一种船舶再生制动能量的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船舶再生制动能量的控制系统，其特征在于：包括能量分配模块、供配电检测模块、超级电容器、第一双向DC/DC变换器、蓄电池、第二双向DC/DC变换器和直流母线。本发明专利技术还提供一种船舶再生制动能量控制系统的控制方法，其特征在于：当船舶制动时，能量分配模块能根据超级电容器和蓄电池当前的剩余荷电量来对再生制动能量的功率进行分配，并根据分配后的蓄电池吸收能量的功率P_bat和电容器吸收能量的功率P_sc，控制2个双向DC/DC变换器将再生制动能量的低频分量和高频分量分别传输给蓄电池和超级电容器进行吸收储存。采用本发明专利技术所述的控制系统及方法来对船舶再生制动能量进行吸收利用，能源利用充分，减少能源浪费，节约船舶运营成本。

A control system of regenerative braking energy and its control method

The invention provides a ship regenerative braking energy control system, which is characterized in that it includes an energy distribution module, a power supply and distribution detection module, a super capacitor, a first bidirectional DC / DC converter, a battery, a second bidirectional DC / DC converter and a DC bus. The invention also provides a control method of the ship regenerative braking energy control system, which is characterized in that when the ship is braked, the energy distribution module can distribute the power of the regenerative braking energy according to the current residual charge of the super capacitor and the storage battery, and control two according to the power P \ufe50 bat absorbed by the distributed storage battery and the power P \ufe50 SC absorbed by the capacitor The bidirectional DC / DC converter transmits the low-frequency and high-frequency components of regenerative braking energy to the battery and super capacitor for absorption and storage. The control system and method of the invention are used to absorb and utilize the regenerative braking energy of the ship, which can fully utilize the energy, reduce the energy waste and save the operation cost of the ship.

【技术实现步骤摘要】
一种船舶再生制动能量的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
，特别是一种船舶再生制动能量的控制系统及其控制方法。
技术介绍
蓄电池具有能量密度高的优点，但其缺点是功率密度较低；而超级电容器具有功率密度大、效率高的优点，但同时也存在着能量密度低的缺点。目前在内河中，小型船舶的供电系统中通常将这两者优势互补结合成一个混合储能系统，较常采用以蓄电池和超级电容器混合储能作为主电源，以柴油发电机组作为辅助电源的船舶电力推进系统。船舶在长期正常运行中，推进电动机功率需求不大，这时仅蓄电池工作即能满足船舶长期正常运行的需求；在船舶加速行进过程中，推进电动机功率需求较大，这时需要超级电容器和蓄电池同时工作，两者同时释放能量以满足船舶加速过程中的高功率需求；而在船舶制动过程中，推进电动机工作于发电状态，此时双向逆变器工作于整流状态将推进电机的交流电整流成为直流后送至直流母线。在该阶段制动功率较大，此时超级电容器和蓄电池同时工作，吸收并存储再生制动能量，以实现节能减耗，降低运营成本的目的。目前，通常采用低通滤波器、小波包及EMD等分解方式，对船舶制动时产生的再生制动能量进行分解，并分别利用超级电容器和蓄电池来吸收及存储。其中低通滤波器是最常用的方式，它将再生制动能量分解为高频分量和低频分量分别给超级电容器和蓄电池吸收存储。然而，低通滤波器的截止频率是一个固定值，低通滤波器通常都是按这个固定的截止频率对再生制动能量进行分解，并没有考虑超级电容器及蓄电池的剩余荷电量等情况，往往造成能量浪费。例如：船舶正常运行时间较长，主要由蓄电池提供动能，导致蓄电池剩余荷电量较少，而超级电容器剩余荷电量较多，当船舶制动产生再生制动能量时，如果低通滤波器按上述方式对再生制动能量进行分解，往往会造成分配给蓄电池的低频分量不足，蓄电池将分配的低频分量吸收完后还有剩余的储能空间，而分配给超级电容器组的高频分量过多，超级电容器组无法完全吸收，剩余的高频分量只能通过制动电阻发热而白白消耗浪费掉。
技术实现思路
针对
技术介绍
的问题，本专利技术提供一种船舶再生制动能量的控制系统，还提供一种针对上述控制系统的控制方法，以解决现有技术中由于对船舶再生制动能量的利用不充分，导致能源浪费、运营成本较高的问题。本专利技术提供一种船舶再生制动能量的控制系统，其创新点在于：所述控制系统包括能量分配模块、供配电检测模块、超级电容器、第一双向DC/DC变换器、蓄电池、第二双向DC/DC变换器和直流母线；所述第一双向DC/DC变换器和所述第二双向DC/DC变换器均与所述直流母线连接；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；所述供配电检测模块、超级电容器和蓄电池均与所述能量分配模块连接；所述第一双向DC/DC变换器的输入控制端和第二双向DC/DC变换器的输入控制端均与所述能量分配模块连接；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能量的双向流动；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能量的双向流动；所述供配电检测模块能获取船舶的工作状态信号及船舶制动产生的再生制动能量信号，并能将所述船舶工作状态信号和所述再生制动能量信号传输给能量分配模块；所述能量分配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；所述能量分配模块包括低通滤波器，所述低通滤波器能对再生制动能量的功率进行分配；所述能量分配模块能通过控制第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器来实现对再生制动能量的分配。本专利技术还提供一种针对上述船舶再生制动能量控制系统的控制方法，其创新点在于：所述方法包括：当船舶制动时：一)供配电检测模块即将船舶的制动工作状态信号和船舶制动产生的再生制动能量信号传输给能量分配模块；二)能量分配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；三)能量分配模块根据公式一和公式二对再生制动能量的功率进行分配，得到蓄电池吸收能量的功率Pbat和电容器吸收能量的功率Psc；四)能量分配模块根据所述Pbat向第二双向DC/DC变换器发出控制指令，将再生制动能量的一部分传输给蓄电池；同时，能量分配模块根据所述Psc向第一双向DC/DC变换器发出控制指令，将再生制动能量的另一部分传输给超级电容器；五)超级电容器和蓄电池分别对各自收到的再生制动能量吸收并存储；所述公式一为：其中，Pbat为所述蓄电池吸收能量的功率；PHESS为所述再生制动能量的功率；ω为所述PHESS的频率；ωc为低通滤波器的截止频率，ωc为设定值；△ω为截止频率调节量，△ω根据模糊推理表采用模糊推理获取；所述公式二为：Psc＝PHESS-Pbat其中，Psc为所述电容器吸收能量的功率；所述模糊推理表为：SOC1的模糊论域为{VL1，L1，M1，H1，VH1}，其中，VL1表示很低，L1表示低，M1表示适中，H1表示高，VH1表示很高；SOC2的模糊论域为{VL2，L2，M2，H2，VH2}，其中，VL2表示很低，L2表示低，M2表示适中，H2表示高，VH2表示很高；Δω的模糊论域为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其中，NB表示负大，NM表示负中，NS表示负小，ZO表示零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大。本专利技术的原理在于：当船舶制动产生再生制动能量时，能量分配模块即对再生制动能量的功率进行分配，并控制2个双向DC/DC变换器将直流母线上再生制动能量的高频分量和低频分量分别分配给超级电容器和蓄电池吸收储存。专利技术人通过研究发现：当船舶再生制动时，如何更合理、更充分地分配并利用再生制动能量，关键在于对再生制动能量的功率进行分配时，如何将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SOC2两个因素都考虑进去，为此，专利技术人引入一个与上述两个因素相关的截止频率调节量△ω来对低通滤波器的截止频率ωc进行调整，从而达到合理分配再生制动能量的目的。为实现上述目的，专利技术人创造性地将模糊推理的方法运用进来，形成一个两输入一输出的模糊推理表。即将超级电容器的SOC1及蓄电池的SOC2输入至模糊推理表，将这两个输入量分别经过模糊化转换为用人类自然语言描述的模糊量，而后根据模糊推理表中的模糊推理规则，经过模糊推理输出△ω的模糊取值，△ω的模糊取值再经过清晰化，转换为△ω的精确值，将△ω的精确值用于对低通滤波器截止频率ωc的的大小进行调整，即可对再生制动能量进行更加合理的分配，从而使再生制动能量得到更充分的利用。由此可见，采用本专利技术的方法，具有以下的有益效果：采用本专利技术所述的控制系统及控制方法来对船舶再生制动能量进行分配，能更加充分利用能源，减少能源浪费，降低船舶的运营成本。附图说明本专利技术的附图说明如下。附图1为本专利技术所述控制系统的结构示意图。图中：1、能量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶再生制动能量的控制系统，其特征在于：所述控制系统包括能量分配模块(1)、供配电检测模块(2)、超级电容器(3)、第一双向DC/DC变换器(4)、蓄电池(5)、第二双向DC/DC变换器(6)和直流母线(7)；所述第一双向DC/DC变换器(4)和所述第二双向DC/DC变换器(6)均与所述直流母线(7)连接；所述超级电容器(3)与第一双向DC/DC变换器(4)连接；所述蓄电池(5)与第二双向DC/DC变换器(6)连接；所述供配电检测模块(2)、超级电容器(3)和蓄电池(5)均与所述能量分配模块(1)连接；所述第一双向DC/DC变换器(4)的输入控制端和第二双向DC/DC变换器(6)的输入控制端均与所述能量分配模块(1)连接；/n所述第一双向DC/DC变换器(4)用于实现超级电容器(3)与直流母线(7)之间能量的双向流动；/n所述第二双向DC/DC变换器(6)用于实现蓄电池(5)与直流母线(7)之间能量的双向流动；/n所述供配电检测模块(2)能获取船舶的工作状态信号及船舶制动产生的再生制动能量信号，并能将所述船舶工作状态信号和所述再生制动能量信号传输给能量分配模块(1)；/n所述能量分配模块(1)能获取超级电容器(3)的剩余荷电量SOC...

【技术特征摘要】
1.一种船舶再生制动能量的控制系统，其特征在于：所述控制系统包括能量分配模块(1)、供配电检测模块(2)、超级电容器(3)、第一双向DC/DC变换器(4)、蓄电池(5)、第二双向DC/DC变换器(6)和直流母线(7)；所述第一双向DC/DC变换器(4)和所述第二双向DC/DC变换器(6)均与所述直流母线(7)连接；所述超级电容器(3)与第一双向DC/DC变换器(4)连接；所述蓄电池(5)与第二双向DC/DC变换器(6)连接；所述供配电检测模块(2)、超级电容器(3)和蓄电池(5)均与所述能量分配模块(1)连接；所述第一双向DC/DC变换器(4)的输入控制端和第二双向DC/DC变换器(6)的输入控制端均与所述能量分配模块(1)连接；
所述第一双向DC/DC变换器(4)用于实现超级电容器(3)与直流母线(7)之间能量的双向流动；
所述第二双向DC/DC变换器(6)用于实现蓄电池(5)与直流母线(7)之间能量的双向流动；
所述供配电检测模块(2)能获取船舶的工作状态信号及船舶制动产生的再生制动能量信号，并能将所述船舶工作状态信号和所述再生制动能量信号传输给能量分配模块(1)；
所述能量分配模块(1)能获取超级电容器(3)的剩余荷电量SOC1及蓄电池(5)的剩余荷电量SOC2；所述能量分配模块(1)包括低通滤波器，所述低通滤波器能对再生制动能量的功率进行分配；所述能量分配模块(1)能通过控制第一双向DC/DC变换器(4)和第二双向DC/DC变换器(6)来实现对再生制动能量的分配。


2.一种船舶再生制动能量控制系统的控制方法，其特征在于：所涉及的硬件包括能量分配模块(1)、供配电检测模块(2)、超级电容器(3)、第一双向DC/DC变换器(4)、蓄电池(5)、第二双向DC/DC变换器(6)和直流母线(7)；所述第一双向DC/DC变换器(4)和所述第二双向DC/DC变换器(6)均与所述直流母线(7)连接；所述超级电容器(3)与第一双向DC/DC变换器(4)连接；所述蓄电池(5)与第二双向DC/DC变换器(6)连接；所述供配电检测模块(2)、超级电容器(3)和蓄电池(5)均与所述能量分配模块(1)连接；所述第一双向DC/DC变换器(4)的输入控制端和第二双向DC/DC变换器(6)的输入控制端均与所述能量分配模块(1)连接；
所述第一双向DC/DC变换器(4)用于实现超级电容器(3)与直流母线(7)之间能量的双向流动；
所述第二双向DC/DC变换器(6)用于实现蓄电池(5...

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