CN111987711A - 一种船舶直流微电网*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船舶直流微电网***，其包括主直流母线、备用直流母线、多个发电单元、多个负载单元。各发电单元以及负载单元根据两个直流母线的状态，优先接入主直流母线中，并在主直流母线故障时接入备用直流母线。本发明采用微电网技术为太阳能、风能等清洁能源的整合和利用提供了灵活和高效的平台，其有效解决了间歇性能源的波动及不可控问题，将微电网技术应用于船舶电力***。根据船舶电力***的特点，采用直流微电网代替传统的交流微电网，并通过冗余式母线结构提高了供电可靠性。本发明可以广泛应用于海运船舶，将直流微电网技术应用于船舶电力***，具有环境友好、供电可靠、能源利用充分以及运行成本低廉等特点。

Description

一种船舶直流微电网***
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种船舶直流微电网***。
背景技术
随着全球贸易的迅速发展，海运因其运输成本低廉和运输量大的综合优势，一直是世界贸易运输最重要的方式之一。海洋船舶发电***多以燃料化石能源为主，其燃烧生成物包括:C02，NOX，SOX和碳粒等。载重量为2万吨航速为15节的船，每天的燃油消耗就高达65吨，对应的C02排放量会高达202吨。
海洋船舶数量愈来愈多的同时也造成了严重的环境污染。柴油等不可再生能源的消耗使地球资源日益匮乏，也增加了发电成本。温室气体的产生使地球温度越来越高，影响生态平衡。
部分现有技术中，采用微电网作为船舶的动力***，可以部分改善上述问题。微电网是一种将分布式电源、储能装置、用电负荷、电力电子器件等有机组合在一起的小型发配电***。通过对微电网运行控制和能量管理等技术的运用，可以最大限度的利用分布式电源出力，提高电能质量和供电可靠性。在陆地电网中，采用微电网的主要目的是为了解决分布式电源大规模接入电网的高渗透问题，从而削弱分布式发电对电网的冲击。微电网技术的提出为太阳能、风能等清洁能源的整合和利用提供了灵活和高效的平台。
然而，现有的分布式电源大规模接入电网存在高渗透问题，对电网冲击性强，太阳能发电和风力发电等清洁能源的间歇性、波动性和不可控性更是制约了新能源发电技术在船舶上的应用。
传统微电网多为交流***，但是交流***存在无功功率平衡和稳定的问题，供电可靠性不高。大多数用电器都是使用直流电，而交流电要经过整流滤波后才能使用。而直流电可以不用整流滤波设备就可以直接使用。
传统微电网作为主网的补充构建于用户侧附近，但是船舶微电网与传统微电网有所不同，因为其是一个集发电、输电、变电、配电和用电于一体的紧凑型完整的电力***，这使得船舶电力***中分布式电源种类繁多、运行状态多样以及控制方式各异，成为一个变量众多、运行复杂、不确定性强的多维复杂***。
此外，传统的微电网多为单母线结构。单母线结构电力***，其供电可靠性差，适用于用电设备电压等级单一，仅装载第三类负荷的小型民用船舶，不适合大范围推广使用。单母线船舶直流微电网结构如图1所示。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种船舶直流微电网***该***，
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种船舶直流微电网***，其包括主直流母线、备用直流母线、多个发电单元、多个负载单元；
所述主直流母线正常时，各所述发电单元以及各所述负载单元接入所述主直流母线；所述主直流母线故障时，各所述发电单元以及各所述负载单元接入所述备用直流母线；
所述发电单元包括光伏发电单元、风力发电单元、燃料电池单元、燃气轮机以及电池储能***；所述光伏发电单元通过单向DC/DC变换器接入直流母线，所述风力发电单元通过单向AC/DC变换器接入直流母线，所述燃料电池单元通过单向DC/DC变换器接入直流母线，所述燃气轮机通过单向AC/DC变换器接入直流母线，所述电池储能***通过双向DC/DC变换器接入直流母线；
所述负载单元包括直流负载单元以及交流负载单元；所述直流负载单元通过单向DC/DC变换器接入直流母线；所述交流负载单元通过单向DC/AC变换器接入直流母线。
本发明的进一步改进在于，还包括岸电接入单元；所述岸电接入单元通过单向AC/DC变换器接入直流母线。
本发明的优点是：微电网技术为太阳能、风能等清洁能源的整合和利用提供了灵活和高效的平台，其有效解决了间歇性能源的波动及不可控问题，将微电网技术应用于船舶电力***。根据船舶电力***的特点，采用直流微电网代替传统的交流微电网，并通过备用直流母线作为冗余式母线结构提高了供电可靠性。本发明可以广泛应用于海运船舶，将直流微电网技术应用于船舶电力***，具有环境友好、供电可靠、能源利用充分以及运行成本低廉等特点。
附图说明
图1为一种现有的船舶直流微电网的示意图；
图2为本发明的船舶直流微电网的示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
实施例：如图2所示，本发明的实施例包括一种船舶直流微电网***，其包括主直流母线、备用直流母线、多个发电单元、多个负载单元；
所述主直流母线正常时，各所述发电单元以及各所述负载单元接入所述主直流母线；所述主直流母线故障时，各所述发电单元以及各所述负载单元接入所述备用直流母线。
所述发电单元包括光伏发电单元、风力发电单元、燃料电池单元、燃气轮机以及电池储能***。大部分发电单元仅产生能量，不消耗能量，功率传输具有单向性。所述光伏发电单元通过单向DC/DC变换器接入直流母线，所述风力发电单元通过单向AC/DC变换器接入直流母线，所述燃料电池单元通过单向DC/DC变换器接入直流母线，所述燃气轮机通过单向AC/DC变换器接入直流母线，所述电池储能***通过双向DC/DC变换器接入直流母线。
本实施例中，电池储能***在船舶直流微电网中非常重要，既可以产生能量，也可以消耗能量，功率传输具有双向性，当***发出功率大于消耗功率时，其内部的蓄电池储能存储能量；当***发出功率小于消耗功率时，电池释放能量，实现谷电峰用，提高了微电网的稳定性和可靠性。
所述负载单元包括直流负载单元以及交流负载单元；所述直流负载单元通过单向DC/DC变换器接入直流母线；所述交流负载单元通过单向DC/AC变换器接入直流母线。
本实施例的船舶直流微电网***还包括岸电接入单元；所述岸电接入单元通过单向AC/DC变换器接入直流母线。
本实施例中，将光伏发电、风力发电、燃料电池、储能等分布式电源技术应用在在船舶微电网中，分布式电源与直流母线的连接形式更加简便，易于实现分布式电源间的协调控制，且母线电压是衡量船舶直流微电网***内有功功率平衡的唯一指标，没有船舶交流微电网中无功功率平衡和稳定的问题，提高了供电可靠性。
本实施例中的船舶直流微电网是以一组海上可再生新能源发电和传统化石燃料发电为集群，结合船舶运行特性和船舶直流微电网的部分重要负荷电能质量管理所形成的可分割供能网络。
本实施例的船舶直流微电网是独立的小型电力***。船舶大多数时间在海上运行，船舶直流微电网不是当主电网故障或异常运行时才进入孤岛状态，而是大部分时间都处于孤岛运行的状态，微电网本身就看作是船舶电力***的主电网。
船舶面积有限。直流微电网采用功率密度更高的电力电子变换器代替体积重量庞大的变压器来实现电压转换可以节约船舶的空间面积。由于发电机原动机转速与电力***频率解耦，从而降低了燃油消耗，使其能够以最佳速度运行。此功能对于负载高度可变的船舶特别有用。由于减少了电气设备的占地面积，实现了更大的货物空间和功能更强的船舶。在电气设备空间需求和重量方面节省最高可达到30％。这些显著的节省主要来自于开关板尺寸和额定值的减小、使用较小的高速发电机以及取消大型低频推力变压器。同时，由于线路较短，通常可以忽略网损对***经济性和稳定性带来的影响。
冗余式母线结构的船舶直流微电网采用多条母线供电形式，通常为两条，其中一条母线带电，另外一条母线备用。当带电母线发生故障或检修时，可由备用母线持续供电，保证用电设备不间断供电。本实施例的冗余式母线船舶直流微电网结构如图2所示。
本实施例中，为了降低不可再生能源的使用，减少对环境的污染，实现“绿色船舶”的目标，用光伏电池、风力发电、燃料电池代替使用重油的柴油机组。
本实施例中，为了解决分布式电源大规模接入电网的高渗透问题，从而削弱分布式发电对电网的冲击，采用了微电网技术。
本实施例中，为了克服交流微电网的不足，选择适合于船舶电力***特性的直流微电网作为船舶电力***的组网方式。
本实施例中，为了提高供电可靠性、灵活性，改善电能质量，使用冗余式母线船舶直流微电网结构。
本发明船舶直流微电网***，实际上就是将多种新能源、储能装置、能量变换装置以及负载等组成一个整体，构建一个能够实现自我控制、保护和管理的强耦合、非线性、高协同的自治***。
由于海运在运输业的重要地位，船舶数量庞大，传统船舶通过柴油发电，因为海上新能源丰富，光照时间长、风力大等特点，非常适合使用新能源发电作为船舶电力***的主要发电方式。这大大降低了污染，改善全球气候和环境。同时，新能源相较于柴油等化石燃料，价格低廉，降低了海运成本。
采用冗余式母线结构的船舶直流微电网***，接线方式灵活，减少了因线路检修或故障引起的停电，供电可靠性高，改善电能质量。
本发明将新能源发电技术用于海洋船舶之上，充分利用了海上新能源丰富的优势，降低化石能源在船舶电力***中的供电比重，引入清洁能源补充和逐步替代化石燃料。
微电网技术为太阳能、风能等清洁能源的整合和利用提供了灵活和高效的平台，其有效解决了间歇性能源的波动及不可控问题，将微电网技术应用于船舶电力***。根据船舶电力***的特点，采用直流微电网代替传统的交流微电网，并通过冗余式母线结构提高了供电可靠性。
本发明可以广泛应用于海运船舶，将直流微电网技术应用于船舶电力***，具有环境友好、供电可靠、能源利用充分以及运行成本低廉等特点。
以上的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种船舶直流微电网***，其特征在于，包括主直流母线、备用直流母线、多个发电单元、多个负载单元；
所述主直流母线正常时，各所述发电单元以及各所述负载单元接入所述主直流母线；所述主直流母线故障时，各所述发电单元以及各所述负载单元接入所述备用直流母线；
所述发电单元包括光伏发电单元、风力发电单元、燃料电池单元、燃气轮机以及电池储能***；所述光伏发电单元通过单向DC/DC变换器接入直流母线，所述风力发电单元通过单向AC/DC变换器接入直流母线，所述燃料电池单元通过单向DC/DC变换器接入直流母线，所述燃气轮机通过单向AC/DC变换器接入直流母线，所述电池储能***通过双向DC/DC变换器接入直流母线；
所述负载单元包括直流负载单元以及交流负载单元；所述直流负载单元通过单向DC/DC变换器接入直流母线；所述交流负载单元通过单向DC/AC变换器接入直流母线。
2.根据权利要求1所述的一种船舶直流微电网***，其特征在于，还包括岸电接入单元；所述岸电接入单元通过单向AC/DC变换器接入直流母线。
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