电所获得的电能，和
- 在电驱动装置（20）的第二操作状态中，向电能存储设备（11）供应当制动或减速电驱动装置（20）的电动机（21）时由电驱动装置（20）所生成的电能，其中电能存储设备（11）被由电驱动装置（20）所生成的电能充电。
15.根据权利要求14所述的方法，其中根据权利要求1-13中任一项配置所述供电***（10）。
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