一种混合动力船舶的能量控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种混合动力船舶的能量控制系统，其特征在于：包括协调控制模块、驾驶室控制模块、供配电检测模块、光伏发电模块、柴油发电机、混合储能模块、直流母线、交流母线和双向逆变器。还提供了一种混合动力船舶的能量控制系统的控制方法，其特征在于：协调控制模块能根据混合储能模块当前的剩余荷电量和直流母线功率变化量，来分别调整光伏发电模块、柴油发电机和混合储能模块的功率输出。按本发明专利技术所述的能量控制系统及控制方法来对船舶各能量模块的功率输出进行协调控制和管理，能使船舶混合动力系统的各个能量模块充分发挥各自的优势，相互协调工作，更加充分利用能源，减少能源浪费，在减少环境污染的同时降低船舶的运营成本。

An energy control system and its control method for hybrid ship

The invention provides an energy control system of a hybrid ship, which is characterized in that it includes a coordination control module, a cab control module, a power supply and distribution detection module, a photovoltaic power generation module, a diesel generator, a hybrid energy storage module, a DC bus, an AC bus and a bidirectional inverter. A control method for the energy control system of the hybrid electric ship is also provided, which is characterized in that the coordination control module can adjust the power output of the photovoltaic power generation module, the diesel generator and the hybrid energy storage module respectively according to the current residual charge and the DC bus power variation of the hybrid energy storage module. According to the energy control system and control method of the invention, the power output of each energy module of the ship is coordinated controlled and managed, which can make each energy module of the ship hybrid power system give full play to their respective advantages, work in coordination with each other, make full use of energy, reduce energy waste, reduce environmental pollution and operation cost of the ship.

【技术实现步骤摘要】
一种混合动力船舶的能量控制系统及其控制方法
本专利技术涉及交通运输电气工程
，特别是一种混合动力船舶的能量控制系统及其控制方法。
技术介绍
目前，船舶通常使用柴油发电机为其驱动装置供电，其优点在于柴油发电机机组的建设成本低、维护简单、运行可靠耐久，但柴油发电机需要持续添加油料，不仅成本高，且污染大、不环保。随着新能源技术的发展，超级电容器和蓄电池正越来越多地被运用在船舶的混合储能及电能供应上，而近年来对太阳能等可再生新型能源的利用也是发展的趋势，如果能将传统的柴油发电与太阳能发电、超级电容器和蓄电池混合储能供电相结合，运用到船舶驱动装置的能源供应系统中，将可极大节约燃油、降低污染、降低运营成本。为了充分发挥上述各个动力供应单元的优势，亟待一个针对上述混合能量模块的控制系统及控制方法，来协调和控制各个能量模块在船舶的不同工作状态下的功率输出的协调管理，以达到混合动力船舶运行效率、排放和动力性的最佳状态。
技术实现思路
针对
技术介绍
的问题，本专利技术提供一种混合动力船舶的能量控制系统，还提供一种针对上述能量控制系统的控制方法，以解决现有技术无法根据船舶的实际工作状态对柴油发电、光伏发电和混合储能模块之间的功率输出进行协调控制和管理，各个能源模块之间相互冲突，船舶混合动力系统各个能源模块之间利用不充分、利用效率低的问题。本专利技术提供一种混合动力船舶的能量控制系统，其特征在于：包括协调控制模块、驾驶室控制模块、供配电检测模块、光伏发电模块、柴油发电机、混合储能模块、直流母线、交流母线和双向逆变器；所述协调控制模块包括高通滤波器和低通滤波器；所述光伏发电模块包括光伏发电单元和DC/DC变换器；所述混合储能模块包括超级电容器、蓄电池、第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器；所述驾驶室控制模块、供配电检测模块、超级电容器和蓄电池均与协调控制模块连接；所述光伏发电单元与DC/DC变换器连接；所述超级电容器与第一双向DC/DC变换器连接；所述蓄电池与第二双向DC/DC变换器连接；所述DC/DC变换器、第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器和供配电检测模块均与直流母线连接；所述双向逆变器的直流端与直流母线连接，所述双向逆变器的交流端与交流母线连接；所述柴油发电机与交流母线连接；所述DC/DC变换器的控制部、第一双向DC/DC变换器的控制部、第二双向DC/DC变换器的控制部、双向逆变器的控制部和柴油发电机的控制部均与协调控制模块连接；所述驾驶室控制模块能将船舶的工作状态信号传输给协调控制模块；所述船舶的工作状态包括：加速行进、匀速行进和减速行进。所述供配电检测模块能检测直流母线上电能的功率变化量dP，并能将所述功率变化量dP的信号传输给协调控制模块；所述光伏发电单元能将光能转化为电能输出；所述DC/DC变换器能将光伏发电单元输出的电能传输到直流母线上；所述第一双向DC/DC变换器用于实现超级电容器与直流母线之间的电能双向流动；所述第二双向DC/DC变换器用于实现蓄电池与直流母线之间的电能双向流动；所述双向逆变器用于实现直流母线与交流母线之间的电能双向流动；所述协调控制模块能获取超级电容器的剩余荷电量SOC1及蓄电池的剩余荷电量SOC2；所述协调控制模块能对输入信号进行处理并输出相应的控制信号；所述协调控制模块的输入信号包括：船舶的工作状态信号、直流母线上电能的功率变化量dP信号、超级电容器的剩余荷电量SOC1信号及蓄电池的剩余荷电量SOC2信号；所述协调控制模块输出的控制信号包括：DC/DC变换器的控制信号；第一双向DC/DC变换器的控制信号；第二双向DC/DC变换器的控制信号；柴油发电机的控制信号。本专利技术还提供一种针对上述混合动力船舶的能量控制系统的控制方法，包括：当船舶启动运行后：一)所述驾驶室控制模块将当前船舶的工作状态信号传输给协调控制模块；二)所述协调控制模块对收到的所述工作状态信号进行判断：当所述工作状态为减速行进时，进入步骤三)；当所述工作状态为加速行进或匀速行进时，进入步骤四)；三)所述协调控制模块控制光伏发电模块、混合储能模块和柴油发电机的功率输出均为零；然后返回步骤一)；四)所述供配电检测模块将当前直流母线上电能的功率变化量dP信号传输给协调控制模块；同时，所述协调控制模块获取超级电容器当前的剩余荷电量SOC1及蓄电池当前的剩余荷电量SOC2；五)所述协调控制模块根据公式一对收到的所述SOC1和所述SOC2进行处理，得到混合储能模块当前的剩余荷电量SOC；六)所述协调控制模块按方法二对所述SOC和收到的所述dP进行处理，分别得到当前的光伏发电输出功率PPV、柴油发电输出功率PDG、超级电容器功率PSC和蓄电池功率Pbat；七)所述协调控制模块根据所述PPV向DC/DC变换器发出控制指令，控制光伏发电单元的电能输出；同时，所述协调控制模块根据所述PDG向柴油发电机的控制部发出控制指令，控制柴油发电机的电能输出；同时，所述协调控制模块根据PSC向第一双向DC/DC变换器发出控制指令，控制超级电容器与直流母线之间的电能流动；同时，所述协调控制模块根据Pbat向第二双向DC/DC变换器发出控制指令，控制蓄电池与直流母线之间的电能流动；当柴油发电输出功率PDG的模糊取值为零时，所述协调控制模块根据清晰化处理后得到的PDG值向双向逆变器发出控制指令，控制双向逆变器工作于将直流逆变成交流的状态；当柴油发电输出功率PDG的模糊取值为高或适中时，所述协调控制模块根据清晰化处理后得到的PDG值向双向逆变器发出控制指令，控制双向逆变器工作于将交流整流成直流的状态；然后，返回步骤一)；所述公式一为：SOC＝k1×SOC1+k2×SOC2其中，k1和k2分别为所述SOC1和所述SOC2的权重系数，k1为设定值，k2＝1-k1；当船舶的工作状态为加速行进时，所述k1的取值范围为：0.7-0.9；当船舶的工作状态为匀速行进时，所述k1的取值范围为：0.1-0.3；所述方法二包括：1)所述协调控制模块根据模糊推理表一采用模糊推理及清晰化处理获取所述PPV；同时，协调控制模块根据模糊推理表二采用模糊推理及清晰化处理获取所述PDG；同时，协调控制模块根据模糊推理表三采用模糊推理及清晰化处理获取混合储能模块调整功率PHESS；2)所述协调控制模块根据船舶当前的工作状态信号对所述PHESS进行处理得到所述PSC和Pbat：当船舶工作状态为加速行进时，所述高通滤波器根据公式二和公式三对所述PHESS进行处理分别获取所述PSC和Pbat；当船舶工作状态为匀速行进时，所述低通滤波器根据公式四和公式五对所述PHESS进行处理分别获取所述Pbat和PSC；所述公式二为：其中，ω为所述PHESS的频率；ω1为高通滤波器的截止频率，所述ω1为设定值；所述公式三为：Pbat＝PHESS-PSC所述公式四为：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合动力船舶的能量控制系统，其特征在于：包括协调控制模块(1)、驾驶室控制模块(2)、供配电检测模块(3)、光伏发电模块、柴油发电机(10)、混合储能模块、直流母线(11)、交流母线(12)和双向逆变器(13)；所述协调控制模块包括高通滤波器和低通滤波器；所述光伏发电模块包括光伏发电单元(4)和DC/DC变换器(5)；所述混合储能模块包括超级电容器(6)、蓄电池(7)、第一双向DC/DC变换器(8)和第二双向DC/DC变换器(9)；/n所述驾驶室控制模块(2)、供配电检测模块(3)、超级电容器(6)和蓄电池(7)均与协调控制模块(1)连接；所述光伏发电单元(4)与DC/DC变换器(5)连接；所述超级电容器(6)与第一双向DC/DC变换器(8)连接；所述蓄电池(7)与第二双向DC/DC变换器(9)连接；所述DC/DC变换器(5)、第一双向DC/DC变换器(8)、第二双向DC/DC变换器(9)和供配电检测模块(3)均与直流母线(11)连接；所述双向逆变器(13)的直流端与直流母线(11)连接，所述双向逆变器(13)的交流端与交流母线(12)连接；所述柴油发电机(10)与交流母线(12)连接；所述DC/DC变换器(5)的控制部、第一双向DC/DC变换器(8)的控制部、第二双向DC/DC变换器(9)的控制部、双向逆变器(13)的控制部和柴油发电机(10)的控制部均与协调控制模块(1)连接；/n所述驾驶室控制模块(2)能将船舶的工作状态信号传输给协调控制模块(1)；所述船舶的工作状态包括：加速行进、匀速行进和减速行进。/n所述供配电检测模块(3)能检测直流母线(11)上电能的功率变化量dP，并能将所述功率变化量dP的信号传输给协调控制模块(1)；/n所述光伏发电单元(4)能将光能转化为电能输出；/n所述DC/DC变换器(5)能将光伏发电单元(4)输出的电能传输到直流母线(11)上；/n所述第一双向DC/DC变换器(8)用于实现超级电容器(6)与直流母线(11)之间的电能双向流动；/n所述第二双向DC/DC变换器(9)用于实现蓄电池(7)与直流母线(11)之间的电能双向流动；/n所述双向逆变器(13)用于实现直流母线(11)与交流母线(12)之间的电能双向流动；/n所述协调控制模块(1)能获取超级电容器(6)的剩余荷电量SOC...

【技术特征摘要】
1.一种混合动力船舶的能量控制系统，其特征在于：包括协调控制模块(1)、驾驶室控制模块(2)、供配电检测模块(3)、光伏发电模块、柴油发电机(10)、混合储能模块、直流母线(11)、交流母线(12)和双向逆变器(13)；所述协调控制模块包括高通滤波器和低通滤波器；所述光伏发电模块包括光伏发电单元(4)和DC/DC变换器(5)；所述混合储能模块包括超级电容器(6)、蓄电池(7)、第一双向DC/DC变换器(8)和第二双向DC/DC变换器(9)；
所述驾驶室控制模块(2)、供配电检测模块(3)、超级电容器(6)和蓄电池(7)均与协调控制模块(1)连接；所述光伏发电单元(4)与DC/DC变换器(5)连接；所述超级电容器(6)与第一双向DC/DC变换器(8)连接；所述蓄电池(7)与第二双向DC/DC变换器(9)连接；所述DC/DC变换器(5)、第一双向DC/DC变换器(8)、第二双向DC/DC变换器(9)和供配电检测模块(3)均与直流母线(11)连接；所述双向逆变器(13)的直流端与直流母线(11)连接，所述双向逆变器(13)的交流端与交流母线(12)连接；所述柴油发电机(10)与交流母线(12)连接；所述DC/DC变换器(5)的控制部、第一双向DC/DC变换器(8)的控制部、第二双向DC/DC变换器(9)的控制部、双向逆变器(13)的控制部和柴油发电机(10)的控制部均与协调控制模块(1)连接；
所述驾驶室控制模块(2)能将船舶的工作状态信号传输给协调控制模块(1)；所述船舶的工作状态包括：加速行进、匀速行进和减速行进。
所述供配电检测模块(3)能检测直流母线(11)上电能的功率变化量dP，并能将所述功率变化量dP的信号传输给协调控制模块(1)；
所述光伏发电单元(4)能将光能转化为电能输出；
所述DC/DC变换器(5)能将光伏发电单元(4)输出的电能传输到直流母线(11)上；
所述第一双向DC/DC变换器(8)用于实现超级电容器(6)与直流母线(11)之间的电能双向流动；
所述第二双向DC/DC变换器(9)用于实现蓄电池(7)与直流母线(11)之间的电能双向流动；
所述双向逆变器(13)用于实现直流母线(11)与交流母线(12)之间的电能双向流动；
所述协调控制模块(1)能获取超级电容器(6)的剩余荷电量SOC1及蓄电池(7)的剩余荷电量SOC2；所述协调控制模块(1)能对输入信号进行处理并输出相应的控制信号；所述协调控制模块(1)的输入信号包括：所述船舶的工作状态信号、直流母线(11)上电能的功率变化量dP信号、超级电容器(6)的剩余荷电量SOC1信号及蓄电池(7)的剩余荷电量SOC2信号；所述协调控制模块(1)输出的控制信号包括：DC/DC变换器(5)的控制信号；第一双向DC/DC变换器(8)的控制信号；第二双向DC/DC变换器(9)的控制信号；柴油发电机(10)的控制信号。


2.一种混合动力船舶的能量控制系统的控制方法，其特征在于：所涉及的硬件包括协调控制模块(1)、驾驶室控制模块(2)、供配电检测模块(3)、光伏发电模块、柴油发电机(10)、混合储能模块、直流母线(11)、交流母线(12)和双向逆变器(13)；所述协调控制模块包括高通滤波器和低通滤波器；所述光伏发电模块包括光伏发电单元(4)和DC/DC变换器(5)；所述混合储能模块包括超级电容器(6)、蓄电池(7)、第一双向DC/DC变换器(8)和第二双向DC/DC变换器(9)；
所述驾驶室控制模块(2)、供配电检测模块(3)、超级电容器(6)和蓄电池(7)均与协调控制模块(1)连接；所述光伏发电单元(4)与DC/DC变换器(5)连接；所述超级电容器(6)与第一双向DC/DC变换器(8)连接；所述蓄电池(7)与第二双向DC/DC变换器(9)连接；所述DC/DC变换器(5)、第一双向DC/DC变换器(8)、第二双向DC/DC变换器(9)和供配电检测模块(3)均与直流母线(11)连接；所述双向逆变器(13)的直流端与直流母线(11)连接，所述双向逆变器(13)的交流端与交流母线(12)连接；所述柴油发电机(10)与交流母线(12)连接；所述DC/DC变换器(5)的控制部、第一双向DC/DC变换器(8)的控制部、第二双向DC/DC变换器(9)的控制部、双向逆变器(13)的控制部和柴油发电机(10)的控制部均与协调控制模块(1)连接；
所述驾驶室控制模块(2)能将船舶的工作状态信号传输给协调控制模块(1)；所述船舶的工作状态包括：加速行进、匀速行进和减速行进。
所述供配电检测模块(3)能检测直流母线(11)上电能的功率变化量dP，并能将所述功率变化量dP的信号传输给协调控制模块(1)；
所述光伏发电单元(4)能将光能转化为电能输出；
所述DC/DC变换器(5)能将光伏发电单元(4)输出的电能传输到直流母线(11)上；
所述第一双向DC/DC变换器(8)用于实现超级电容器(6)与直流母线(11)之间的电能双向流动；
所述第二双向DC/DC变换器(9)用于实现蓄电池(7)与直流母线(11)之间的电能双向流动；
所述双向逆变器(13)用于实现直流母线(11)与交流母线(12)之间的电能双向流动；
所述协调控制模块(1)能获取超级电容器(6)的剩余荷电量SOC1及蓄电池(7)的剩余荷电量SOC2；所述协调控制模块(1)能对输入信号进行处理并输出相应的控制信号；所述协调控制模块(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文轩，韩锐孜，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50