蒋新冬

摘要：电力推进的船舶与普通柴油机直接传动推进有着很大的优势，具有高效、低噪

音、低震动等特点使得越来越多的海工平台及工程辅助船采用电力推进。选用直流电站，配电板的外形大大缩小，重量减轻，充分提高船上空间的利用率和载重量，加入储能电池组/超级电容器，给船舶动力响应、电站的安全稳定性以及节能效果带来更大提高。

关键词：油电混合；直流配电系统；节能环保；电池；动力定位；电力推进

1概述

本文以曾参与设计交付的一艘深海原油驳运船（Cargo Transfer Vessel）为基础，简单阐述一下带电池组的直流电站系统。相比传统的交流电站，其主要区别是负载由直流电网供电。在交流配电系统中，大部分的负载经（AC-DC，DC-AC）转换电能来驱动。在本项目的直流配电系统中，发电机输出端配置整流器，经此输出直流电给直流配电板，负载仅需使用逆变器（DC-AC）进行驱动。直流网系统拓普图（Figure 1）和单线图（Figure 2）如下。

配有调速器（Governors），启动时处于怠速，根据电网负载载荷 PEMS给出转速命令，调整柴油机转速设置点，使运行效能在最佳状态。

直流电压等级由AVR控制，压降曲线特性应用于直流电网以确保发电机并联运行时进行负载分配，发电机整流器由桥式晶闸管方式进行整流。

柴油机能够在机舱控制系统进行本地操作，发电机也能过整流器本地控制板或者PEMS系统进行本地操作。

另外，发电机组，直流分配系统可以包含各种交流电电源，比如电池组，超级电容器等，经DC-DC整流器连接到直流电网，由专用软件控制。

2系统组成

主机。动力系统配置四台3.6MW柴油发电机，调速器通过控制油门来控制柴油机转速。转速设定值是由动力和能源管理系统（PEMS）来管控。在直流网系统，柴油机的转速独

1）立于其输出功率。

2）调压器。调压器（AVR）控制直流电压来进行负载分配。在直流网系统，AVR通过发电机控制功率输出。

3）整流器。发电机的交流输出端经整流器转换成直流并且控制到直流网的功率流速，实行对电压的受控放大。

4）发电机隔离开关。发电机隔离开关由动力和能源管理系统（PEMS）来管控。

5）油门系统。动力和能源管理系统（PEMS）接收到油门系统的数据，其标准接口是一个油门位置的信号，模拟量。

6）驱动器/推进器。二台4200KW艉部推进器，二台2200KW可伸缩推进器和一台700KW侧推进器作为推进系统，每台推进器由每个驱动控制单元（DCU）来监测和控制，PEMS接收来自DCU的模拟量值和状态，再发送负荷曲线的限制指指令到DCU。

7）直流网保护单元。控制器REF615用来监测直流网和故障时对兩边配电分电板进行保护。

8）直流母排。PEMS监测直流母排的状态，PEMS OS本地控制母排通过控制器REF615来实现保护。

9）输入模块（IC）/能量储存输入模块（ESIC）。输入模块监测流入流出每个驱动器的功率，并对直流网进行保护，在电网电压突然下降时，输入模块会阻止电流从驱动器返回到发电机侧，确保已安装保险丝的分离性和故障后系统的快速恢复。输入/ 能量储存输入模块会与DCU与安全系统之间有通讯。

10）直流/直流整流器。整流器控制直流网和能量储存系统之间的能量流进入/出，用在能量储存系统。

11）能量储存系统。能量储存系统，比如超级电容器，或者电池组，本项目为电池组。容量为369KWh/1320KW，查找BATTERY的DNV证书，相关参数，包含两串电池，每串有4个子电池包。通过双向DC-DC整流器控制电池的充电/放电。

12）低压配电板/应急配电板。非PEMS部分，低压配电板分2段，供电给交流负载连接到此配电板经由两台1200KW日用变压器。

13）应急配电板。非PEMS部分，应急配电板馈电由应发到负载连接到此配电板。

三台1300KW货油泵，三台100KW液压泵站。以上大型设备经直流母排闭合母联配电板，通过母联开关分成2段，直接供电并变频控制，440V辅助设备供电则是通过日用变压器分别从每一段直流母排配电板供电等。大型蓄电池组作为能量补充，连到直流母排2段，这样构成整个直流配电系统网络，如Figure 2所示。满足DNV船级社DYNPOS-AUTR，BATTERY POWER NOTATION。

设计考虑正常工作时电池组同时连接到两块直流母排与四台发电机组成混合电站，当任何一段母排检测到故障时，直流配电板中间的母联开关会在100ms内分开，且与故障直流母排连接的电池组开关也会分开，使得电池组只与健康的直流配电板相连，组成发电机组2台发电机组和电池组的混合电站来确保在丢失一半动力的情况下整个船舶动力定位正常运行。在整个电站的工作过程中，电池组处于辅助柴油机的状态，利用电池组快速放电的特性，使得柴油机始终工作在最经济的转速下。

AC发电机组有两种模式，恒频和降频，降频通过同样特性的调速器，并车和同步给油门信号，给多少油门要从配电板读功率信号恒频模式，各个调速器之间有通讯，一个主调速器发油门信号给各个调速器，统一步子，功率信号也是来自配电板。

直流发电机组没有恒频，速度全部由PMS管理，根据柴油机速度-功率曲线，和下多少MS需要的功率，以及电池的容量，给出下一个时间点的转速。

结语：

综上所述，本文简单分析了直流电站系统的组成以及在实际应用中的优势，以期为相关工作提供一定的参考价值。

参考文献：

[1]陈嘉伟，封海宝，张辉.船舶直流电站电力推进系统的研究[J].青岛远洋船员职业学院学报，2017，38（02）：1-4+7.