Electric Propulsion slide
电力推进系统

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特别经济、环保且可靠的电力推进系统

自1834年以来,瓦锡兰持续引领着高效航运之路。瓦锡兰的多种电力推进解决方案让我们的客户能选择理想的配置来满足任何船舶的需求。不管是用于游轮的高功率系统、科考船的低噪声系统,直到适合近海工程船的高冗余度系统,瓦锡兰总是能提供合适的解决方案。随着储能系统的发展,现今我们能够使用瓦锡兰的能源管理系统来提供混合动力系统,进一步提高船舶的效率。

电力推进系统, 经济、环保且可靠,易于操作与控制,具备低噪声与振动的特点。

优势一览 

Benefits Diesel-Electric Propulsion

低噪声和振动
营运经济
冗余配置
使用灵活
优异的动态特性
出色的电网品质
排放减少
高度自动化
磨损减少

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    LCI变频系统

    采用线控逆变器的变频系统(LCI变频器也称为同步变频器)具有带直流电抗器的直流中间回路。电源侧采用可控硅整流器、电机侧采用可控硅逆变器、以及励磁变频器和控制系统组成。LCI变频器用于驱动同步电机。

    瓦锡兰以前的轴带交流发电机系统也使用过基于同步变频器的系统,自1967年以来总交付量超过385台。

    LCI变频器系统具有以下优点:  

    • 在高功率范围内性价比较高
    • 正反转都可控制加速和制动(四象限运行),无需增加额外设施

    PWM变频器系统

    脉宽调制变频器 (PWM) 是一种带有直流中间回路的自控变频器。DFE变频系统在电源侧采用二极管整流器,电机侧采用可控晶闸管(IGBT)逆变器或集成门极换向晶闸管(IGCT)逆变器,中间电路带有直流电容器,自带控制系统。主动前端变频系统 (AFE),用可控晶闸管 (IGBT)整流器取代二极管整流器,可以改善电网品质和变频器逆功特性。PWM变频器可以驱动同步或异步电机。如驱动同步电机,励磁变频器也包括在系统中。

    PWM变频器系统具有以下优点:

    • 它们允许较低的电机气隙脉动水平,因此振动低
    • 如采用主动前端设计并带有逆功电阻,可以在两个旋转方向控制加速和制动(四象限运行)
    • 体积紧凑,重量轻  
    • 在低速范围内扭矩较大  

    当前最常使用的主动前端(AFE)PWM变频器系统(取代了二极管整流器)具有下列优点:

    • 不需要12脉或24脉供电变压器,不需要带控制系统的斩波器或者用于吸收逆功的断路电阻器
    • 电网质量改善得多,无需额外措施THD < 5 %
    • 效率更高,使运行更加经济

    低能耗变频器系统概念

    某些电力系统配置可以采用瓦锡兰专利的“低能耗概念”(LLC系统)。该系统可以采用较为简单的DFE变频器而不需要庞大的移相变压器。

    为了实现这个目的,瓦锡兰设计了一种巧妙的方法,将配电母线分成两段并在两根母线之间用两个LLC变压器连接,即低能耗概念(LLC)。

    与常规的DFE解决方案相比,如果需要驱动两个推进器,与这两个推进器的驱动变压器相比,体积大大减小。如果需要驱动更多的推进器,则驱动变压器数量减少的优势更为明显。

    这种设计的优势包括: 

    • 变压器数量减少意味着系统中的电损耗减少,由此降低了发电机组的燃料消耗。并且,安装的设备减少也节省了船上可用的容量和空间。
    • 系统的冗余度得到改善;由于电力分配被分成上、下两个相等的部分,且驱动器则同时连接到这两个部分,其中50%的电力来自于电源1,还有50%来自电源2。这意味着,如其中的一个配电板出现故障的情况下,驱动器仍可以在功率下降的情况下继续运行。
    • 与现行的其他系统相比,相同的装机功率可以实现更高的冗余度和ERN值,或者可以降低装机功率而得到等效的DP轨迹图。
    • 显著节省空间并减轻重量;推进设备区内的变压器/变频器数量减少;低压系统提高了配电室灵活性;组件较少减轻了重量;操作更简单、更安全;集中布置实现了简单、安全的调试、操作、控制和维护;短路水平降低;且总谐波失真度不到5%。

    混合储能系统(ESS)

    混合动力系统结合不同的能源与储能装置。混合动力系统的推出及其与传统柴电推进系统的集成让发动机能够在最佳负荷区域运行,并通过电池吸收负荷波动,从而显著提高了效率。

    因此,结合储能装置的混合动力系统的面世是一种减少燃料消耗和废气排放的全新且具有吸引力的方法。

    瓦锡兰系统的设计以电池组、混合控制系统、动力传输系统和储能系统的形式来处理能源储存能力。混合动力系统的关键要素是如何安全、高效地储存能量。目前最有效的技术是电池。一套储能系统的设计和容量取决于如何使用该系统。因此,有关船舶实际运行状况的知识很重要。

    能源管理系统的主要目的是控制船舶的能量传输。基于所选定的运行模式,以及电池是用作削峰填谷还是作为主要能源运行,EMS去控制并网发动机的数量,对电池充电还是放电,以及充放电的速率。

    游轮和渡轮的应用

    大多数现代游轮和渡轮都采用变频器驱动的电力推进系统。此方案在降低噪音和振动,载客能力最大化、营运经济性等方面具有很多优势——特别是在部分负荷推进模式下能提高效率、可靠性、可用性和冗余水平,并降低排放水平,减少发动机磨损。

    根据所需冗余等级及船舶航行工况的不同,可提供驱动同步电机的同步变频系统(LCI)或驱动感应电机的PWM变频系统供选择。两种系统都是久经考验的可靠解决方案。

    Seven Seas Voyager neu

    近海领域工程船舶的应用

    铺管船,重型起重船,自升式平台和其它近海工程船的推进系统需要优良的动态特性,才能在机动运行和动力定位过程中快速反应。

    推进及推进器电机的速度控制都是通过脉宽调制(PWM)变频系统,(高压或低压) 来实现的。在标准解决方案中,系统通常包括电源侧的二极管整流器、电机侧的绝缘栅双极晶体管(IGBT)或集成栅极换流晶闸管(IGCT)变频器、中间带直流电容器的直流回路,以及控制系统。

    Innovation

    每个PWM变频驱动器都配备瓦锡兰推进控制柜,对驱动器进行控制和监测,并通过总线向PWM变频器器提供扭矩设定值。此外,系统还提供包括测量值、警报等在内的实际数据用于连续数据处理,然后显示在控制柜门上安装的15寸触摸屏上。推进控制系统还通过串行数据线与更高一级的船舶的自动化监控系统进行通讯。

    特种船应用 

    用于科考船,测量船以及渔业监督船的推进系统
    瓦锡兰已为许多科考船和测量船提供过低噪音的柴油-电力推进系统。这些推进系统是采用直流或交流调速电机,通过齿轮箱驱动螺旋桨。直接驱动是最可靠,噪音最低的解决方案。

    多用途船和破冰船的推进系统  
    多用途船和破冰船需要具有优良动态特性的推进系统,以能灵活地使用扭矩转速特性,包括螺旋桨不转时的过扭矩能力。

    Sonne

    我们在全球范围内安装了200多套推进系统,为游轮和渡轮、电缆敷设船、大型起重机自升式平台、科考船和近海工作船,以及超级游艇提供动力——总容量已逾3000兆瓦。

    控制 

      控制系统  

      用于变频驱动推进系统的控制器应具有下列主要特点:

      • 四象限运行,即正反方向的扭矩和正反方向的旋转。在推进器反向运行时能够将逆功反馈至主交流发电机、电源和制动电阻器。在额定转速 0~100% 范围内对转速的连续控制。
      • 所有的操作都应能通过电子控制装置自动实现。电子控制是使用微处理器控制设备来做到的,且还包括集成到推进控制系统中的、为了实现监测和报警功能所需要的输入/输出通道。

       

      推进控制与能源管理系统  

      在瓦锡兰推进控制系统中,电机驱动器作为动力系统的次级功率吸收装置。如果瞬时功耗超过了供电柴油发电机组的可用功率,则推进功率会自动降低。与功率管理系统相结合,柴油发电机组可以自动启动、同步和退出。为了让船舶电站始终保持稳定运行,在下列情况下,系统会自动降低推进器的需求功率

      • 交流发电机的视在电流达到额定值
      • 柴油交流发电机组的有功功率超出额定值,或柴油发动机的转速降至低于容许值

      在机动运行或急停的情况下,推进电动机产生的逆功通过电网反馈给主发电机。为了让系统在这种情况下也能保持稳定运行,如果柴油发动机的转速增加至高于允许值,系统会限制推进器产生的逆功。

      在使用混合系统的情况下,瓦锡兰能源管理系统被用来优化系统中的能量流动,除推进控制系统和功率管理系统的标准功能以外还包括控制充电和放电,设定发动机的速度。

      监视屏幕显示器

      为了实现就地监视和辅助控制,每个推进控制站以及ECR控制台上都配备具有下列模拟和功能的彩色触摸屏显示器:

      • 基于单线电路图的概览,包括电路断路开关的位置、数值和报警测量
      • 推进电机和变频器的详细信息,包括运行参数和报警测量
      • 故障 对报警事件、报警历史和详细帮助功能的详细说明
      • 控制 通过模拟按钮和电位器对电机实施启动、停止和转速控制
      • 设置 加速率、控制手柄特性、转速设定点、功率限制和极限温度等参数设置,以及控制器设置
      • 显示测量数值,以便故障诊断

      远程控制系统  

      为了对推进器实施遥控,推进控制系统组合转速控制和车钟系统作为指挥与通信系统。该系统专门设计用来从桥楼、翼楼、集控室,或就地控制站向变频器控制器发送转速指令。此外,控制板上还可配备带指示灯按钮、警告灯、紧停按钮、安全设备指示、越控设施、控制权转换、控制开关,以及转速表和功率表。

      瓦锡兰海洋业务,共同交流