【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于船舶电力系统和供电系统，更具体地，涉及一种用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统及其工作方法。
技术介绍
1、氢能驱动船舶是一种高能量利用效率的新型绿色船舶，能够减少化石燃料消耗和航行中的污染物排放。传统机械推进系统存在噪声大、调速范围小、灵活性和经济性差等问题，而氢燃料电池作为一种新型绿色动力装置，具有零排放、无污染、可再生等特点，可替代内燃机，实现船舶动力系统的转型升级。氢燃料电池能量密度高、转换效率高、环境适应性强，是理想的船舶电力推进系统动力源。
2、采用氢燃料电池作为主电源的船舶目前广泛采用辐射型供电系统作为直流供电系统，氢燃料电池与储能系统分别连接至两条直流母线上，并通过两条直流母线分配电力，两条直流母线由一个母联开关连接，左、右推进器、侧推器、辅助负载、日用负载等经变频器分别连接到两条直流母线上，其主要优点在于结构简单，投资成本低。
3、然而，现有的辐射型供电系统存在一些不可忽略的缺陷：
4、第一、电源与负载只能连接至两条直流母线上，使得两条直流母线需要配置更粗的电缆来获得更高的传输容量，且仅通过两条母线传输使得负荷更为集中，容易引发输电线路的过载问题，增加系统运行的风险；
5、第二、该系统由于存在供电可靠性差和灵活性差的缺点，因此当母线故障或检修时，会导致所有与母线连接的负载断电，从而影响所有连接的电源和负载；
6、第三、该系统采用锂电池作为储能系统的电源，在长期使用中可能需要频繁更换元件，增加维护成本，且控制模式单一，调度运行不够灵活，限
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统及其工作方法，其目的在于，解决现有辐射型供电系统由于负荷集中，导致容易引发输电线路过载的技术问题，以及故障隔离能力差、故障恢复时间长、供电可靠性低的技术问题，以及控制模式单一、调度运行不够灵活、难以适应潮流变化、难以兼顾各种性能需求的技术问题。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统，包括直流环网主系统、第一氢燃料电池供电系统(1)、第一复合储能系统(2)、第二氢燃料电池供电系统(3)、第二复合储能系统(4)、第一区域负载系统(5)、第二区域负载系统(6)、监测系统(7)、能量管理系统(8)、日用交流配电网系统(14)、第一辅助负载(15)、以及第二辅助负载(16)，第一氢燃料电池供电系统(1)、第一复合储能系统(2)，直流环网主系统包括第一直流母线(10)、第二直流母线(11)、第三直流母线(12)、以及第四直流母线(13)，这四根直流母线通过四个固态开关(9)首尾电连接；
3、第一氢燃料电池供电系统(1)、第一复合储能系统(2)与第一直流母线电连接，第二氢燃料电池供电系统(3)、第二复合储能系统(4)与第二直流母线(11)电连接；
4、第一区域负载系统(5)分别与第一直流母线(10)以及第三直流母线(12)电连接，第二区域负载系统(6)分别与第二直流母线(11)以及第四直流母线(13)电连接；
5、监测系统(7)通过弱电信号线路分别与第一氢燃料电池供电系统(1)、第二氢燃料电池供电系统(3)、第一复合储能系统(2)、第二复合储能系统(4)、第一区域负载系统(5)、以及第二区域负载系统(6)电连接，并与第一直流母线(10)第二直流母线(11)、第三直流母线(12)、以及第四直流母线(13)电连接，以实时监测各个系统与直流母线的实时状态；
6、能量管理系统(8)与监测系统(7)、第一氢燃料电池供电系统(1)、第二氢燃料电池供电系统(3)、第一复合储能系统(2)、以及第二复合储能系统(4)电连接；
7、日用交流配电网系统(14)分别与第三直流母线(12)以及第四直流母线(13)电连接；
8、第一辅助负载(15)与第三直流母线(12)电连接，第二辅助负载(16)与第四直流母线(13)电连接。
9、优选地，第一区域负载系统(5)与第一辅助负载(15)设置于氢能驱动船舶的左舷区域，第二氢燃料电池供电系统(3)、第二复合储能系统(4)、第二区域负载系统(6)与第二辅助负载(16)设置于氢能驱动船舶的右舷区域；
10、第一氢燃料电池供电系统(1)和第二氢燃料电池供电系统(3)完全相同，第一复合储能系统(2)和第二复合储能系统(4)完全相同；
11、第一氢燃料电池供电系统(1)包括氢燃料电池(1-1)、升压直流变换器(1-2)、直流断路器(1-3)、以及保护模块(1-4)，氢燃料电池(1-1)依次经过升压直流变换器(1-2)、直流断路器(1-3)、以及保护模块(1-4)与第一直流母线(10)电连接；
12、第一复合储能系统(2)包括锂电池(2-1)、第一双向直流变换器(2-3)、超级电容(2-2)、第二双向直流变换器(2-4)、直流断路器(2-5)、以及保护模块(2-6)，锂电池(2-1)通过第一双向直流变换器(2-3)、直流断路器(2-5)、以及保护模块(2-6)与第一直流母线(10)电连接，超级电容(2-2)通过第二双向直流变换器(2-4)、直流断路器(2-5)、以及(保护模块2-6)与第一直流母线(10)电连接。
13、优选地，第一区域负载系统(5)和第二区域负载系统(6)完全相同，第一辅助负载(15)和第二辅助负载(16)完全相同；
14、第一区域负载系统(5)包括推进电机(5-1)、侧推器(5-2)、冲击负载(5-3)、dc/ac逆变器(5-4)、第一区域配电板(5-5)、保护模块(5-6)以及直流断路器(5-7)，推进电机(5-1)、侧推器(5-2)和冲击负载(5-3)均通过dc/ac逆变器(5-4)、直流断路器(5-7)与第一区域配电板(5-5)电连接，第一区域配电板(5-5)通过保护模块(5-6)分别与第一直流母线(10)以及第二直流母线12电连接；
15、第一辅助负载(15)包括(保护模块15-1)、直流断路器(15-2)、dc/ac逆变器(15-3)、隔离变压器(15-4)、以及辅助设备(15-5)，辅助设备(15-5)通过隔离变压器(15-4)、dc/ac逆变器(15-3)、直流断路器(15-2)、以及保护模块(15-1)连接至第三直流母线(12)。
16、优选地，日用交流配电网系统(14)包括保护模块(14-1)、直流断路器(14-2)、dc/ac逆变器(14-3)、隔离变压器(14-4)、交流断路器(14-5)、一对交流配电板(14-6)、母联开关14-7、以及一对日用负载(14-8)；
17、第三直流母线(12)和第四直流母线(13)都经过保护模块(14-1)、直流断路器(14-2)、dc/ac逆变器(14-3)、隔离变压器(14-4)、交流断路器(14-5)、以及保护模块(14-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统，包括直流环网主系统、第一氢燃料电池供电系统(1)、第一复合储能系统(2)、第二氢燃料电池供电系统(3)、第二复合储能系统(4)、第一区域负载系统(5)、第二区域负载系统(6)、监测系统(7)、能量管理系统(8)、日用交流配电网系统(14)、第一辅助负载(15)、以及第二辅助负载(16)，第一氢燃料电池供电系统(1)、第一复合储能系统(2)，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统，其特征在于，
5.一种根据权利要求1至4中所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统的工作方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统的工作方法，其特征在于
8.根据权利要求7所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统的工作方法，其特征在于，
9.根据权利要求8所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统的工作方法，其特征在于，步骤(16)具体为，监测系统采集第一区域负载系统的电压与电流信号、第一辅助负载的电压与电流信号、第二区域负载系统的电压与电流信号、第二辅助负载的电压与电流信号，并将第一区域负载系统的电压与电流信号相乘转换为第一区域负载系统的功率信号，将第一辅助负载的电压与电流信号相乘转换第一辅助负载的功率信号，将第二区域负载系统的电压与电流信号相乘转换为第二区域负载系统的功率信号、将第二辅助负载的电压与电流信号相乘转换第二辅助负载的功率信号，随后将第一区域负载系统的功率信号与第一辅助负载的功率信号相加得到第一总功率信号，将第二区域负载系统的功率信号与第二辅助负载的功率信号相加得到第二总功率信号；随后，将第一总功率信号和第二总功率信号发送至能量管理系统，能量管理系统采用一阶滤波策略对第一总功率信号进行分解，得到第一低频功率、第一高频功率，对第二总功率信号分解得到第二低频功率、第二高频功率；其后，将第一低频功率和第二低频功率相加得到总低频功率，该功率由第一复合储能系统和第二复合储能系统中的第一锂电池和第二锂电池均分承担，将第一高频功率作为第一复合储能系统中第一超级电容的参考功率，第二高频功率作为第二复合储能系统中第二超级电容的参考功率。
10.根据权利要求9所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统的工作方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统，包括直流环网主系统、第一氢燃料电池供电系统(1)、第一复合储能系统(2)、第二氢燃料电池供电系统(3)、第二复合储能系统(4)、第一区域负载系统(5)、第二区域负载系统(6)、监测系统(7)、能量管理系统(8)、日用交流配电网系统(14)、第一辅助负载(15)、以及第二辅助负载(16)，第一氢燃料电池供电系统(1)、第一复合储能系统(2)，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统，其特征在于，
5.一种根据权利要求1至4中所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统的工作方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的用于氢能驱动船舶的柔性直流环网供电系统的工作方法，其特征在于，步骤(6)具体为，监测系统采集第一区域负载系统的电压与电流信号、第一辅助负载的电压与电流信号、第二区域负载系统的电压与电流信号、第二辅助负载的电压与电流信号，并将第一区域负载系统的电压与电流信号相乘转换为第一区域负载系统的功率信号，将第一辅助负载的电压与电流信号相乘转换第一辅助负载的功率信号，将第二区域负载系统的电压与电流信号相乘转换为第二区域负载系统的功率信号、将第二辅助负载的电压与电流信号相乘转换第二辅助负载的功率信号，随后将第一区域负载系统的功率信号与第一辅助负载的功率信号相加得到第一总功率信号，将第二区域负载系统的功率信号与第二辅助负载的功率信号相加得到第二总功率信号；其后，将第一总功率信号和第二总功率信号发送至能量管理系统，能量管理系统采用二阶滤波策略对第一总功率信号进行分解，得到第一低频功率、第一中频功率与第一高频功率，对第二总功率信号分...
【专利技术属性】
技术研发人员：张尊华，周梦妮，杨祥国，王与凡，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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