СПОСОБ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЕДИНОЙ БАЗОВОЙ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
ELECTRIC POWER DISTRIBUTION METHOD OF COMMON BASIC SHIP ELECTRIC POWER SYSTEM, AND SYSTEM USED FOR ITS IMPLEMENTATION

Область и уровень техники
Настоящее изобретение относится к области техники, включающей в себя судовые электроэнергетические установки и электроэнергетические системы судов. Конкретно изобретение относится к управлению процессами и построению электроэнергетических систем современных судов на основе достижений в технологии изготовления мощных электронных приборов для силовых цепей генерирования, преобразования и распределения электроэнергии, управления технологическими потребителями электрической энергии на современных судах. Уровень техники определяется тем, что в основе предлагаемого изобретения лежат использование изделий с новыми возможностями преобразования электроэнергии (скорости, мощности, уровни высоких напряжений преобразования), применение изделий с новыми коммутационными возможностями современных электронных приборов, с новыми возможностями обработки информации современной компьютерной техникой. Это позволяет применять более совершенные алгоритмы управления распределением электроэнергии, совершенствовать способы преобразования электроэнергии в больших объемах при ограничении площадей и ужесточения требований к минимальным объемам размещения на судах оборудования электроустановок и электроэнергетических систем. Важно обеспечить применение в судовых ЭЭС электроэнергию повышенных параметров с высокими напряжениями и мощностями, обеспечить в составе ЭЭС регулирование мощных технологических потребителей электроэнергии, в ряду которых находятся гребные электроустановки, винторулевые колонки, подруливающие устройства. Современная техника позволяет совмещать снабжение от единого (одного) источника электроэнергии одновременно основных судовых силовых потребителей и обеспечивать электроэнергией судовые технологические потребители, такие как мощные погрузоразгрузочные комплексы, траловое оборудование, холодильное оборудование, цеха и целые заводы обработки рыбы на рыболовных судах, гребные установки судов и, наконец, оборудование военной техники.
Разнообразие судов различных классов, разнообразие потребителей на судах, требующих разного электропитания, почти с неизбежностью приводит к многообразию используемых ЭЭС, усложняет возможности применения стандартных решений, приводит к применению многочисленных источников электроэнергии, разных схем распределения электроэнергии, к сложностям преобразования электроэнергии в процессе управления потребителями.
Стандартным недостатком судовых ЭЭС является то, что для каждой группы однородных по требованиям к питанию приемников электроэнергии устанавливают зачастую отдельные источники питания, соответствующие параметрам электроэнергии этой конкретной группы приемников. Заявляемые способ снабжения электроэнергией (генерирования, преобразования, распределения и управления потребителями) и устройство для его реализации в виде единой базовой или бортовой судовой электроэнергетической системы позволяют устранить существенные сложности при создании базовых бортовых ЭЭС. Термин «бортовые» использован в общепринятом смысле, когда естественны понятия: электростанции левого борта, правого борта, носовые, кормовые и иные судовые электростанции. Современный высокий уровень техники определяют технические решения, известные и применяемые в судовых ЭЭС.
Известна судовая электроэнергетическая система (патент RU №2024151, авторы Волков А.Н., Граве В.И.), в которой используется двенадцать генераторов электроэнергии (аналог), что указывает на целесообразность сокращения количества генераторов на отдельных судах.
Известна «Единая электроэнергетическая система с мощными тиристорными преобразователями» (статья А.А.Азовцев и др. в журнале «Электро- и радиооборудование судов», 1970 г. - аналог). Один из первых опытов применения статических преобразователей большой мощности для питания систем электродвижения, обеспечения судовой электроэнергией технологических электроприводов подъемных кранов, зарядных станций. В этом случае мощности потребления электроэнергии гребных электроустановок, технологических электроприводов становятся соизмеримы с мощностями генераторов судовой электростанции. Недостатки этого предложения единой судовой электроэнергетической системы (ЕС ЭЭС) в свое время определялись низкими возможностями статических преобразователей.
Известна реализация судовой ЭЭС (статья «Единая электроэнергетическая система (ЕЭЭС) малого гидрографического судна с гребной энергетической установкой (ГЭУ) переменного тока». Судостроение и водный транспорт в России. 2002/2003 г. - прототип). На небольшом судне потребители на одинаковое напряжение 400 В получают питание от четырех генераторов, что представляется избыточным. Недостатки известного решения не исчерпываются наличием многих генераторов в одной ЭЭС. На судах является нормой наличие приемников электроэнергии, которые необходимы в одном режиме работы судна и совершенно бесполезны в другом. Характерным примером является наличие на судне гребной установки и погрузочно-разгрузочного комплекса. Каждый приемник электроэнергии нужен в свое время. Предложение о реализации единой ЭЭС должно существенно помочь в решении задач согласования работы приемников электроэнергии.
Раскрытие изобретения
Предложен способ генерирования и распределения электроэнергии единой базовой (бортовой) судовой электроэнергетической системы (ЕБС ЭЭС) и устройство для его реализации. Схема ЕБС ЭЭС, представленная на фигуре, свободна от недостатков, присущих прототипу. Предложенный способ генерирования и распределения электроэнергии единой бортовой судовой электроэнергетической системы (ЕБС ЭЭС) и устройство для его реализации характерны тем, что формируют сети приемников электроэнергии и распределяют электроэнергию между приемниками в сформированных сетях.
Способ генерирования и распределения электроэнергии в единой базовой судовой электроэнергетической системе (ЕБС ЭЭС), при котором формируют сети приемников, потребляющих разные виды электроэнергии, отличающийся тем, что генерируют электроэнергию только одного вида, преобразуют часть генерируемой электроэнергии в один из потребляемых видов электроэнергии, преобразуют часть преобразованной электроэнергии в другой вид потребляемой энергии и повторяют преобразование преобразованной энергии последовательно столько раз, сколько нужно для обеспечения питанием всех сформированных сетей приемников, распределяют в каждой из сформированных сетей приемников электроэнергию между приемниками, преобразуя при этом электроэнергию для каждого регулируемого приемника в соответствии с алгоритмом его работы.
Предложенная единая базовая бортовая судовая электроэнергетическая система (ЕБС ЭЭС), содержит главный распределительный щит источника электроэнергии (ГРЩ ИЭ) и главные распределительные щиты 6 (ГРЩ СП) сетей 3, 4,… n приемников электроэнергии, отличающаяся тем что в ЕБС ЭЭС введены единый источник электроэнергии (ЕИЭ), обратимые преобразователи электроэнергии (ОП) по одному на каждый ГРЩ СП и введены блоки управления приемников (БУП) по одному на каждый ГРЩ СП, при этом выход ЕИЭ соединен с входом 21 электроэнергии ГРЩ ИЭ, выход 22 которого соединен с входом 61 ГРЩ СП, распределяемая электроэнергия которой соответствует генерируемой электроэнергии, выход 63 сетевого ГРЩ СП через ОП 7 и связи 33 и 42 соединен с ГРЩ СП соседней сети и так далее до последней сети n с ее ГРЩ СП 6, который через ОП 7 сети n соединен в кольцо связью А-А с первым ГРЩ СП 6 сети 3, каждый из сетевых ГРЩ СП, кроме того, соединен выходом 64 с нерегулируемыми приемниками электроэнергии непосредственно, а с регулируемыми приемниками соединены выходами 65 входами 81 с блоками преобразователей управления приемниками БУП по одному на каждый сетевой ГРЩ СП соответственно, при этом сетевые ГРЩ СП, распределяемая электроэнергия которых не соответствует генерируемой электроэнергии, соединены выходами 61 с другими ЕБС ЭЭС судна для резервного подключения электроэнергии от других ЭЭС судна.
Предложенный способ отличается тем, что в ЕБС ЭЭС генерируют электроэнергию, параметры которой соответствуют параметрам электроэнергии только одной из сформированных сетей. Преобразуют генерируемую электроэнергию в электроэнергию, пригодную для питания других сетей приемников, распределяя в каждой сформированной сети электроэнергию между конкретными приемниками, преобразуют электроэнергию для каждого регулируемого приемника в соответствии с алгоритмом его работы.
Единая бортовая судовая электроэнергетическая система (ЕБС ЭЭС), содержащая главный распределительный щит источника электроэнергии (ГРЩ ИЭ) и главные распределительные щиты 6 (ГРЩ СП) сетей 3, 4,… n приемников электроэнергии, отличающаяся тем, что в ЕБС ЭЭС введены единый источник электроэнергии (ЕИЭ), обратимые преобразователи электроэнергии (ОП) по одному на каждый ГРЩ СП и введены блоки управления приемников (БУП) по одному на каждый ГРЩ СП, при этом выход ЕИЭ соединен с входом 21 электроэнергии ГРЩ ИЭ, выход 22 которого соединен с входом 61 ГРЩ СП, распределяемая электроэнергия которой соответствует генерируемой электроэнергии, выход 63 сетевого ГРЩ СП через ОП 7 и связи 33 и 42 соединен с ГРЩ СП соседней сети и так далее до последней сети n с ее ГРЩ СП 6, который через ОП 7 сети n соединен в кольцо связью А-А с первым ГРЩ СП 6 сети 3, каждый из сетевых ГРЩ СП, кроме того, соединен выходом 64 с нерегулируемыми приемниками электроэнергии непосредственно, а с регулируемыми приемниками соединены выходами 65 входами 81 с блоками преобразователей управления приемниками БУП по одному на каждый сетевой ГРЩ СП соответственно, при этом сетевые ГРЩ СП, распределяемая электроэнергия которых не соответствует генерируемой электроэнергии, соединены выходами 61 с другими ЕБС ЭЭС судна для резервного подключения электроэнергии от других ЭЭС судна.
Приведенные свойства не совпадают со свойствами, являющимися отличительными признаками известных технических решений, и не являются суммой их свойств, что позволяет считать заявляемое решение соответствующим критерию «существенные отличия».
Сущность изобретения поясняется примером его реализации по схеме на фигуре.
Способ генерирования и распределения электроэнергии в единой базовой судовой электроэнергетической системе (ЕБС ЭЭС), при котором формируют сети приемников, потребляющих разные виды электроэнергии, отличающийся тем, что генерируют электроэнергию только одного вида, преобразуют часть генерируемой электроэнергии в один из потребляемых видов электроэнергии, преобразуют часть преобразованной электроэнергии в другой вид потребляемой энергии и повторяют преобразование преобразованной энергии последовательно столько раз, сколько нужно для обеспечения питанием всех сформированных сетей приемников, распределяют в каждой из сформированных сетей приемников электроэнергию между приемниками, преобразуя при этом электроэнергию для каждого регулируемого приемника в соответствии с алгоритмом его работы.
Единая бортовая судовая электроэнергетическая система (ЕБС ЭЭС), содержащая главный распределительный щит источника электроэнергии (ГРЩ ИЭ) и главные распределительные щиты 6 (ГРЩ СП) сетей 3, 4,… n приемников электроэнергии, отличающаяся тем что в ЕБС ЭЭС введены единый источник электроэнергии (ЕИЭ), обратимые преобразователи электроэнергии (ОП) по одному на каждый ГРЩ СП и введены блоки управления приемников (БУП) по одному на каждый ГРЩ СП, при этом выход ЕИЭ соединен с входом 21 электроэнергии ГРЩ ИЭ, выход 22 которого соединен с входом 61 ГРЩ СП, распределяемая электроэнергия которой соответствует генерируемой электроэнергии, выход 63 сетевого ГРЩ СП через ОП 7 и связи 33 и 42 соединен с ГРЩ СП соседней сети и так далее до последней сети n с ее ГРЩ СП 6, который через ОП 7 сети n соединен в кольцо связью А-А с первым ГРЩ СП 6 сети 3, каждый из сетевых ГРЩ СП, кроме того, соединен выходом 64 с нерегулируемыми приемниками электроэнергии непосредственно, а с регулируемыми приемниками соединены выходами 65 входами 81 с блоками преобразователей управления приемниками БУП по одному на каждый сетевой ГРЩ СП соответственно, при этом сетевые ГРЩ СП, распределяемая электроэнергия которых не соответствует генерируемой электроэнергии, соединены выходами 61 с другими ЕБС ЭЭС судна для резервного подключения электроэнергии от других ЭЭС судна.
Предложенные способ и единая бортовая судовая ЭЭС по сравнению с прототипом обеспечивают повышение надежности и универсальность питания любых приемников электроэнергии не только по требованиям к мощностям, напряжениям, роду тока, но также по регулированию каждого приемника в соответствии с алгоритмом его функционирования в любом сочетании приемников независимо от режима работы судна. Могут быть включены одновременно и гребная установка, и при необходимости палубные механизмы, любые другие приемники электроэнергии.
Краткое описание изобретения
Единая базовая бортовая судовая электроэнергетическая система (ЕБС ЭЭС) снабжена единым источником (ЕИ) электроэнергии 1, содержит соединенный с ним главный распределительный щит 2 источника энергии и сети приемников электроэнергии 3, 4,… n с главными распределительным щитами ГРЩ 6 для каждой сети приемников. В ЕБС ЭЭС введены обратимые преобразователи 7 электроэнергии по одному на каждый сетевой ГРЩ и введены блоки 8 управления приемников (БУП) по одному на каждый сетевой ГРЩ. Сети 3, 4,… n приемников электроэнергии включены последовательно по кругу так, что сеть 3 соединена с сетью 4 сеть n (последняя) соединена с сетью 3 по связи, обозначенной А-А.
Осуществление изобретения
Единая базовая бортовая судовая электроэнергетическая система (ЕБС ЭЭС) работает следующим образом.
Единый источник электроэнергии 1 через ГРЩ ЕИ вход 21 и выход 22 подает питание на сеть приемников электроэнергии 3 на вход 31. Это напряжение подают на вход 61 ГРЩ СП 6 сети приемников, электроэнергия которых соответствует генерируемой электроэнергии. Приемники других сетей ГРЩ СП 4…n сетей приемников питаются от другой, преобразованной, электроэнергии, которая поступает к ним через обратимые преобразователи 7. Каждая из сетей приемников получает электроэнергию в соответствии с потребностями потребителей именно этой сети, а передает в другую сеть приемников электроэнергию с параметрами электроэнергии принимающей сети. Каждый сетевой ГРЩ соединен с двумя разными обратимыми преобразователями. Один ОП расположен в своей сети (например, в сети 3), другой ОП в соседней (например, в сети n), что позволяет получить на каждом ГРЩ только свою, отличную от других ГРЩ СП, электроэнергию. В случае аварии по замыслу оператора или алгоритма обратимые преобразователи проводят процедуру обратного преобразования электроэнергии. Сетевые ГРЩ СП могут работать в разных режимах или как потребители электроэнергии, или как источники с сохранением неизменными требований к электроэнергии, которую они распределяют. Потребители каждого сетевого ГРЩ СП делятся на две группы. Неуправляемые потребители получают электроэнергию непосредственно от ГРЩ СП через выходы 34, 44, n4. Управляемые потребители получают электроэнергию с выходов 35, 45, n5 каждого ГРЩ СП 6 и через блок управления приемников БУП 8, который обеспечивает регулирование каждого управляемого приемника ГРЩ СП 6 в соответствии с алгоритмом его управления.
В качестве резервной меры предусмотрена возможность подключения каждого сетевого ГРЩ СП к внешним для данной ЕБС ЭЭС источникам электроэнергии (другим судовым ЭЭС) или к внешним потребителям (другим судовым потребителям) через вводы сетей, обозначенные двойными числами, содержащими номер сети и номер ввода в сеть (вводы 41,… n1). Каждый сетевой ГРЩ СОП имеет три ввода электроэнергии (вводы 31, 32, 33 для сети 3 приемников), что в полной мере удовлетворяет требованиям морского Регистра РФ, речного Регистра и других надзорных ведомств, то есть обеспечивает получение желаемого технического результата.