具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述：

参见图1所示，本发明提供了一种具有电磁干扰抑制功能的船载配电系统，包括两组结构相同的第一主电路拓扑结构及第二主电路拓扑结构，所述第一主电路拓扑结构的第一直流母排1与第二主电路拓扑结构的第二直流母排2通过母联开关17连接；所述第一主电路拓扑结构(图1左部分电路)包括：1#电池组10，所述1#电池组10分别通过稳压电路、电池组放电预充电回路连接至第一直流母排1；所述第一直流母排1，用于整船电能的接入及分配，所述第一直流母排1上设置有1#直流母排短路保护熔断器106及直流母排电容器17；

所述第一直流母排1包括四路直流电：第一路直流电用以向推进回路供电；第二路直流电通过电池组充电预充电回路连接至岸电380V交流负载母排3；第三路直流电通过日用负载回路连接至船电380V交流负载母排4，所述日用负荷回路包括1#隔离变压器131；第四路直流电通过整流回路连接至所述1#隔离变压器131的b端，所述1#隔离变压器 131的a端经1#日用变压器预充电接触器113连接至船电380V交流负载母排4，所述1#隔离变压器131的a端还经1#充电主接触器114、1# 充电主断路器115连接至岸电380V交流负载母排3；所述船电380V交流负载母排4通过1#日用负载断路器118、1#日用变压器132连接至 220V交流日用负载母排5，所述船电380V交流负载母排4还通过辅助岸电断路器35与岸电380V交流负载母排3连接；

所述岸电380V交流负载母排3通过岸电接入电缆43与岸基岸电配电柜42连接，所述岸基岸电配电柜42与岸基变压器41连接，岸基变压器41连接至高压岸电40。

进一步，所述稳压电路包括依次连接的1#电池组短路保护熔断器 101、1#电池组充放电接触器110、1#储能电抗器140、1#双向DC-DC 稳压模块11及1#双向DC-DC短路保护熔断器102。

进一步，所述电池组放电预充电回路包括依次连接的1#电池组放电预充电断路器120、1#电池组放电预充电接触器123、1#电池组放电预充电接触器121。

进一步，所述推进回路包括依次连接的1#推进逆变器短路保护熔断器103、1#推进逆变器12及1#推进电动机31。

进一步，所述电池组充电预充电回路包括依次连接的1#充电预充电整流器13、1#充电预充电电阻122、1#充电预充电接触器117及1#充电预充电断路器116，所述1#充电预充电整流器13与第一直流母排1连接。为防止第一直流母排1突加电源，造成第一直流母排1、直流母排电容器16及直流母排(第一直流母排1、第二直流母排2)上各变频器内部的支撑电容电压变化率du/dt、电流变化率di/dt突变，进而导致变频器内部支撑电容烧损或导致母排上各熔断器的瞬间熔断，整个船载配电系统设计有电池组充电预充电回路，通过预充电电阻对母排各电容进行初上电的分压限流，包括电池充电预充电电路、电池放电预充电电路；为防止船载日用变压器空载时突加负载导致变压器产生较大的浪涌电流，导致日用逆变器瞬时过载保护，配电系统设计有变压器直接预充电电路。

进一步，所述日用负载回路包括依次连接的1#日用逆变器短路保护熔断器104、1#日用逆变器14、1#正弦滤波器141、1#日用负载断路器 112、1#隔离变压器131、1#日用负载接触器112。

其中，1#隔离变压器131在船载辅助系统及船载充电系统工作时均投入工作，利用1#隔离变压器131的电气隔离、铁芯损耗大的特性将船载配电中充电系统的严重共模干扰进行隔离、消耗，有效抑制充电系统对船舶电力系统，特别是蓄电池电站的共模干扰。此外，本发明中1#隔离变压器131为多接口变压器，分别为船载辅助系统的输入、输出接口，船载充电系统的输入、输出接口；电动船在推进航行时，1#隔离变压器 131通过船载辅助系统的输入、输出接口为全船提供辅助系统电源，以保证风机、泵浦、照明等交流辅助负载的供电；同时，通过船载充电系统(电池组充电预充电回路)的接触器、断路器与船载充电系统进行完全隔离，防止船载充电系统在不工作的情况下带电，消除人身误操作的触电隐患。电动船在靠岸停泊时，1#隔离变压器131通过船载充电系统的输入、输出接口为动力电池提供充电电源；同时通过船载辅助系统的接触器、断路器与船载辅助系统进行完全隔离，防止残余的充电共模干扰对辅助系统设备造成误动作，甚至损坏低压控制系统。

进一步，母联开关17位于1#直流母排短路保护熔断器106和2#直流母排短路保护熔断器206之间。具体地，为防止充电工况或放电工况下双边船载配电系统在并网同时工作时的单边直流母排短路故障扩大化，将直流母排进行两段分段(第一直流母排1和第二直流母排2)，并在分段处设置直流母排电容器16，以增加直流母排短路处短路电流电源输出点，使发生短路的分段直流母排熔断器快速熔断，将短路故障点从整个配电系统中切除，防止短路故障扩大化。此过程中正常侧的直流母排熔断器不熔断，从而实现分段直流母排充电工况下短路保护的选择性。同时，直流母排电容器16在船舶并网推进航行发生短路故障时，在加速故障侧熔断器快速熔断的同时，可为直流母排提供电压支撑，防止直流母排各变频器发生欠压、甚至停机故障，导致船舶全船失去动力，造成紧急避障失败，并发生碰撞事故。

进一步，所述直流母排电容器16跨接在第一直流母排1的正母排、负母排之间，用于提供足够时间的熔断电流，以提高整个系统在发生短路故障时的安全性。

进一步，1#电池组10、2#电池组20均采用两组相互独立的磷酸铁锂动力蓄电池组。

进一步，所述整流回路包括依次连接的1#AFE充电整流器短路保护熔断器105、1#AFE充电整流器15、1#LCL型滤波器142、1#交流充电短路保护熔断器107。

综上，本发明提供的这种船载配电系统，结合图1所示，以左部分的第一主电路拓扑结构为例(第二主电路拓扑结构的原理与第一主电路拓扑结构的原理相同)，其具体的工作过程如下：

1#电池组10充电前断开1#日用负载断路器111，防止岸电的瞬时接入导致第一直流母排1、第二直流母排2上的支撑电容产生大的du/dt、 di/dt，损坏直流母排电容器16及各变频器内部的支撑电容。同时，1# 电池组10充电前还需闭合辅助岸电断路器35，使整船控制系统(SCMS)工作在双供电电源工况下，保证整船控制系统(SCMS)的供电安全性，如图2所示；

1#电池组10充电时，高压岸电40经岸基变压器41变压后转换为工频电压，并通过岸基岸电配电柜42的配电和岸电接入电缆43的连接进入船载配电系统的岸电380V交流负载母排3，此时整船的辅助系统由岸电380V交流负载母排3配电。当整船控制系统(SCMS)检测到充电请求时，先闭合1#充电预充电断路器116、1#充电预充电接触器117，待第一直流母排1电压达到约DC540V，再闭合1#充电主断路器115、1# 充电主接触器114，380V岸电经1#隔离变压器131接入整流回路(船载交流充电系统)，并为1#AFE充电整流器15供电。由1#AFE充电整流器15触发其功率器件IGBT工作在3kHz开关频率下，并通过1#LCL型滤波器142内的电抗器将充电电压抬升至DC 570～850V，此时即使 1#AFE充电整流器15无输出电流，也将产生较大的共模干扰。

由于船舶电力系统不接地(或称浮地)，而岸电普遍的三相电压普遍存在AC 5～20V的电压差，此时1#AFE充电整流器15将产生数百伏特的共模干扰(亦称零序干扰或纵模干扰或不对称干扰或接地干扰)，若无相关消除、抑制措施，此共模干扰将进入整个船舶电力系统，对整船控制系统(SCMS)及其他低压控制设备、电气设备造成较大的干扰，导致设备工作异常、无法工作，甚至损毁。本发明通过将1#隔离变压器131 串入电池组充电预充电回路，利用1#隔离变压器131的电磁隔离、铁芯损耗大的特点，将1#AFE充电整流器15引起的共模干扰进行阻断隔离、消耗抑制。同时，在1#电池组10的充电过程中，1#日用负载接触器112保持为断开状态，可阻断残余的共模电磁干扰进入船载配电系统，从而大大改善整船电力系统的电磁环境。

1#AFE充电整流器15进入充电工况后，1#双向DC-DC稳压模块11 投入工作，控制其输出电压高于1#电池组10的当前电压8V，此时闭合 1#电池组充放电接触器110，1#AFE充电整流器15及1#双向DC-DC稳压模块11开始输出充电电流，1#电池组10进入实际充电工况。

1#电池组10放电前闭合1#日用负载断路器111、1#日用变压器预充电接触器113、1#日用负载断路器118；1#电池组10放电时，先闭合1# 电池组放电预充电断路器120、1#电池组放电预充电接触器123，待第一直流母排1的电压达到0.8倍电池组10的电压时再闭合1#电池组充电放电器110，1#电池组充电放电器110闭合后，1#电池组放电预充电接触器123断开，完成电池组10的放电预充电过程，此时1#双向DC-DC稳压模块11通过1#储能电抗器140将第一直流母排1上的电压稳定在 DC750V，为1#推进逆变器12、1#日用逆变器14提供稳定可靠的电压值(母联开关17闭合时，可为2#推进逆变器22、2#日用逆变器24提供稳定可靠的电压值)。

在1#电池组10放电的初始阶段，整船只有船载DC 24V铅酸应急电池和磷酸铁锂动力电池供电，且均为直流电源，而1#日用负载接触器 112为大电流的交流接触器，其吸合功率可达数百瓦特，宜采用稳定的交流电源进行驱动。第一直流母排1上的电压稳定在DC750V后，SCMS 开始控制1#日用逆变器14斜坡启动，3s内将1#日用逆变器14的电压从0V升至稳定的AC 400V、50Hz，同时完成对1#隔离变压器131、1# 日用变压器132的预充电，此预充电过程中船电380V交流负载母排4、 220V交流日用负载母排5均已带电，220V日用负载33及380V交流负载34的关键负载可以起动工作。待1#日用逆变器14稳定输出AC 400V 持续3s后，闭合1#日用负载接触器112再断开1#日用变压器预充电接触器113，完成对1#日用变压器132的预充电。

1#电池组10放电工况时，断开岸电接入电缆43、辅助岸电断路器 35，将岸电切除；同时断开1#充电主接触器114，禁止岸电380V交流负载母排3在放电工况下带电，将充电岸电从电动船的电力系统中切除，防止发生误碰触电。1#电池组10进入放电工况后，且第一直流母排1 上电压达到稳定DC 750V后，SCMS可根据船长操作要求，控制1#推进逆变器12工作并驱动1#推进电动机31，推动船舶航行。

具体地，第一直流母排1、第二直流母排2可通过母联开关17进行连接，第一直流母排1或第二直流母排2出现过压、过流、短路故障时，可将第一直流母排1或第二直流母排2进行单区域切除，整船可保留完整的辅助供电系统及1/2推进系统。

第一直流母排1上设计有直流母排支撑电容16，直流母排支撑电容 16的容量根据第一直流母排1和第二直流母排2上各电容器的容量进行设计，在第一直流母排1、第二直流母排2通过母联开关17连接时，第一直流母排1或第二直流母排2发生短路故障时，直流母排支撑电容16 可向第一直流母排1或第二直流母排2提供较大的额外短路电流，使短路侧的母排保护1#直流母排短路保护熔断器106或1#交流充电短路保护熔断器107更快速熔断，而另侧未发生短路故障直流母排上的同规格母排短路保护熔断器则不熔断；同时第一直流母排1上设置直流母排支撑电容16，可在第一直流母排1或第二直流母排2发生短路时(电压迅速降低，电流急速升高至kA级别)，对第一直流母排1及第二直流母排2 上的电压进行短时支撑，防止1#推进逆变器12及2#推进逆变器22同时发生欠压故障(第一直流母排1或第二直流母排2的短路保护熔断器熔断后，短路故障被切除，第一直流母排1或第二直流母排2的电压快速回复正常)，并导致全船失去动力，可能导致船舶避障失败，造成较大安全事故。

当有短路故障发生时，直流母排上各电容相当于短路电源，并向短路点输出短路电流。通过计算机仿真技术，计算第一直流母排1、第二直流母排2上某支路发生短路时，直流母排及各变频器内部支撑电容的短路输出电流，并计算各支路及直流母排熔断器熔断所需弧前容量、熔断容量以及弧前时间、熔断时间，对各短路保护熔断器进行合理设计、选型，保证了无论充电工况还是放电工况，第一直流母排1上的1#双向 DC-DC短路保护熔断器102、1#推进逆变器短路保护熔断器103、1#日用逆变器短路保护熔断器104、1#AFE充电整流器短路保护熔断器105、 1#直流母排短路保护熔断器106均具有短路保护的选择性，第二直流母排2上的2#双向DC-DC短路保护熔断器202、2#推进逆变器短路保护熔断器203、2#日用逆变器短路保护熔断器204、2#AFE充电整流器短路保护熔断器205、2#直流母排短路保护熔断器206均具有短路保护的选择性，即仅短路支路的熔断器熔断，其他支路熔断器不熔断。

此外，本发明提供的这种船载配电系统，各断路器状态均由SCMS 采集，各接触器均由SCMS根据操作请求和整船状态进行综合自动控制。整船供电安全性及冗余性高、自动化程度高。

综上，本发明提供的这种船载配电系统，使用AC 400V，50Hz市电岸电对大电量电动船进行安全、快捷、快速充电。在不增加岸电设备、不增加船载设备数量的条件下，在船载充电机AFE的外围电气系统层面对船载充电系统的共模干扰进行抑制。具体如下：

第一、使用隔离变压器解决电动船船载配电系统中充电系统的严重共模干扰问题，隔离变压器在电动船航行、充电时均投入工作，并通过隔离变压器的外围电路进行其工况的自动切换。

第二、电动船的直流母排设计有船舶配电系统短路选择性保护专用电容器，使船舶电力系统在推进航行时的并网放电工况、靠岸停泊时的并网充电工况均具有选择性保护，防止短路故障扩大化，提高了船载配电系统的供电安全性。

第三、船载的岸电接口设置有岸电接入接口、充电预充电电路接口、充电主电路接口以及日常辅助系统接口。其中，电动船预充电相关电路包括电池组放电预充电回路、电池组充电预充电回路、变压器预充电回路；整个船载配电系统设置大量可自动控制的接触器，实现电动船舶的放电、充电及其各预充电过程的一键式控制，提高了船舶的自动化程度。

综上，本发明提供的船载配电系统，自带充电功能，且只需接入普通市电即可满足船载电池的充电要求，从而减小了电动船舶对停靠码头设备的依赖；在不增加新设备的前提下，利用既有船载隔离变压器对船载充电系统进行共模干扰的隔离、抑制，极大地改善了船舶电力系统充电工况的电磁环境，提高了船舶电力系统的安全性、可靠性；同时，在直流母排上设置船舶电力系统短路保护专用电容器，使系统的短路保护更具选择性，提高了船舶动力系统的供电安全性。

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。

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。