一种灯光罩网渔船AFE变频永磁推进系统的制作方法

一种灯光罩网渔船afe变频永磁推进系统
技术领域
1.本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种灯光罩网渔船afe变频永磁推进系统。


背景技术：

2.众所周知，我国是渔业大国，据相关部门统计，现有渔船106万艘，年捕捞量在1600万吨以上，作业海域覆盖西非、太平洋、大西洋、南极等海域。其中，海洋渔船31.6万艘，木质渔船达77％，60％是10年以上的老船，目前渔船最主流的推进方式还是采用传统机械直驱，就是以柴油机或气体机为主动力的传统型推进方式。柴油机或者气体机通过齿轮箱、轴系直接驱动螺旋桨旋转产生推力。但传统机械直驱的推进方式存在许多固有缺陷从而阻碍其进一步发展，如主机占据空间大，机舱布置困难，机舱大部分空间都被庞大的主机、齿轮箱、传动轴系占据且布局受接口连接限制很难调整，机舱空间有效利用率低；机舱高温、振动及噪音大、船舱多油污、空气质量受废气影响，工作环境卫生环境差；机械系统复杂，维护费用高，过载能力差，机械磨损严重，尤其是该推进方式不符合我国低碳减排的要求。
3.近年来，随着电力推进技术在其他船型的逐渐应用，部分渔船也开始进行电力推进方式尝试，由多台柴油或汽油发电机组组成动力电站发电，电能经过配电设备进行统一并网分配管理。然后由变压器调压、滤波器电抗器滤波调节，电能经由变频器控制异步推进电机旋转，经齿轮箱变速驱动轴系及桨叶产生推力。其虽解决了传统机械传统的空间占用、噪声、机械磨损等问题。但移相变压器、无源有源滤波器的使用虽可通过线缆连接，设备布局相对灵活，但中间转换环节设备增多，空间利用率没能达到最优且效率有所下降，电磁干扰抑制效果不理想，系统成本增加；推进电机因受技术影响，多采用异步电机，效率不高且很多电机不是针对船舶应用环境的变频电机，绝缘余量不够，抗对地共模电压能力不强。
4.有鉴于此，本发明人提出一种灯光罩网渔船afe变频永磁推进系统，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种灯光罩网渔船afe变频永磁推进系统，本技术采用afe变频永磁推进系统可有效降低船舶油耗、较小污染；提升整船操作性能；优化机舱布局，设备布置灵活，提高船舶空间利用率；afe变频系统可有效抑制电力系统谐波污染，提升系统运行效率；双电枢永磁同步电机的应用在提高推进效率的同时很好的适应了渔船尾部型线狭窄，设备布局空间有限等问题，提高了功率密度。针对渔船的使用环境专门设计大功率双电枢永磁同步电机满足最大推进功率需求的基础上还有一定的盈余，满足过载需求的同时提高了抗共模干扰能力。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
7.一种灯光罩网渔船afe变频永磁推进系统，所述推进系统包括多台柴油发电机组、400v配电板、afe主动有源前端控制设备以及一台双电枢永磁同步电机；
8.其中，所述多台柴油发电机组的输出端与400v配电板的输入端连接，用于将多台
柴油发电机组产生的电能在400v配电板进行并网并形成交流400v、50hz微电网，所述400v配电板的输入端与afe主动有源前端控制设备连接，所述afe主动有源前端控制设备控制双电枢永磁同步电机旋转，经减速齿轮箱、螺旋桨产生推力，推动灯光罩网渔船前进。
9.进一步地，所述多台柴油发电机组由2台600kw柴油发电机和1台400kw柴油发电机组成。
10.进一步地，所述afe主动有源前端控制设备采用两台550kw afe变频器，所述变频器电源由两路组成，一路交流400v、50hz主电源，一路直流24v控制电源。
11.进一步地，所述交流400v、50hz主电源在变频器内部分三路供电。
12.进一步地，所述三路供电分别为：
13.第一路经qf1接触器、进线fu4～fu6熔断器、blcl滤波、h8整流模块整成直流电经出线fu7～fu8熔断器供电到中间直流母排，然后直流母排分别给驱动逆变模块h8输出0-400v三相交流电驱动永磁同步电机，挂载在直流母排上经fu11、fu12的制动斩波模块用于吸收船舶制动产生的回馈能量；
14.第二路经qs1、km1、预充电电阻r1～r3、单相二极管对直流母线进行预充，防止直接上主电对母线模块、电容等的大电流损坏；
15.第三路经qs2、qf2断路器、变压器t1将交流400v变压成交流24v经qf3`qf5给开关电源充电，与dc24v控制电源形成双路控制供电。
16.进一步地，所述双电枢永磁同步电机控制算法采用了id＝0的矢量控制方式。
17.进一步地，灯光罩网渔船上的辅助设备、日用负荷经400v配电板取电供应到辅助配电板供其使用。
18.进一步地，所述400v配电板中包含pms功率管理系统，可实时根据灯光罩网渔船负荷使用情况调整在网发电机台数。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.1、技术提升：经过实验及测试本系统可实现相对于传统系统功率密度提升20％；对电网的电流谐波thdi小于3％；噪音降低15-20分贝。
21.2、经济效益：灯光罩网渔船采用电力推进技术，通过提高动力性能、节能减排、减少维护等措施，降低运营费用20％以上；通过动力系统更新实现传统渔船的技术升级，结合产业推广应用，预计可创造出年产值600亿元以上的规模化的新兴市场。
22.3、社会环境效益：电推渔船通过柴油机恒速发电后提供动能，可降低燃油消耗10％以上，例如：渔船采用电推系统，不同的工况节油率在15-20％之间，降低污染排放60％以上。我国渔船总数有106万艘，每年消耗燃油近1000万吨，采用电力推进每年可以节约燃油消耗120万吨以上，将有效缓解我国石油资源紧缺困境，较少污染排放，实现渔业生产节能减排、环境友好和可持续发展。
附图说明
23.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而
言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明推进系统结构示意图；
26.图2为本发明afe变频器原理图；
27.图3为本发明永磁同步电机矢量控制原理图。
具体实施方式
28.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
29.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
30.参见图1～3所示，本发明提供一种灯光罩网渔船afe变频永磁推进系统，所述推进系统包括多台柴油发电机组、400v配电板、afe主动有源前端控制设备以及一台双电枢永磁同步电机；其中，多台柴油发电机组的输出端与400v配电板的输入端连接，用于将多台柴油发电机组产生的电能在400v配电板进行并网并形成交流400v、50hz微电网，400v配电板的输入端与afe主动有源前端控制设备连接，afe主动有源前端控制设备控制双电枢永磁同步电机旋转，经减速齿轮箱、螺旋桨产生推力，推动灯光罩网渔船前进，本技术采用afe主动有源前端变频器控制，可有效抑制电力系统谐波污染，提升系统运行效率；另外一台双电枢永磁同步电机，实际可理解为两台永磁同步电机共用一根转轴、一套机壳，其余转子、定子、电磁、控制均相互独立，在满足互为冗余的前提下，功率密度增加、空间占有率、体积相应减小。辅助设备、日用负荷等经主配电板取电供应到辅助配电板供辅助设备使用；400v配电板中包含pms功率管理系统，可实时根据全船负荷使用情况调整在网主机台数，起到节能减排效果。
31.具体的，同样的船型传统动力推进系统采用一台1200kw柴油机经贯穿整个机舱的轴系推进螺旋桨旋转，而本技术实施例由2台600kw柴油发电机和1台400kw柴油发电机组成，根据船舶不同的功率需求可选择不同的主机组合，保证冗余的同时也提高了系统效率。双电枢永磁同步电机相当于两台永磁同步电机共用同一套机座、同一根转轴，电磁上完全独立，很好的适应了渔船尾部型线较窄，空间有限的特点，整船功率密度得到很大提高。
32.本实施例控制设备采用两台550kw afe变频器，所述变频器电源由两路组成，一路交流400v、50hz主电源，一路直流24v控制电源。
33.其中，交流400v、50hz主电源在变频器内部分三路供电。具体的，如图2所示，第一路经qf1接触器、进线fu4～fu6熔断器、blcl滤波(滤除高频开关元件发生的谐波对微电网的谐波污染)、h8整流模块整成直流电经出线fu7～fu8熔断器供电到中间直流母排，然后直流母排分别给驱动逆变模块h8输出0-400v三相交流电驱动永磁同步电机，挂载在直流母排上经fu11、fu12的制动斩波模块用于吸收船舶制动产生的回馈能量；第二路经qs1、km1、预充电电阻r1～r3、单相二极管对直流母线进行预充，防止直接上主电对母线模块、电容等的大电流损坏；第三路经qs2、qf2断路器、变压器t1将交流400v变压成交流24v经qf3`qf5给开关电源充电，与dc24v控制电源形成双路控制供电。
34.另外，如图3所示，本发明双电枢永磁同步电机控制算法采用了id＝0的矢量控制方式，也就是iqref＝0，永磁同步电机实际的定子三相电流ia、ib以及ic通过电流传感器进行采样。实际应用中只需要两个传感器，因为知道其中任意两项的电流值，就可以根据ia+ib+ic＝0得到另外一项电流大小；然后通过clarke变换模块把定子电流从abc轴系变换成ab轴系里，再利用park变换模块把定子电流从ab轴系变换到同步旋转的dq轴系里，接着把励磁电流id和转矩电流iq分别与各自的目标isqref与目标isdref作比较，形成的误差信号分别利用pi调节模块进行处理，调整的结果传给park变换模块。park变换模块把定子电流从dq轴系变换到ab轴系里，得到的结果传送给svpwm控制器产生pwm调整信号，最终控制三相逆变模块给永磁同步电机的本体提供三相输入电源。
35.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
36.应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

技术特征：
1.一种灯光罩网渔船afe变频永磁推进系统，其特征在于，所述推进系统包括多台柴油发电机组、400v配电板、afe主动有源前端控制设备以及一台双电枢永磁同步电机；其中，所述多台柴油发电机组的输出端与400v配电板的输入端连接，用于将多台柴油发电机组产生的电能在400v配电板进行并网并形成交流400v、50hz微电网，所述400v配电板的输入端与afe主动有源前端控制设备连接，所述afe主动有源前端控制设备控制双电枢永磁同步电机旋转，经减速齿轮箱、螺旋桨产生推力，推动灯光罩网渔船前进。2.根据权利要求1所述的一种灯光罩网渔船afe变频永磁推进系统，其特征在于，所述多台柴油发电机组由2台600kw柴油发电机和1台400kw柴油发电机组成。3.根据权利要求1所述的一种灯光罩网渔船afe变频永磁推进系统，其特征在于，所述afe主动有源前端控制设备采用两台550kw afe变频器，所述变频器电源由两路组成，一路交流400v、50hz主电源，一路直流24v控制电源。4.根据权利要求3所述的一种灯光罩网渔船afe变频永磁推进系统，其特征在于，所述交流400v、50hz主电源在变频器内部分三路供电。5.根据权利要求4所述的一种灯光罩网渔船afe变频永磁推进系统，其特征在于，所述三路供电分别为：第一路经qf1接触器、进线fu4～fu6熔断器、blcl滤波、h8整流模块整成直流电经出线fu7～fu8熔断器供电到中间直流母排，然后直流母排分别给驱动逆变模块h8输出0-400v三相交流电驱动永磁同步电机，挂载在直流母排上经fu11、fu12的制动斩波模块用于吸收船舶制动产生的回馈能量；第二路经qs1、km1、预充电电阻r1～r3、单相二极管对直流母线进行预充，防止直接上主电对母线模块、电容等的大电流损坏；第三路经qs2、qf2断路器、变压器t1将交流400v变压成交流24v经qf3`qf5给开关电源供电，与dc24v控制电源形成双路控制供电。6.根据权利要求1所述的一种灯光罩网渔船afe变频永磁推进系统，其特征在于，所述双电枢永磁同步电机控制算法采用了i
d
＝0的矢量控制方式。7.根据权利要求1所述的一种灯光罩网渔船afe变频永磁推进系统，其特征在于，灯光罩网渔船上的辅助设备、日用负荷经400v配电板取电供应到辅助配电板供其使用。8.根据权利要求1所述的一种灯光罩网渔船afe变频永磁推进系统，其特征在于，所述400v配电板中包含pms功率管理系统，可实时根据灯光罩网渔船负荷使用情况调整在网发电机台数。

技术总结
本发明公开了一种灯光罩网渔船AFE变频永磁推进系统，包括2台600kW、1台400kW柴油发电机组、400V配电板、两台550kW AFE变频器以及一台双电枢永磁同步电机；电能经各发电机组输出端主接触器后在配电板进行并网，形成交流400V、50Hz微电网；然后由两台AFE变频器共同驱动双电枢永磁同步电机旋转，经减速齿轮箱、螺旋桨产生推力，推动船舶前进；辅助设备、日用负荷等经主配电板取电供应到辅助配电板供辅助设备使用；配电板中包含PMS功率管理系统，可实时根据全船负荷使用情况调整在网主机台数，起到节能减排效果。本发明相对于传统系统功率密度提升20％；对电网的电流谐波THDi小于3％；噪音降低15-20分贝。20分贝。20分贝。


技术研发人员：孟少邦 姚世强 王伟 刘媛媛 周国卷
受保护的技术使用者：西安中车永电电气有限公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/6/6