一种冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种冷藏集装箱船全船制冷功率平衡控制系统及控制方法，控制系统包括环境数据采集器、冷箱控制器、冷箱集中控制器、风机控制器、风机集中控制器和冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统。本发明专利技术将全船冷藏集装箱作为统一管理对象，预测全船冷藏箱之外所有负载的用电情况，调度冷藏集装箱，控制船舶电站，形成全船功率平衡控制，与单独监控冷藏箱状态、调度冷藏箱，进而维持冷藏箱功率平衡的方法相比，增加了其他负载的负荷预测和船舶电站的控制，降低装机容量和降低运营成本的效果也更加显著。

A ship power balance control system and control method for a refrigerated container ship

The invention discloses a refrigeration power balance control system and a control method for a refrigerated container ship. The control system comprises an environmental data collector, a cold box controller, a cold box centralized controller, a fan controller, a fan centralized controller and a power balance control system for a refrigerated container ship. The invention takes the whole ship refrigerated container as the unified management object, predicts the power consumption of all loads outside the refrigerated container, dispatches the refrigerated container, controls the power station of the ship, and forms the whole ship power balance control. Compared with the method of monitoring the state of the refrigerated container separately, dispatching the refrigerated container, and thus maintaining the power balance of the refrigerated container, Load forecasting of other loads and control of marine power stations are added, and the effect of reducing installed capacity and operating costs is more significant.

【技术实现步骤摘要】
一种冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统及控制方法
本专利技术涉及冷藏集装箱船电力功率平衡方面及制冷控制研究领域，特别涉及一种冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统及控制方法。
技术介绍
船舶电站是船上重要组成部分之一，对冷藏集装箱船而言，它为冷藏集装箱制冷和其他用电设备提供必须的功率，是船舶电力系统的核心部分。目前，在冷藏集装箱船上，冷藏集装箱的制冷功率大约占到整船总功率的40％，其他用电设备的功率大致占到整船总功率的60％。伴随着集装箱船向大型化方向的发展，可装载的冷藏集装箱数量也在不断增加，单船的冷藏集装箱运载量已突破1000TEU，船舶电站容量也随着增大。另外，考虑到船舶工况变化较多，如航行工况、进出港工况、停泊工况、装卸货工况等，船舶电力系统的用电负载变化相当频繁。由于冷藏集装箱船对集装箱的控制相互独立，船上缺乏对整船用电负荷功率的统一管理，全船的负载功率可能会出现峰值功率和峰谷差更大。在目前的船舶电站设计准则下，为保障船上电力系统安全，船上的发电机组配置必须根据冷藏集装箱制冷地最大概率工况来进行配置，在这种设计模式下，峰值功率越大，船舶电站装机容量就越大，冗余也越大，这样，一方面，船舶电站装机容量越大船舶建造的成本响应增加；另一方面，电站冗余越大，发电机组长期工作在不饱和状态，效率低，运营成本增加。冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统作为冷藏集装箱船上调节电力功率的核心系统。在不影响货物质量和船上电力安全的基础上，对冷藏集装箱制冷总功率进行调节、其他负载总功率预测和船舶电站控制，将冷藏集装箱作为蓄能单元，通过科学调节冷藏集装箱制冷总功率，达到“削峰填谷”和维持全船功率基本平衡的作用，在装机容量不变的情况下，可提高冷藏箱的装载数量容量，并进一步降低运营成本；在冷藏箱装载量不变的情况下，可降低电站装机容量，从而降低船舶建造成本。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统及控制方法。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术一种冷藏集装箱船全船制冷功率平衡控制系统，包括环境数据采集器、冷箱控制器、冷箱集中控制器、风机控制器、风机集中控制器和冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统；所述环境数据采集器，用于采集冷藏集装箱所处的当前环境信息并支持有线以太网通信，所述环境信息包括甲板面和舱室内的温度、湿度和光照度；所述冷箱控制器，兼容ISO10368标准，与冷藏箱控制板上的串行通信接口进行通信，可读取和控制冷箱状态；所述冷箱集中控制器，支持以太网通信；兼容ISO10368标准，对多路冷箱控制器的数据进行集中打包并发送至船载冷藏集装箱监测系统；所述风机控制器，支持RS485通信，根据冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统下发控制指令来实现货仓风机通断电状态的控制，保证风机按需运行；所述风机集中控制器，支持RS485通信和以太网通信，对多路风机控制器的进行集中控制和状态反馈；所述冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统，从船载冷藏集装箱监测系统数据库中获取的各冷藏集装箱ID、温湿度、制造商和工作状态数据，通过全船功率平衡控制系统内的预测算法和调度模型，对除冷藏集装箱和风机之外的负载用电量进行预测，并通过船内局域网下发指令至冷箱集中控制器和风机集中控制器，通过冷箱控制器和风机控制器分别对冷藏集装箱和货仓风机的工作状态进行控制，实现全船功率平衡控制。作为优选的技术方案，所述环境数据采集器主要包括CPU模块、电源模块、温湿度采集传感器、光照度传感器和以太网通信模块，电源模块、温湿度采集传感器、光照度传感器和以太网通信模块均与CPU模块连接，所述环境数据采集器用于将采集到的温湿度和光照度数据通过以太网发送至控制系统。作为优选的技术方案，所述风机控制器包括CPU模块、电源模块、风机控制模块和RS485通信模块，所述电源模块、风机控制模块和RS485通信模块均与CPU模块连接，所述风机控制器用于根据风机集中控制器的控制指令对其所连接的风机进行状态控制和反馈。作为优选的技术方案，所述风机集中控制器包括CPU模块、电源模块、以太网通信模块和RS485通信模块，所述电源模块、以太网通信模块和RS485通信模块与CPU模块连接，所述风机集中控制器用于通过以太网接收冷藏集装箱船全船制冷功率平衡控制系统下达的风机控制和状态反馈指令，控制指定的风机控制器执行指令。作为优选的技术方案，所述冷藏集装箱船全船制冷功率平衡控制系统，通过对全船冷藏集装箱和货舱风机以外的其他负载建立能耗预测模型，预测其他负载的用电量。本专利技术还提供了一种冷藏集装箱船全船制冷功率平衡控制系统的控制方法，包括下述步骤：(1)对全船冷藏集装箱和货舱风机以外的其他负载建立能耗预测模型P＝f(t)；(2)建立冷藏箱内部温升-时间变化的曲线ΔT＝f(t)和功率-温度变化曲线ΔP＝f(t)；(3)建立风机功率模型，冷藏集装箱船上会开启风机为工作中的冷藏箱散热，以满足冷藏箱的制冷需求，假设船上配有的风机总数为a，设一台货舱风机负责给x个冷藏集装箱进行散热，因冷藏集装箱启动制冷时，货舱风机必须启动，故风机功率和冷藏箱状态的关系式表示如下：Pf表示风机的功率，p为常数；(4)冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统通过以太网访问船载冷藏集装箱监测系统数据库，了解各冷藏集装箱的当前温度、湿度、通风和功率的状态信息；(5)环境数据采集器采集环境温度、湿度和光照度数据，通过以太网方式传送到冷藏集装箱制冷功率平衡控制系统，冷藏集装箱制冷功率平衡控制系统根据步骤(2)冷藏集装箱温升随时间变化的曲线ΔT＝f(t)，自动预测每个冷藏集装箱制冷状态达到临界温度点所需的时间ΔT[1,…,n]，并对ΔT[1,…,n]进行排序和制冷优先等级划分；(6)根据步骤(5)中冷藏箱制冷优先等级划分结果、步骤(1)中的能耗预测模型P＝f(t)和当前电站状态反馈，形成调度策略，生成控制指令，由冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统通过船内局域网下发控制指令，由冷藏集装箱和风机执行调度控制策略，实现全船功率平衡。作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，冷藏箱内部温升-时间变化的曲线ΔT＝f(t)的建立方法如下：由冷藏箱的历史温度数据确定其在制冷和不制冷情况下的温度系数，确定这两种情况下的冷藏箱内部温度变化量与时间的关系表达式，表示如下：ΔT＝k*(T1-T2)*ΔtΔT＝b*(T1-T2)*Δt其中，T1为箱外温度，T2为箱内温度，b为不制冷时箱内温升系数，k为制冷时箱内温降系数。作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，功率-温度变化曲线ΔP＝f(t)的建立方法如下：由冷箱的历史温度数据及输入功率数据确定冷藏箱温度，工作状态及功率之间的关系式：其中，a,Tc均为常数,Tc为环境温度,Si为冷藏箱当前状态。作为优选的技术方案，所述步骤(4)中对ΔT[1,…,n]进行排序和优先等级划分的方法如下：找出ΔT[1,…,n]中最大的时间Tmax和最小时间Tmin，并将ΔT[1,…,n]按时间由短到长划分为三个等级，第一级ΔT1[Δt1,…,Δtm]为0<ΔT<1/3Tmax区间的冷藏集装箱，制冷优先级最高；第二级ΔT2[Δtm+1,…,Δtk]为1/3Tmax<ΔT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷藏集装箱船全船制冷功率平衡控制系统，其特征在于，包括环境数据采集器、冷箱控制器、冷箱集中控制器、风机控制器、风机集中控制器和冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统；所述环境数据采集器，用于采集冷藏集装箱所处的当前环境信息并支持有线以太网通信，所述环境信息包括甲板面和舱室内的温度、湿度和光照度；所述冷箱控制器，兼容ISO10368标准，与冷藏箱控制板上的串行通信接口进行通信，可读取和控制冷箱状态；所述冷箱集中控制器，支持以太网通信；兼容ISO10368标准，对多路冷箱控制器的数据进行集中打包并发送至船载冷藏集装箱监测系统；所述风机控制器，支持RS485通信，根据冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统下发控制指令来实现货仓风机通断电状态的控制，保证风机按需运行；所述风机集中控制器，支持RS485通信和以太网通信，对多路风机控制器的进行集中控制和状态反馈；所述冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统，从船载冷藏集装箱监测系统数据库中获取的各冷藏集装箱ID、温湿度、制造商和工作状态数据，通过全船功率平衡控制系统内的预测算法和调度模型，对除冷藏集装箱和风机之外的负载用电量进行预测，并通过船内局域网下发指令至冷箱集中控制器和风机集中控制器，通过冷箱控制器和风机控制器分别对冷藏集装箱和货仓风机的工作状态进行控制，实现全船功率平衡控制。...

【技术特征摘要】
1.一种冷藏集装箱船全船制冷功率平衡控制系统，其特征在于，包括环境数据采集器、冷箱控制器、冷箱集中控制器、风机控制器、风机集中控制器和冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统；所述环境数据采集器，用于采集冷藏集装箱所处的当前环境信息并支持有线以太网通信，所述环境信息包括甲板面和舱室内的温度、湿度和光照度；所述冷箱控制器，兼容ISO10368标准，与冷藏箱控制板上的串行通信接口进行通信，可读取和控制冷箱状态；所述冷箱集中控制器，支持以太网通信；兼容ISO10368标准，对多路冷箱控制器的数据进行集中打包并发送至船载冷藏集装箱监测系统；所述风机控制器，支持RS485通信，根据冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统下发控制指令来实现货仓风机通断电状态的控制，保证风机按需运行；所述风机集中控制器，支持RS485通信和以太网通信，对多路风机控制器的进行集中控制和状态反馈；所述冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统，从船载冷藏集装箱监测系统数据库中获取的各冷藏集装箱ID、温湿度、制造商和工作状态数据，通过全船功率平衡控制系统内的预测算法和调度模型，对除冷藏集装箱和风机之外的负载用电量进行预测，并通过船内局域网下发指令至冷箱集中控制器和风机集中控制器，通过冷箱控制器和风机控制器分别对冷藏集装箱和货仓风机的工作状态进行控制，实现全船功率平衡控制。2.根据权利要求1所述的冷藏集装箱船全船制冷功率平衡控制系统，其特征在于，所述环境数据采集器主要包括CPU模块、电源模块、温湿度采集传感器、光照度传感器和以太网通信模块，电源模块、温湿度采集传感器、光照度传感器和以太网通信模块均与CPU模块连接，所述环境数据采集器用于将采集到的温湿度和光照度数据通过以太网发送至控制系统。3.根据权利要求1所述的冷藏集装箱船全船制冷功率平衡控制系统，其特征在于，所述风机控制器包括CPU模块、电源模块、风机控制模块和RS485通信模块，所述电源模块、风机控制模块和RS485通信模块均与CPU模块连接，所述风机控制器用于根据风机集中控制器的控制指令对其所连接的风机进行状态控制和反馈。4.根据权利要求1所述的冷藏集装箱船全船制冷功率平衡控制系统，其特征在于，所述风机集中控制器包括CPU模块、电源模块、以太网通信模块和RS485通信模块，所述电源模块、以太网通信模块和RS485通信模块与CPU模块连接，所述风机集中控制器用于通过以太网接收冷藏集装箱船全船制冷功率平衡控制系统下达的风机控制和状态反馈指令，控制指定的风机控制器执行指令。5.根据权利要求1所述的冷藏集装箱船全船制冷功率平衡控制系统，其特征在于，所述冷藏集装箱船全船制冷功率平衡控制系统，通过对全船冷藏集装箱和货舱风机以外的其他负载建立能耗预测模型，预测其他负载的用电量。6.根据权利要求1-5中任一项所述冷藏集装箱船全船制冷功率平衡控制系统的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)对全船冷藏集装箱和货舱风机以外的其他负载建立能耗预测模型P＝f(t)；(2)建立冷藏箱内部温升-时间变化的曲线ΔT＝f(t)和功率-温度变化曲线ΔP＝f(t)；(3)建立风机功率模型，冷藏集装箱船上会开启风机为工作中的冷藏箱散热，以满足冷藏箱的制冷需求，假设船上配有的风机总数为a，设一台货舱风机负责给x个冷藏集装箱进行散热，因冷藏集装箱启动制冷时，货舱风机必须启动，故风机功率和冷藏箱状态的关系式表示如下：Pf表示风机的功率，p为常数；(4)冷藏集装箱船全船功率平衡控制系统通过以太网访问船载冷藏集装箱监测系统数据库，了解各冷藏集装箱的当前温度、湿度、通风和功率的状态信息；(5)环境数据采集器采集环境温度、湿度和光照度数据，通过以太网方式传送到冷藏集装箱制冷功率平衡控制系统，冷藏集装箱制冷功率平衡控制系统根据步骤(2)冷藏集装箱温升随时间变化的曲线ΔT＝f(t)，自动预测每个冷藏集装箱制冷状态达到临界温度点所需的时间ΔT[1,…,n]，并对ΔT[1,…,n]进行排序和制冷优先等级划分；(6)根据步...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖金超，刘继海，魏三喜，冯东英，邓淑敏，张雷，
申请(专利权)人：广州中国科学院沈阳自动化研究所分所，中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44