用于具有不同连接区的涉水装置的供能系统

摘要

本发明涉及一种用于涉水装置(101)的供能系统(100)以及尤其一种相应的方法，具有：用于第一直流电压的第一直流电压总线(11)和用于第二直流电压的第二直流电压总线(12)；第一能量源(21)，所述第一能量源具有至所述直流电压总线(11，12)的至少两个进行馈电的电连接部(51，52，53)，其中所述直流电压总线(11，12)中的至少一个直流电压总线具有部段(61，62，63，64，65，66，67)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于涉水装置、尤其浮动装置的供能系统。浮动装置例如是船、潜艇、石油平台和/或天然气平台。船的实例是游轮、护卫舰、集装箱船、航空母舰、破冰船等。浮动装置是涉水装置。建在海底的石油平台或天然气平台是涉水装置的例子。除了供能系统之外，本发明还涉及一种用于运行所述供能系统的对应方法。

背景技术

用于涉水装置或浮动装置的供能系统具有能量源。如果在下面提到浮动装置，那么其也相应地是指涉水装置并且反之亦然。能量源的实例是柴油发电机、燃料电池、电池/蓄电池、飞轮等。柴油发电机的柴油机例如可借助于重质船用柴油和/或LNG来运行。供能系统例如设置用于给浮动装置的驱动器供电，或给辅助运行器或其他耗电器如空调、照明装置、自动化系统等供电。供能系统尤其可以设计成，使得即使在能量源失效的情况下也能够实现浮动装置的至少一次紧急运行。浮动装置的能量供应尤其具有船载网络。船载网络(船载电网)用于给浮动装置供电。

例如，如果浮动装置有能力保持其位置，则该浮动装置具有多个驱动器。这些驱动器尤其具有螺旋桨或喷水推进器(Waterjet)。这些用于保持船在水中的位置和/或用于在水中推进船的驱动器尤其应保持为彼此无关地准备运行。例如，如果所述浮动装置在船尾区域具有两个或更多个驱动系统，例如两个POD驱动器或两个螺旋桨，其具有从船体伸出的、由具有轴发电机的电动马达和/或柴油马达驱动的轴，则有利的是，所述驱动系统在一个驱动器发生故障的情况下能够彼此无关地被供电。

从EP 3 046 206 A1中已知船上的能量分配装置。所述能量分配装置具有第一中压总线和第二中压总线。第二中压总线与第一中压总线不直接连接。此外，功率分配具有低压的第一AC总线、在第一中压总线与第一AC总线之间的第一整流器，以便实现从第一中压总线到第一AC总线的功率流。此外，能量分配装置还具有第二AC总线和在第二中压总线与第二AC总线之间的第二整流器，以便实现从第二中压总线到第二AC总线的功率流。

从WO 2016/116595 A1中已知一种用于分配在船上所存储的电能的装置，所述装置还包括一个或多个交流耗电器。在初级电能供应失效的情况下，设有具有多个电能存储元件的DC网络，以便实现给一个或多个AC耗电器供应所存储的电能。在直流电路中设置有多个中断器系统，所述断路器系统用于关断一个或多个辅助电源。

由DE 102009043530 A1已知一种具有电驱动轴的供能系统。电驱动轴具有：用于产生幅度可变和频率可变的电压的至少一个变速发电机；和被供应所述电压的至少一个变速驱动马达。发电机例如具有超导体绕组，尤其高温超导体(HTS)绕组。

在船载电网中，通常需要在不同的电压电平和/或不同的电压形式(AC或DC)中的电能。为此，例如提供出自一个或多个内燃机的初级能量，并且借助于一个或多个三相发电机(异步发电机或同步发电机)将其转化为电能。同步发电机例如是永磁同步发电机。所述电能尤其在船载电网中可用的最高电压电平(供电网，高的电压电平)上产生。为了产生另外的电压电平，例如使用变压器和/或DC/DC转换器。变压器通常具有高的重量和结构体积、大约1％的损耗，并且输入和输出频率始终相同。例如，所产生的全部发电机功率经由高的电压电平馈入并且分配到主能量总线上。在许多系统或船载网络中，主能量总线是三相交流电总线(交流电＝AC)，由此展开AC网络。电能在此尤其经由一个或多个配电盘分配。在AC网络中，下部网络的频率等于上部网络的频率。在此，下部网络与上部网络的区别在于电压，其中上部网络具有比下部网络更高的电压。如果在高的电压电平中频率是可变的，则使用具有用于分配电能的AC能量总线的AC网络可能是不利的。可变频率特别是变速内燃机的结果。为了从上部的AC能量总线中供应低的电压电平，通常需要多个变压器。能量经由上部的AC主能量总线，即经由上部的电压电平进行传输。能量在电压电平内可经由开关设施分配。AC开关设施用于分配AC。能量总线的电压水平或电压电平在很大程度上取决于装机功率。给不同的耗电器馈电，并且给位于其下的电压电平供应能量。为了连接不同的电压电平，在AC网络中需要变压器，由此电压电平具有相同的频率。所使用的变压器的变压比确定电压比。

发明内容

因为在浮动装置上耗电器对供能系统有不同的要求，并且不同的耗电器也与浮动装置的运行状态相关地从供能系统中获取能量，所以供能系统需尽可能灵活地设计。据此，本发明的目的是提供一种灵活的供能系统或一种用于运行这种供能系统的灵活的方法。

所述目的根据权利要求1或11实现。本发明的另外的设计方案根据权利要求2至10或12得出。

用于涉水装置的，以及尤其用于浮动装置的供能系统具有用于第一直流电压的第一直流电压总线和用于第二直流电压的第二直流电压总线。这意味着，第一直流电压总线适合于或设置用于第一直流电压电平，并且第二直流电压总线适合于或设置用于第二直流电压电平。第一直流电压电平尤其高于第二直流电压电平。也就是说，第一直流电压电平对应于第一直流电压总线，并且第二直流电压电平对应于第二直流电压总线。例如，所述直流电压电平相差5至50之间的因数。也就是说，例如1:5至1:20的比是可能的。这相应适用于具有在所描述的设计方案之一中的供能系统的涉水装置或浮动装置，尤其船。

涉水装置的实例是：船(例如巡游船、集装箱船、支线船、支援船、起重船、油轮、战舰、登陆舰、破冰船等)，浮动平台，牢固地锚定在海底中的平台等。

在一个设计方案中，浮动装置或涉水装置和/或供能系统具有第一区和第二区。在此，如上面已经指出的那样，在下文中，也应将浮动装被理解为涉水装置。浮动装置还可以具有多于两个的区。所述区的类型能够是不同的。区例如能够是防火区。多个区能够通过一个或多个舱壁隔开。如此形成舱室，所述舱室例如能够用于防止火灾和/或防止浮动装置或涉水装置沉没。一个或多个舱壁能够气密地和/或液密地和/或阻燃地设计或构成。在浮动装置例如船中，例如能够存在至少一个横向舱壁和/或纵向舱壁和/或水密甲板。但是，形成区或舱室。舱室能够表示区域，就像区能够表示舱室一样。用于浮动装置或涉水装置的供能系统具有第一能量源和第二能量源，其中第一能量源在第一区中设置用于给至少两个直流电压总线中的至少一个直流电压总线馈电，并且其中第二能量源在第二区中设置用于给至少两个直流电压总线中的至少一个直流电压总线馈电。也就是说，第一能量源例如能够设置用于仅给第一直流电压总线馈电或用于给第一直流电压总线和第二直流电压总线馈电。这同样适用于第二能量源，所述第二能量源例如能够设置用于仅给第一直流电压总线馈电或用于给第一直流电压总线和第二直流电压总线馈电。给相应的直流电压总线馈电在此尤其涉及与直流电压总线的直接连接。应将直接连接理解为如下电连接，在所述电连接中不中间连接另外的DC总线以进行能量分配。但是，直接连接例如能够具有整流器、变压器、开关、DC/DC调节器。供能系统的能量源例如能够是以下类型：柴油发电机、燃气涡轮发电机、电池、电容器、超级电容器(SUPER-Caps)、飞轮储能器、燃料电池。

在供能系统的一个设计方案中，该供能系统至少部分地与区相关地划分。所述划分尤其在地点上对应于用于至少两个区的区细分。涉水装置的区尤其通过结构上的装置如舱壁得出。供能系统的划分尤其通过能够断开或建立电连接的开关装置得出。通过这种开关装置能够在供能系统中构成部段。

在供能系统的一个设计方案中，在初级能量源与次级能量源之间进行区分。这些类型的能量源涉及其给相应的总线的相关性。这些类型的能量源涉及任何类型的能量源，例如柴油发电机、电池、燃料电池、具有发电机的燃气轮机、超级电容器、飞轮储能器等。初级能量源与第一直流电压总线(DC总线)相关联，其中初级能量源尤其用于获得用于浮动装置或涉水装置的主驱动器的电能。例如，一个或多个初级能量源也能够用于供应另外的、尤其下游的直流电压总线(其与进行供电的DC总线相比具有更低的DC电压)。这种关联性意味着，在所述初级能量源与第一直流电压总线之间不中间连接另外的直流电压总线。次级能量源与第二直流电压总线(DC总线)相关联，其中次级能量源尤其用于获得用于浮动装置或涉水装置的运行系统的电能，所述电能不用于浮动装置的主驱动器。这种关联性也意味着，在所述次级能量源与第二直流电压总线之间不中间连接另外的直流电压总线。在一个设计方案中，还存在如下可行性：使用与第二直流电压总线相关联的至少一个次级能量源来给第一直流电压总线并且尤其给主驱动器供电。浮动装置的运行系统例如是(船载供电装置、旅馆运营、武器系统等)。在供能系统的一个设计方案中，选择次级能量源，使得必要时所述次级能量源能够更快地对负载波动做出反应。负载例如是用于驱动浮动装置的至少一个驱动马达和/或浮动装置的用于例如泵、压缩机、空调、电缆绞车、船载电子装置等的其他耗电器。在游轮中，用于例如空调、厨房、洗衣房、照明装置等的耗电器也称为酒店负载。

供能系统能够具有多个相同类型的能量源。在供能系统的一个设计方案中，不同类型的能量源能够在不同的区中。由此，例如在紧急情况下和/或在故障情况下，能够提高浮动装置内的供电安全性。在另一设计方案中，不同类型的能量源能够处于相同的区中。

在供能系统的一个设计方案中，将最小的负载即最小的功率处的中间回路电压分配为，使得为此能够使用换流器。在其他更大的负载中，使用所述单个换流器，只要该换流器是可用的。对于如下其他更大的负载，所述负载对于具有所选择的电压的换流器而言过大，使用并联的换流器或具有多个绕组系统的马达。通过这种方法途径，能够以成本优化的方式实现中压直流电压系统。

例如，在推进器负载为3.5MW的情况下，将中间回路电压确定为4.5kV直流电压(3.3kV三相电压)。3.5MW是连接在中压直流电压系统上的最小负载。另一12MW的负载同样以3.3kV的三相电压从而以4.5kV的直流电压运行。所述负载借助于两个并联的变流器或借助于具有两个绕组系统的机器运行。一个轴上也可以有两个机器。

将中压直流电压总线保持在3.2kV至6kV的电压范围内的设计目的是确保成本优化的系统。

通过并联和/或通过多绕组机器实现更大的功率。

降低的中压直流电压确定也减少了结构体积和在区之间的半导体开关的成本以及防止换流器短路的成本。

在馈电侧上的整流器中能够以相同的方式进行。

通过在浮动装置中使用第一直流电压总线和第二直流电压总线，能够以简单的方式将电能从一个总线传输到另一总线，而没有不必要的损耗。这尤其在故障情况下是有利的，在所述故障情况中，用于第一总线的一个或多个能量源失效。如果能量级的链接经由AC连接来进行，则这尤其在故障情况下可能导致更高的损耗。在DC网络中，首先对能量进行整流，以便在高的DC电压上进行分配(转换1)。然后必须借助于逆变器从DC电压产生AC电压(转换2)。逆变器必须实现与发电机相同的功能(在低的电压电平中的选择性和频率控制)。需要变压器来调整电压(转换3)。这种三重转换带来大约3-3.5％的损失。部件的成本和重量非常高。所使用的逆变器相对于低的电压电平的谐波是敏感的。将马达和非线性负载接入到所使用的逆变器上也是有问题且受限制的。借助于所提出的具有第一直流电压总线和第二直流电压总线的供能系统，能够减少损耗。

在供能系统的一个设计方案中，除了第一能量源和第二能量源之外，该供能系统还具有第三能量源。第一能量源和第二能量源例如是初级能量源，而第三能量源是次级能量源。第三能量源例如能够用于峰值负载抑制(Peakshaving)和/或用作为旋压储备(spinning reserve)。这意味着，浮动装置的不能够通过初级能量源迅速覆盖的能耗峰值通过次级能量源覆盖，和/或当一个能量源失效时能够提供能量。

在供能系统的一个设计方案中，该供能系统具有：构成为环形总线的、具有3kV至18kV的直流电压的中压直流电压总线；以及构成为环形总线的、具有为0.4kV至1.5kV的直流电压的低压直流电压总线。

在供能系统的一个设计方案中，除了DC总线之外，三相交流电总线(AC总线)也能够用作为能量总线，尤其作为另一主能量总线或也能够作为DC总线的替代。DC分配系统(DC总线)和/或AC分配你系统(AC总线)也能够用于低压电平。

也就是说，用于涉水装置、尤其浮动装置的供能系统也可构成有用于第一直流电压的第一直流电压总线和用于第二直流电压的第二直流电压总线，其中供能系统具有第一能量源，其中第一能量源具有发电机系统，所述发电机系统具有用于给第一直流电压总线馈电的第一绕组系统，并且所述发电机系统具有用于给第二直流电压总线馈电的第二绕组系统。因此，借助于一个发电机系统能够给不同的电压电平馈电。如果供能系统具有其他能量源，则所述其他能量源也能够具有这种发电机系统。

在供能系统的一个设计方案中，其中是指此处的还有至此为止和下面所有所描述的功能系统，第一绕组系统设计用于第一电压，并且第二绕组系统设计用于第二电压，其中第一电压大于第二电压。发电机系统例如具有仅一个发电机，或者例如具有两个发电机。发电机尤其是同步发电机。也能够使用异步发电机和/或PEM发电机。如果发电机具有低压绕组系统和中压绕组系统，则该发电机尤其具有大的Xd″。在发电机的一个实施方案中，该发电机能够具有大的xd“。由此，减少了发电机的短路电流贡献，并且实现防短路的整流器的更简单的设计。在短路情况下，这种降低的短路电流还减小轴系上的机械应力。尤其地，整流器的防短路的设计实现供能系统的简单的构造，因为不需要附加的防短路元件，从而在无需分离机构的情况下可以在发电机和整流器之间进行直接连接。这在中压电平上尤其是有利的，因为分离或保护机构例如功率开关或保险装置需要大量空间，具有显著的成本因数或有时也是不可用的。发电机的三相中压端子例如能够连接到二极管整流器或受调节的整流器上，从而给中压直流总线馈电。这也以类似的方式适用于低压直流总线的三相低压端子。低压直流总线的变流器尤其也可以是有源前端(AFE)。所述有源前端尤其具有四象限运行。由此，例如可行的是，将电能从电池中馈送到低压直流总线中，从该处经由有源前端馈送到中压直流总线中。有源前端是有源整流器，所述有源整流器实现沿着这两个方向的能量流。

在供能系统的一个设计方案中，第一绕组系统与第一直流电压总线电连接以给所述第一直流电压总线以无变压器的方式馈电。通过省去变压器节省重量、体积和/或成本。

在供能系统的一个设计方案中，第二绕组系统与第二直流电压总线电连接以给所述第二直流电压总线以无变压器的方式馈电。在此，也通过省去变压器节省重量、体积和/或成本。

在供能系统的一个设计方案中，发电机系统具有第一发电机和第二发电机，所述第一发电机具有第一绕组系统，所述第二发电机具有第二绕组系统，其中第一发电机和第二发电机可借助于共同的轴系统来驱动。第一发电机和第二发电机尤其稳定地、即刚性地耦合。通过将两个发电机用于两个绕组系统，可将发电机的设计保持得简单。

在供能系统的一个设计方案中，发电机系统是多绕组系统发电机，其中多绕组系统发电机的定子具有第一绕组系统和第二绕组系统或其他绕组系统。如此可构成紧凑的发电机系统。

在供能系统的一个设计方案中，多绕组系统发电机具有槽，所述槽与第一绕组系统和第二绕组系统有关。由此能够实现紧凑的构造。

在一个设计方案中，在发电机中，这两个绕组系统能够设置在槽中，使得实现尽可能好的解耦，以避免影响绕组系统。如果将不同的绕组系统引入在不同的槽中，则实现充分的解耦。

在供能系统的一个设计方案中，涉水装置，如尤其浮动装置，还具有第一区、第二区和第二能量源，其中第一能量源在第一区中设置用于给至少两个直流电压总线中的至少一个直流电压总线馈电，并且其中第二能量源在第二区中设置用于给至少两个直流电压总线中的至少一个直流电压总线馈电。因此能够改进给直流电压总线供电的安全性。

用于涉水装置、尤其浮动装置的供能系统还可构成有用于第一直流电压的第一直流电压总线和用于第二直流电压的第二直流电压总线，其中第一能量源具有至直流电压总线的至少三个进行馈电的电连接部，其中直流电压总线中的至少一个直流电压总线具有部段。借此也能够改进供能系统的供电安全性。

在供能系统的一个设计方案中，至少三个进行馈电的电连接部中的第一进行馈的电连接给第一部段馈电，并且至少三个进行馈电的电连接部中的第二进行馈的电连接给同一直流电压总线的第二部段馈电，其中至少三个进行馈电的电连接部中的第三进行馈电的电连接部给另一直流电压总线的一个部段馈电。因此，电能的馈送能够分布在不同的直流电压总线上。

在供能系统的一个设计方案中，该供能系统具有第一能量源的第四进行馈电的连接部，其中至少四个进行馈电的连接部中的两个连接设置在第一直流电压总线的不同部段中以给第一直流电压总线馈电，并且其中至少四个进行馈电的连接部中的两个另外的连接设置在第二直流电压总线的不同部段中以给第二直流电压总线馈电。这提高涉水装置的运行安全性。

用于涉水装置、尤其浮动装置的供能系统还可构成有用于第一直流电压的第一直流电压总线和用于第二直流电压的第二直流电压总线，其中第一能量源具有至直流电压总线的至少两个进行馈电的电连接部，其中直流电压总线中的至少一个直流电压总线具有多个部段。由此也能够改进供能系统的供电安全性。

在供能系统的一个设计方案中，至少两个进行馈电的电连接部中的第一进行馈电的连接部给第一部段馈电，并且至少两个进行馈电的电连接部中的第二进行馈电的连接部给同一直流电压总线的第二部段馈电，或者至少两个进行馈电的电连接部中的第二进行馈电的连接部给另一直流电压总线的一个部段馈电。因此，电能的馈送能够分布在不同的直流电压总线上。

在供能系统的一个设计方案中，该供能系统具有第一能量源的第三进行馈电的连接部和第四进行馈电的连接部，其中至少四个进行馈电的连接部中的两个进行馈电的连接部设置在第一直流电压总线的不同部段中以给第一直流电压总线馈电，并且其中至少四个进行馈电的连接部中的两个另外的进行馈电的连接部设置在第二直流电压总线的不同部段中以给第二直流电压总线馈电。这提高涉水装置的运行安全性。

在供能系统的一个设计方案中，至少两个进行馈电的电连接部中的第一进行馈电的连接部给第一部段馈电，并且至少两个进行馈电的电连接部中的第二进行馈电的连接部给同一直流电压总线的第二部段馈电，其中第三进行馈电的连接部给另一直流电压总线的一个部段馈电。因此，电能的馈送能够分布在不同的直流电压总线上。

在供能系统的一个设计方案中，涉水装置具有第一区和第二区，其中第一直流电压总线和/或第二直流电压总线在第一区和/或第二区上延伸，其中第一能量源设置在不同的区中以给第一直流电压总线和/或第二直流电压总线的部段馈电。由此，能够增加用于给直流电压总线供电的冗余度。

在供能系统的一个设计方案中，该供能系统具有第二能量源，其中第一能量源在第一区中设置用于给至少两个直流电压总线中的至少一个直流电压总线馈电，并且其中第二能量源在第二区中设置用于给至少两个直流电压总线中的至少一个直流电压总线馈电。因此，即使仅一个能量源工作，仍能够给这两个直流电压总线供电。

在供能系统的一个设计方案中，第一直流电压总线的部段具有至第一能量源的进行馈电的连接部并且具有至第二能量源的另一进行馈电的电连接部。由此也能够改进系统的灵活性。

在供能系统的一个设计方案中，第二直流电压总线的部段具有至第一能量源的进行馈电的连接部并且具有至第二能量源的另一进行馈电的电连接部。但是，进行馈电的连接部在此通常也能够具有开关，以便能够灵活地激活或禁用进行馈电的连接部(进行馈电的电连接部)。

在供能系统的一个设计方案中，直流电压总线中的至少一个直流电压总线可以构成或构成为环形总线。环形总线可以通过开关断开。环形总线尤其能够分为两个较小的总线。较小的总线就其而言能够通过添加元件转换为环形总线。通过断开环形总线的可行性能够灵活地对错误做出反应。

在供能系统的一个设计方案中，用于断开总线和/或环形总线的开关构成为超快的开关元件，并且尤其构成为具有1μs至150μs范围内的触发时间的半导体开关机构或混合开关机构。混合开关机构具有机械元件和半导体和/或电子元件。快速触发减小出现的短路电流，并且防止错误对相邻区产生负面影响。这防止相邻区的进一步失效。

在供能系统的一个设计方案中，设有用于第一直流电压的第一直流电压总线和用于第二直流电压的第二直流电压总线，其中第一直流电压大于第二直流电压。尤其地，较低的电压是低压(LV)，而较高的电压是中压(MV)。低压尤其处于400V和1000V之间。也就是说，将来也期望电压高达1500V的低压系统。中压大于1000V或1500V，尤其处于10kV和20kV之间或处于5kV和20kV之间。以下值例如适合作为中压的值：5kV、6kV、12kV和18kV。尤其地，直流电压总线的不同电压电平也给耗电器提供成本最佳的关联性(尤其由于功率电子装置的成本)，其中在此将较低功率的耗电器与较低的电压相关联。应将关联性理解为耗电器到直流电压总线上的电连接。

在供能系统的一个设计方案中，第一直流电压总线例如经由以下耦合中的至少一个耦合与第二直流电压总线连接：

○DC/DC转换器

○逆变器-变压器-整流器

也就是说，在供能系统的一个设计方案中，第一直流电压大于第二直流电压。尤其地，第一直流电压是中压(MV：Medium Voltage-中压)，并且第二直流电压是低压(LV：LowVoltage-低压)，其中可行的是从第一直流电压总线到第二直流电压总线的能量传输以及从第二直流电压总线到第一直流电压总线的能量传输。这提高供能系统的灵活性、可用性和/或容错性。

在供能系统的一个设计方案中，第一直流电压总线设置用于第一直流电压，并且第二直流电压总线设置用于第二直流电压，其中第一直流电压大于第二直流电压。因此，能够经由适当的电压电平给耗电器如马达、电子装置、加热装置等供电。

在供能系统的一个设计方案中，直流电压总线中的至少一个直流电压总线设置用于在至少两个区上延伸。由此，例如能够给本身不具有能量源的区供电。

在供能系统的一个设计方案中，可借助于旁路桥接区。能够将旁路理解为环形总线的一部分，其中在旁路的区域中的分支是断开的。在一个设计方案中，旁路也能够经由另一直流电压电平来实现。因此，例如能够将水下或爆发火灾的区与供电装置断开，而不会妨碍对应总线所到达的另一区。

在供能系统的一个设计方案中，直流电压总线中的至少一个直流电压总线具有多个部段，其中所述部段是与区相关的。所述部段例如可借助于开关彼此分开。在此，开关能够是机械开关和/或机械开关和半导体开关和/或半导体开关。

在供能系统的一个设计方案中，两个区能够具有两个部段。在另一设计方案中，一个区能够具有同一总线的两个部段。在另一设计方案中，具有部段的每个区具有自身的能量源。

在供能系统的一个设计方案中，第一能量源在第一区中设置用于给第一直流电压总线和第二直流电压总线馈电。因此，能够在一个区中例如给这两个电压电平供给能量。

在供能系统的一个设计方案中，第一直流电压总线设置用于给第二直流电压总线馈电。因此，也能够通过连接在第一直流电压总线上的能量源给第二直流电压总线供给能量。

在供能系统的一个设计方案中，该供能系统具有三相电流总线，其中第二直流电压总线设置用于给三相电流总线馈电。在此，三相电流总线能够在至少两个区上延伸或限制于一个区。在一个设计方案中也可行的是，通过三相电流总线桥接一个或多个区，即存在至少一个区的旁路。三相电流总线(交流电)设置用于给交流电供电器供电。例如，在游轮中，这也能够是可连接到插座上的厨房用具，如烤面包机、华夫烘烤模或咖啡机。

在供能系统的一个设计方案中，可行的是，尤其根据船舶应用，至少部分地将处于低压电平上的AC分配网络集成到中压DC分配网络中，或者在区内部构成各个DC岛，所述DC岛在区之间经由AC连接来连接。在供能系统的一个设计方案中，各个DC岛经由DC/DC转换器彼此连接。

在供能系统的一个设计方案中，区可自给自足地运行，其中所述自给自足的区具有至少一个能量源，其中第一直流电压总线和/或第二直流电压总线是可馈电的，其中第一直流电压总线和/或第二直流电压总线通过其相应的部段也保留在所述区中。也就是说，部段不超出区。因此，能够在浮动装置内实现自给自足的区域，所述区域即使在浮动装置的所述区中的一个区失效或损坏时也能够是有工作能力的。

在供能系统的一个设计方案中，浮动装置具有至少两个纵向区和至少两个横向区，其中至少一个直流电压总线的两个部段处于相同的横向区中并且也处于不同的纵向区中。因此，关于对供能装置的作用，例如能够限制在船的一侧出现的故障。纵向区例如由纵向舱壁限界。横向区例如由横向舱壁限界。

在供能系统的一个设计方案中，直流电压总线中的至少一个直流电压总线具有开关装置(开关)。机械地和/或电地通过半导体工作的开关装置用于断开或连接相应的总线的部段。能够根据基于电状态生成的开关指令和/或根据基于区中的事件(例如进水、着火等)生成的开关指令来触发开关装置以进行断开或连接。

在供能系统的一个设计方案中，直流电压总线中的开关装置是故障隔离开关，其中故障隔离开关尤其在发生短路故障时断开总线。由于这种功能，故障隔离开关也能够称为短路开关。开关装置尤其分开两个区。开关装置例如是快速开关，所述快速开关实现总线的多个部段的安全的分开。因此，区中的短路能够被限制于该区域。其他区保持尽可能不受多个区中的一个区中的短路的影响。由此可避免在短路的情况下关闭和再次重启供能装置。由此降低整个浮动装置停电的概率。

在用于运行浮动装置的供能系统的方法中，其中浮动装置具有第一区域和第二区域，其中浮动装置具有用于第一直流电压的第一直流电压总线和用于第二直流电压的第二直流电压总线，其中浮动装置具有第一能量源和第二能量源，电能从第一区传输到第二区中或从第二区传输到第一区中。因此，例如无论区是否具有能量源，都能够给所述区供给电能。

在用于运行用于涉水装置的供能系统的方法中，所述供能系统具有：用于第一直流电压的第一直流电压总线和用于第二直流电压的第二直流电压总线；第一能量源，其中第一能量源具有发电机系统，所述发电机系统具有用于给第一直流电压总线馈电的第一绕组系统并且具有用于给第二直流电压总线馈电的第二绕组系统，借助于第一绕组系统产生第一电压，并且借助于第二绕组系统产生第二电压，其中第二电压小于第一电压，其中使用柴油机或燃气轮机来驱动发电机系统。该方法以及其他方法能够通过其他设计方案来补充和/或组合。

在所述方法的一个设计方案中，禁止通过第一绕组系统馈电或通过第二绕组系统馈电。因此，例如在港口中的游轮中，其旅馆负载能够经由仅一个绕组系统来操纵。也就是说，如果仅需要用于LV总线的能量，则能够打开至MV系统(MV总线)的或在MV系统(MV总线)中的开关。

在用于涉水装置的供能系统的运行方法中，所述供能系统具有：用于第一直流电压的第一直流电压总线和用于第二直流电压的第二直流电压总线；第一能量源，所述第一能量源具有至直流电压总线的至少两个或至少三个进行馈电的电连接部，其中所述直流电压总线中的至少一个直流电压总线具有多个部段，给直流电压总线供给电能。进行馈电的电连接部例如具有用于断开或闭合连接的开关。因此，例如能够将供能系统的(例如由于短路而引起的)故障区域与正确工作的区域分开。

在所述方法的一个设计方案中，在执行所述方法时使用在此描述的供能系统。

在所述方法中的至少一个方法的一个设计方案中，在区中存在干扰例如短路、接地故障、进水、着火的情况下，与舱壁相关地例如与区相关地断开直流总线中的至少一个直流总线。

在所述方法中的至少一个方法的一个设计方案中，在存在干扰的情况下关闭舱壁，并且与舱壁相关地断开直流总线中的至少一个直流总线。因此，尤其在存在干扰的情况下，能够将所述干扰限制于一个区。

在所述方法中的至少一个方法的一个设计方案中，对于至少第一区执行第一能量管理，并且对于至少第二区执行第二能量管理。因此，具有能量源的每个区例如能够具有通过能量管理系统进行的能量管理，其中不同区的能量管理系统可在数据技术上彼此连接。尤其可以定义主能量管理系统，所述主能量管理系统开环控制和/或闭环控制由各个能量管理系统管理的区之间的能量流。能够使用有线的或基于无线电的传输系统进行数据传输。通过基于无线电的传输系统能够更好地掌握由于区内的机械损坏而出现的干扰。

在一个设计方案中，仅存在一个能量管理系统，其中在故障情况中每个区可自给自足地运行，即使在上级能量管理系统失效时也如此。为此，区具有至少一个自给自足的自动化系统。

在所述方法中的至少一个方法的一个设计方案中，该方法能够与供能系统的在此所描述的每个设计方案和组合一起使用。由于所述方法或供能系统的高的灵活性，浮动装置的灵活运行是可行的。

借助于在此描述的供能系统，能够实现具有用于至少两个电压电平的高性能船载网络的网络架构。在DC网络中，对电能进行整流并且经由共同的DC总线分配。大型AC耗电器以及小型耗电器例如主驱动器和辅助驱动器，经由逆变器从DC总线中被馈电。AC子网需要逆变器和变压器。如在传统的AC主网络中那样，能够经由变压器的变压比来选择电压。频率可与发电机的转速无关地通过逆变器来设定。通过使用、尤其越来越多地使用直流电压总线，能够避免在AC电网中存在的关于变压器的大重量的问题以及电网相对于发电机的不同的频率。在使用具有至少两个DC电压电平(中压(MV)和低压(LV))的DC网络架构时，减少使用例如用于50Hz或60Hz的电网频率变压器的需求。所述网络架构的特征尤其在于能够表现为闭合的总线的至少两个DC总线系统(LV和MV)。尤其通过使用用于LV和MV的非常快的半导体开关实现所述DC环形总线，以便确保在故障情况中区中的各个总线部段的集成。由此避免有故障的总线部段导致其他总线部段的失效。除了MV环形总线外，LV DC环形总线的集成还实现将分散式储能系统连接在LV DC环形总线上，并且通过闭合的总线实现能量的使用和分配。在此，分散式储能系统尤其是次级能量源。使用多个闭合的DC环形总线尤其也实现在不同的电压电平的环形总线之间的功率细分和/或能量分配的更好的可行性。连接不同的电压电平的一种可行性在于经由DC/DC转换器。另一可行性在于，在发电机的AC侧经由变压器和整流器给另外的DC环形总线供电，而直接经由整流器给具有较高功率/较高电压的DC环形总线供电。在储能器连接到低压DC环形总线上的情况下，低压环形总线的整流器也可以设计为有源逆变器，以实现双向能量流。通过整流器或受控整流器给发电机馈入也可以实现发电机输出电压的更高的频率，从而降低了所需变压器的重量和尺寸。

在供能系统的一个设计方案中，发电机具有至少两个电压电平。由此可以进一步优化系统并且避免重的变压器。通过使用具有至少两个电压电平的发电机，能够给第一电压电平和第二电压电平供电。这尤其涉及第一直流电压总线并且同样涉及第二直流电压总线，所述第一直流电压总线和第二直流电压总线分别经由整流器与发电机连接。由此避免如在AC网络中那样多次地转换能量。覆盖高的电压电平和第二电压电平的设置在此是有意义的，因为第二电压电平以及其他低的电压电平中的功率总是继续降低。

在另一设计方案中，第二直流电压总线上的整流器也能够构成为有源整流器，其中该有源整流器允许沿着这两个方向的能量流和/或也能够形成电网。由此，能够将能量从作为低压总线运行的第二直流电压总线经由固定的、不旋转的发电机传输到作为中压总线运行的第一直流电压总线。

在供能系统的一个设计方案中，发电机频率能够在一定界限内自由选择。在使用具有单独的绕组的发电机时，对于不同的电压可以有不同的频率。频率和其他机器参数影响相关联的DC网络的稳定性。这两个电压电平通过不同的发电机绕组或有源部件彼此不相关地被馈电。在此，有源部件是设置在位于轴上的壳体中还是串联设置是无关紧要的。在两个轴端处的运行也是可行的。

在供能系统的一个设计方案中，发电机的有源部件长度缩短。因此，发电机例如能够具有两个不同的有源部件长度。这例如通过使用新的生产技术如3D打印来实现。例如在绕组头的区域中产生可行的节省。由此，如下发电机也是有意义地，所述发电机尽管存在多个一个接一个的绕组但并不变长或仅无关紧要地变长。

通过用于具有大的船载网络功率和/或酒店功率的船(例如，游轮、海军(除了驱动功率之外，具有对电功率的提高的需求的新类别，FPSO；FSRU))的新型网络架构，能够借助于将多个闭合的DC环形总线集成到不同的电压电平上来实现有效的能量供给。DC总线的增强的使用实现减少对于AC网络而言所必需的网络配电变压器、例如50Hz或60Hz的变压器。

基于供能系统的所描述的设计方案中的一个设计方案，能够在浮动装置中取消高的电压电平中的AC/DC/AC转换，并且能够简化电压电平之间的DC/AC/DC转换。如果子网、即具有较低的电压的网络是DC网络，则能够最佳地选择进行馈电的AC电压的频率。

在一个设计方案中，能够通过快速切换的半导体开关来确保具有不同的电压电平的多个DC环形总线的使用，并且实现在总线之间更优化的和更安全的负载分配和储能器在各个区之间的更优化的分配和使用。第二电压电平和与其相比更低的电压电平的耗电器能够以固定的、可自由预设的频率来馈电，所述频率与柴油发电机的转速无关，即使当高的电压电平以可变的频率来运行时也如此。

在传统网络中，例如在游轮中，配电变压器针对第二电压电平冗余地设计。例如，如果酒店功率为10MW，则配电变压器的总装机功率至少为20MW。由于附加的安全性并且在考虑同时性因素的条件下，所述值再次明显提高到在25MW和30MW之间的值。但是，连接在第一电压电平上的发电机仅需为第二电压电平提供总计20MW。

所描述的不同供能系统或涉水装置以及所描述的方法能够在其特征方面以可变的方式组合。由此，相应的系统、相应的装置或方法例如能够匹配于在游轮、起重船、石油平台等中的使用。

在供能系统的一个设计方案中，该供能系统具有电轴。这是一种电驱动解决方案，其中至少一个发电机和至少一个驱动马达在没有中间连接的变流器或整流器的情况下彼此耦合。在这种驱动解决方案中，一个或多个变速驱动马达(即用于驱动螺旋桨的马达)在没有中间连接的变流器或换流器的情况下直接借助于由一个或多个变速发电机产生的幅度可变和频率可变的电压来运行。这种发电机也能够经由整流器给直流电压总线中的至少一个直流电压总线馈电。因此，在电轴的情况下，通过开环控制和/或闭环控制用于驱动发电机的内燃发动机来间接地开环控制和/或闭环控制马达进而开环控制和/或闭环控制推进单元。驱动马达在此固定地与发电机电耦合，即，发电机的旋转运动引起电驱动马达的相应的成比例的旋转运动。因此，借助于电机来模拟机械轴的功能。这种驱动解决方案被称为电轴。也可行的是，从电轴中经由船载网络变流器耦合输出电能，即船载网络变流器将由(多个)发电机产生的幅度可变和频率可变的电压转换为具有用于船载网络的幅度恒定和频率恒定的电压。例如，LV直流电压总线与船载网络相关联，即，船载网络具有该LV直流电压总线。电驱动轴例如包括用于产生具有幅度可变和频率可变的电压的至少一个变速发电机和至少一个被供给有所述电压的变速驱动马达。至少一个发电机在此尤其具有超导体绕组，尤其高温超导体(HTS)绕组。超导体绕组能够是发电机的定子绕组或转动的发电机转子绕组。具有超导体绕组的发电机尤其具有与没有超导体绕组的传统发电机相比在发电机转子和定子之间明显更大的磁气隙。这主要是因为：超导体由真空低温恒温器或类似的冷却装置冷却，所述真空低温恒温器或冷却装置的壁部在气隙中伸展。相对大的磁气隙引起：与传统发电机相比，发电机具有明显更低的同步电抗。这引起，在相同的电功率下，与传统发电机相比，HTS发电机具有明显更稳定的电流-电压特性曲线。由此，在负载接入或负载浪涌的情况下，不引起由发电机产生的电压的骤降。由此能够减少电轴中的电压和频率波动。由此，对于电轴不需要耗费的调节来稳定行进网络的电压以及驱动电机或推进单元的转速。当至少一个驱动马达也具有超导体绕组，尤其高温超导体(HTS)绕组时，所述驱动马达能够在小的结构尺寸的情况下以功率和扭矩极其强的方式构成，这尤其对于在冰中使用船舶是重要的。在一个设计方案中，超导体绕组是转动的发电机转子绕组。在所述发电机转子绕组中，与在超导体定子绕组中相比，待冷却的表面小于所能够保持的表面。在分别用于产生具有幅度可变和频率可变的电压的多个变速发电机中，电轴也包括发电机同步装置，所述发电机同步装置用于使由发电机产生的电压的幅度、频率和相位同步。

在供能系统的一个设计方案中，至少一个发电机和/或马达具有HTS技术。

在供能系统的一个设计方案中，设有用于港口供电的接口。所述接口例如是与MV直流电压总线的连接部和/或与LV直流电压总线的连接部和/或与供能系统的三相电流系统的连接部。

附图说明

在下文中示例性地根据附图描述本发明。在此，相同的附图标记用于相同类型的单元。附图示出：

图1示出具有细分为区的第一细分的船，

图2示出具有细分为区的第二细分的船，

图3示出具有细分为区的第三细分的船，

图4示出用于供能系统的第一电路图，

图5示出用于供能系统的第二电路图，

图6示出用于供能系统的第三电路图，

图7示出用于供能系统的第四电路图，

图8示出用于供能系统的第五电路图，

图9示出用于供能系统的第六电路图，

图10示出用于供能系统的第七电路图，

图11示出绕组系统，

图12示出等效电路，

图13示出用于供能系统的第八电路图，

图14示出用于供能系统的第九电路图，

图15A示出用于供能系统的第十电路图的部分A，以及

图15B示出用于供能系统的第十电路图的部分B。

具体实施方式

根据图1的视图示出具有细分成区的第一细分的船101。示出第一区31、第二区32、第三区33和第四区34，这些区由舱壁71限界。另一个例如通过水密甲板70实现。

根据图2的视图以平面图和俯视图的形式示出船101，所述船具有细分成区31至39的第二细分。所述区也可以划分成纵向区102和横向区103。供能系统100在所述区上延伸。供能系统具有第一直流电压总线11和第二直流电压总线12。直流电压总线11和12在所述区上不同地延伸。在另一设计方案中，也能够省去在纵向区中的舱壁。但是，这未示出。

根据图3的视图示出具有细分成区31至39的第三细分的船100，其中区37、38和39是船内的中央区，并且在左舷侧和右舷侧由另外的区限界。供能系统100具有第一直流电压总线11和第二直流电压总线12，其中第一直流电压总线11例如是中压总线，并且第二直流电压总线12是低压总线。

根据图4的视图示出供能系统100的第一电路图。所述视图具有第一区31、第二区32和第三区33。所述区由区边界105标记。在第一区31中存在第一能量源21。第一能量源21具有柴油机1和发电机5。在第二区32中存在第二能量源22。第二能量源22具有柴油机2和发电机6。第一直流电压总线11不仅延伸到第一区31中而且延伸到第二区32中并且还延伸到第三区33中，并且在此构成环形总线。第二直流电压总线12不仅延伸到第一区31中而且延伸到第二区32中并且还延伸到第三区33中，并且在此也构成环形总线。总线也能够不构成为环形总线，但是未示出这种情况。第一直流电压总线11处于第一直流电压电平13中或提供第一直流电压电平。第二直流电压总线12处于第二直流电压电平14中或提供第二直流电压电平。第一直流电压总线11可细分成部段61至66。借助于MV开关装置81实现所述细分。也就是说，第一直流电压总线11处于中压。第二直流电压总线12也可细分成部段61至66。借助于LV开关装置80来实现所述细分。因此，第二直流电压总线12处于低压。可以经由第二直流电压总线12给三相电流总线(AC总线)15馈电。在第二直流电压总线12上也连接有电池91。可以经由逆变器93运行的马达(异步马达、同步马达和/或PEM马达)85以及另外的DC耗电器86被示出为用于第二直流电压总线12的耗电器。为了给直流电压总线11和12馈电，分别设置有第一馈电部51、第二馈电部52、第三馈电部53和第四馈电部54。这些馈电部是用于直流总线的进行馈电的电连接部。发电机5经由第一馈电部51给第一部段61馈电，其中第一馈电部51具有整流器95和开关84。发电机5经由第二馈电部52给第一直流电压总线11的第四部段64馈电。第一区31中的第二馈电部52同样具有整流器96和开关84。第三馈电部53具有中压变压器105和整流器97。第三馈电部53给第二直流电压总线12的第一部段61供电。第四馈电部54具有开关84和DC/DC调节器104。因此，第四馈电部54将第一直流电压总线11的部段64与第二直流电压总线12的部段61连接。在第二区32中，发电机6以相同的方式经由馈电部1至4连接到直流电压总线11和12上，如在第一区31中所描述的那样。

根据图5的视图示出供能系统100的第二电路图。在此，与图4相比，示出放大的部段。与图4相反，在图5中示出发电机5以示出一种变型，所述发电机仅具有至直流电压总线11和12的三个进行馈电的电连接部51、53和54。

根据图6的视图示出供能系统100的第三电路图。在此示出，在第一直流电压总线11上能够连接有分别设置用于驱动螺旋桨108的船驱动马达106、107作为耗电器。马达106经由逆变器93和94被双重馈电。马达107被单重馈电。

在此示出，在直流电压总线11上能够连接有辅助驱动器，例如压缩机驱动器207，作为另外的耗电器。

在此示出，能够经由有源逆变器例如具有/不具有连接在DC总线11上的滤波器208的模块化多电平变流器(MMC)来产生三相电网。

在此示出设有不同的变型方案作为能量馈送装置。

作为一个设计方案，示出具有相关联的整流器的发电机201。

作为一个设计方案，提出一种发电机200，其具有至少两个绕组系统和两个相关联的整流器以在功率对于整流器而言不能够实现时使用。

作为一个设计方案，所述整流器也能够并行地给具有绕组系统(未示出)的发电机馈电。

作为一个设计方案，发电机202经由整流器给第一直流电压总线11馈电，并且经由变压器205和整流器206给第二直流电压总线12馈电。

作为一个设计方案，示出馈电部204作为至陆地的连接，即通岸接头。

作为一个设计方案，示出借助于DC/DC变流器209将直流电压总线11与直流电压总线12连接。

作为一个设计方案，所述DC/DC变流器被示为三极210，即三个极。在这种情况下，除了直流电压总线12和11，也可以连接电池211和/或另一直流电压总线。

在另一设计方案中，所述三个极也能够构成为多极。

根据图7的示图示出第四电路图，其中两个马达分别经由用于驱动的轴系统43与螺旋桨108连接。在此，馈电也经由直流电压总线11进行，但是经由所述总线的不同的部段61和64进行。

根据图8的视图示出第五电路图，其中除了四个具有柴油机的能量源21至24之外，还示出替选的能量源。风轮25能够是能量源。陆地接口26可以是能量源，但也可以是光伏设施27。

根据图9的视图示出具有两个发电机7和8的发电机系统10，所述两个发电机经由轴系统43稳定地耦合。在此，发电机7具有低压绕组系统，并且发电机8具有中压绕组系统。借助于发电机7给低压直流电压总线12馈电，并且借助于发电机8给中压直流电压总线11馈电。

根据图10的视图示出多绕组系统发电机9，其具有至少两个绕组系统，即用于中压的第一绕组系统和用于低压的第二绕组系统。借助于第一绕组系统，经由第一进行馈电的电连接部51给中压电平(MV)上的第一直流电压总线11馈电。借助于第二绕组系统，经由另一进行馈电的电连接部53给低压电平(LV)上的第二直流电压总线12馈电。

根据图11的视图示意性地示出多绕组系统发电机的定子中的绕组的可行的设置。在第一变型方案中，LV绕组可以部段地处于并排的槽44中，而MV绕组能够部段地处于并排的槽45中。在第二变型方案中，MV绕组和LV绕组能够处于共同的槽46中。在第三变型方案中，MV绕组和LV绕组可以交替地处于槽24和48中。

根据图12的视图示出多绕组系统发电机的D轴的等效电路图。

根据图13的视图示出供能系统100的第八电路图，其中示出能够如何由发电机6经由两个不同的部段61和64给第一直流电压总线11馈电，以及能够如何由所述发电机6经由也在该处的两个不同部段也给第二直流电压总线12馈电。

根据图14的视图示出可如何通过一个区中的发电机(区31中的发电机5和区32中的发电机6)分别给不同的区31和32中的第一直流电压总线11的两个部段61和62馈电，以及这也如何适用于第二直流电压总线12。

根据图15的视图被分成两个子图15A和15B。这两者整合为供能系统100，所述供能系统具有四个柴油机1、2、3和4作为能量源21、22、23和24的一部分，并且表示供能系统可几乎任意对应于涉水装置的要求来扩展或改变。通过涉水装置例如处于船或海上钻井平台上的方式，该涉水装置完全或主要作为岛网络运行。