一种船用混合能源电力推进系统半实物试验平台技术方案

本发明专利技术公开了一种船用混合能源电力推进系统半实物试验平台，包括开发主机、实时控制装置、电压传感器与电流传感器、数据采集装置、双向DC/DC变换器、复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置。本发明专利技术可以进行复合储能装置能量分配算法、各储能单元配比、所有模型的验证和电力推进系统控制算法的研究与开发，大大缩短了研究和研发的时间。同时，本发明专利技术的主要能源装置和复合储能装置的组成可以根据试验模型所需进行相应修改，进而满足不同电力推进船舶研究和研发的需要，具有很强的可塑性，大大节省了研究和研发的成本。

A Hardware-in-the-loop Test Platform for Marine Hybrid Energy Electric Propulsion System

【技术实现步骤摘要】
一种船用混合能源电力推进系统半实物试验平台
本专利技术涉及船舶电力推进系统领域，更具体地说，涉及一种船用混合能源电力推进系统半实物试验平台。
技术介绍
船舶电力推进系统与传统推进系统相比，具有操作方便、机动性好，振动小，有利于船舶控制环境污染等优点，因此船舶电力推进系统已成为当今船舶行业的重点研究和发展对象。但是，传统的混合动力电力推进系统实验平台具有以下缺点：试验平台投资巨大；推进系统定型后，无法更改以进行新系统的试验；试验过程消耗资源较大，且有一定大气污染和噪声污染；设备折旧较快，且故障较多，影响试验研究。现有技术公开了一种多轴电力推进半实物模拟试验平台，包括开发主机、实时仿真机、电机驱动器和电机组，根据在开发主机上建立的船体、螺旋桨模型形成控制指令，下载到实时仿真机中，进而通过电机驱动器控制电机组的运行。现有技术还公开了一种电力推进船舶综合电力系统半实物半虚拟试验平台，其以电力系统为主，通过虚拟仿真机模拟系统各设备的输出电信号，对输出电信号进行外围的基本保护、电能采集和处理。现有技术还公开了一种基于LabVIEW平台的船舶综合电力推进系统实时环境测试与分析装置及方法，包括三个对数周期天线、PXI机箱和上位机，将对数周期天线测到的模拟信号由LabVIEW软件平台转换成数字信号传输进上位机，实现环境数据的实时可视化显示。上述现有技术分别从船机桨、电力系统和环境测试等角度，搭建船舶电力推进系统试验平台，没有涉及到混合电力推进系统各储能系统容量的匹配，更没有涉及到混合电力推进系统发电机组和储能装置能量的分配。
技术实现思路
为克服现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种船用混合能源电力推进系统半实物试验平台，解决了现有试验平台不涉及船舶电力推进系统中复合储能系统的容量匹配和船舶电力推进系统能量分配模型验证的技术问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术设计一种船用混合能源电力推进系统半实物试验平台，包括开发主机、实时控制装置、电压传感器与电流传感器、数据采集装置、双向DC/DC变换器、复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置；所述开发主机与实时控制装置通过通讯线缆连接，所述实时控制装置与三组双向DC/DC变换器通过通讯总线连接；三组所述双向DC/DC变换器的低压侧依次与复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置连接，其高压侧与母线连接，其控制端与实时控制装置通过通讯总线连接；所述电压传感器与电流传感器的采集端与复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置连接，输出端与实时控制装置和数据采集装置的AD输入端连接，数据采集装置将其转换为数字信号上传到开发主机中。在上述方案中，所述开发主机用于建立电力推进系统相关各种模型，比如主要能源模型、储能单元模型、电网模型、双向DC/DC变换器模型、负载模型，还用于搭建控制所述双向DC/DC变换器和负载模拟装置的控制算法的模型；所述开发主机根据上述模型修改成可应用在实时控制装置中的半实物模型，并运用Matlab环境转换成程序文件，下载到实时控制装置。在上述方案中，所述实时控制装置接收电压传感器与电流传感器传送来的复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置的电压和电流信号，应用下载的程序文件里的控制算法，计算出下一时刻各组双向DC/DC变换器的电压和电流值，并通过通讯母线进行设定，进而控制各组双向DC/DC变换器的工作状态。在上述方案中，所述双向DC/DC变换器在接收到通讯母线上的命令包后，实时改变低压端的电压电流值和高压端的电压电流值，控制主要能源装置的输出功率、复合储能装置的充放电电流和负载模拟装置的电压。在上述方案中，所述负载模拟装置包含负载柜，通过实时控制装置控制与其连接的双向DC/DC变换器的两侧电压，实现负载模拟。在上述方案中，所述复合储能装置的能量分配算法、各储能单元配比、所有模型的验证和电力推进系统控制算法可以根据试验结果进行修改和优化；所述主要能源装置和复合储能装置的组成可以根据试验模型所需进行相应调整。本专利技术可以进行船舶混合动力电力推进系统集成关键技术的试验研究和复合储能各储能单元性能、负载模拟、能源管理、复合储能匹配、电力推进、自动控制等方面的试验研究。具体来说，本专利技术能够进行以下研究方向的试验研究：1、能够开展混合能源电力推进船舶在不同工况下各部分能量分配的试验研究；2、能够进行不同配比复合储能单元对系统运行影响的试验研究，以找到不同电力推进系统上复合储能单元的最优配比；3、能够验证各种系统仿真模型的真实性，并能辅助仿真模型的搭建；4、能够模拟各种工况下的负载波动，保证试验过程中负载波动的真实性；5、能够开展复合储能装置中各电池间、各超级电容间的电流均衡等的研究。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术可以进行复合储能装置能量分配算法、各储能单元配比、所有模型的验证和电力推进系统控制算法的研究与开发，大大缩短了研究和研发的时间。同时，本专利技术的主要能源装置和复合储能装置的组成可以根据试验模型所需进行相应修改，进而满足不同电力推进船舶研究和研发的需要，具有很强的可塑性，大大节省了研究和研发的成本。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是一种船用混合能源电力推进系统半实物试验平台的结构框图；图2是以燃料电池为主要能源装置的船用混合能源电力推进系统半实物试验平台的电气原理框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。如图1所示，本专利技术提供一种船用混合能源电力推进系统半实物试验平台，包括开发主机、实时控制装置、电压与电流传感器、数据采集装置、双向DC/DC变换器、复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置。开发主机与实时控制装置通过通讯线缆连接，实时控制装置与三组双向DC/DC变换器通过通讯总线连接；三组双向DC/DC变换器的低压侧依次与复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置连接，其高压侧与母线连接，其控制端与实时控制装置通过通讯总线连接；电压传感器与电流传感器的采集端与复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置连接，输出端与实时控制装置和数据采集装置的AD输入端连接，数据采集装置将其转换为数字信号上传到开发主机中。开发主机用于建立电力推进系统相关各种模型，比如主要能源模型、储能单元模型、电网模型、双向DC/DC变换器模型、负载模型等，还用于搭建控制上述双向DC/DC变换器和负载模拟装置的控制算法的模型。根据上述模型，修改成可应用在实时控制装置中的半实物模型，并运用Matlab环境转换成合适的下载文件，下载到实时控制装置。实时控制装置运行下载好的程序文件，控制各个双向DC/DC变换器的电压值和电流值，进而控制主要能源装置能量输出、复合储能装置充放电和负载模拟装置的负载值。电压与电流传感器采集复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置的电压和电流，分别传输给实时控制装置和数据采集装置；实时控制装置接收电压与电流传感器反馈来的信号，经过运算处理后改变各个双向DC/DC变换器的电压值和电流值；数据采集装置将电压与电流传感器传输来的信号转换为数字信号，上传到开发主机，以便显示、存储和后续分析。开发主机是前期开发和后续分析改进的核心。在查找和归纳各个系统和算法的数学模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船用混合能源电力推进系统半实物试验平台，其特征在于，包括开发主机、实时控制装置、电压传感器与电流传感器、数据采集装置、双向DC/DC变换器、复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置；所述开发主机与实时控制装置通过通讯线缆连接，所述实时控制装置与三组双向DC/DC变换器通过通讯总线连接；三组所述双向DC/DC变换器的低压侧依次与复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置连接，其高压侧与母线连接，其控制端与实时控制装置通过通讯总线连接；所述电压传感器与电流传感器的采集端与复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置连接，输出端与实时控制装置和数据采集装置的AD输入端连接，数据采集装置将其转换为数字信号上传到开发主机中。

【技术特征摘要】
1.一种船用混合能源电力推进系统半实物试验平台，其特征在于，包括开发主机、实时控制装置、电压传感器与电流传感器、数据采集装置、双向DC/DC变换器、复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置；所述开发主机与实时控制装置通过通讯线缆连接，所述实时控制装置与三组双向DC/DC变换器通过通讯总线连接；三组所述双向DC/DC变换器的低压侧依次与复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置连接，其高压侧与母线连接，其控制端与实时控制装置通过通讯总线连接；所述电压传感器与电流传感器的采集端与复合储能装置、主要能源装置和负载模拟装置连接，输出端与实时控制装置和数据采集装置的AD输入端连接，数据采集装置将其转换为数字信号上传到开发主机中。2.根据权利要求1所述的一种船用混合能源电力推进系统半实物试验平台，其特征在于，所述开发主机用于建立电力推进系统相关各种模型，包括但不限于主要能源模型、储能单元模型、电网模型、双向DC/DC变换器模型、负载模型，还用于搭建控制所述双向DC/DC变换器和负载模拟装置的控制算法的模型；所述开发主机根据上述模型修改成可应用在实时控制装置中的半实物模型，并运用Matlab环境转换成程序文件，下载到实时控制装置。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈辉，田畾，杨祥国，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42