【技术实现步骤摘要】
直流组网的船舶混合动力推进系统的控制方法
本专利技术涉及一种船舶混合动力推进系统，具体来说涉及一种直流组网的船舶混合动力推进系统的控制方法。
技术介绍
近年来，随着对海洋环境的重视及全球海洋战略的深入推进，排放法规日趋严格，如何推进船舶的节能减排已迫在眉睫。节约船舶航行成本、减少船舶排放和降低其对于不可再生能源的依赖一直以来是船舶发展的重要研究热点。随着混合动力技术的发展，出现了船舶混合动力推进系统，不仅可以降低船舶的总燃油消耗量和排放，还可以减少船舶造成的环境污染，从而获得经济和环保双重效益。船舶混合动力推进系统是指配备有两种或两种以上动力源的船舶推进系统，其具有多种运行推进模式，包含主机模式、PTI模式以及PTH模式，其中主机模式是指传统的推进方式，即船舶推进功率完全靠主机(柴油机组)提供；PTH模式是指主机停止工作，船舶推进功率完全靠轴带电机提供，即POWERTAKEHOME，简称PTH；PTI模式是指主机与轴带电机同时工作，两者共同推进船舶航行，即POWERTAKEIN，简称PTI。因此，船舶混合动力推进系统...
【技术保护点】
1.一种直流组网的船舶混合动力推进系统的控制方法，其中，船舶混合动力推进系统包括左舷和右舷两个推进单元，推进单元包括直流母线，直流母线上连接有发电机供电机构、轴带推进机构、电池供电机构和负载机构，左舷和右舷的直流母线通过电力电子开关连接；/n发电机供电机构包括主柴油发电机和辅柴油发电机，主柴油发电机通过供电线路依次与主断路器、整流模块、熔断器连接，该电缆最后与直流母线相连接；辅柴油发电机通过供电线路依次与辅断路器、整流模块、熔断器连接，该电缆最后与直流母线相连接；/n电池供电机构包括与直流母线通过两根储电电线连接的斩波模块，斩波模块与电感滤波模块相连接，电感滤波模块与其中一...
【技术特征摘要】
1.一种直流组网的船舶混合动力推进系统的控制方法，其中，船舶混合动力推进系统包括左舷和右舷两个推进单元，推进单元包括直流母线，直流母线上连接有发电机供电机构、轴带推进机构、电池供电机构和负载机构，左舷和右舷的直流母线通过电力电子开关连接；
发电机供电机构包括主柴油发电机和辅柴油发电机，主柴油发电机通过供电线路依次与主断路器、整流模块、熔断器连接，该电缆最后与直流母线相连接；辅柴油发电机通过供电线路依次与辅断路器、整流模块、熔断器连接，该电缆最后与直流母线相连接；
电池供电机构包括与直流母线通过两根储电电线连接的斩波模块，斩波模块与电感滤波模块相连接，电感滤波模块与其中一根储电电线之间设有通过连接电线设有蓄电池，连接电线上设有蓄电池断路器，储电电线上设有熔断器；
轴带推进机构包括轴带电机，轴带电机通过用电线路与直流母线相连接，用电线路上由轴带电机开始依次设有断路器、变频模块、熔断器；轴带电机的输出轴与三端齿轮箱的第一输入端相连接；三端齿轮箱的输出端与螺旋桨相连接，三端齿轮箱的第二输入端通过离合器与柴油推进主机的输出轴相连接，变频模块设有第一温度传感器，在变频模块和断路器之间的线路上设有第一交流电压传感器，在断路器和轴带电机之间的线路上设有第一交流电流传感器，轴带电机处设有第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和转速传感器；第一温度传感器、第一交流电压传感器、第一交流电流传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器以及转速传感器与轴带推进机构控制模块电联接；
负载机构包括与直流母线通过接入导线相连接的负载逆变模块，正负极接入导线上都设有熔断器，负载逆变模块的输出端与负载电路的负载断路器输入端相连接，负载断路器与交流母线相连接，交流母线通过分流导线与船舶电力系统中的各个用电负载模块相连接，分流导线上在用电负载模块与交流母线间设有分断路器；负载逆变模块的输出端和负载断路器的输入端之间设有第二交流电压传感器，负载断路器的输出端设有第二交流电流传感器，第二交流电压传感器和第二交流电流传感器与负载控制模块电联接；
该控制方法具体包括以下步骤：
步骤1、航行路线规划
操作人员根据船舶航行的目的地，结合航行图，规划船舶航行路线，根据航段为正常航行段、或环保要求严格航行段、或高速航行段、或低速航行段、或逆水航行段将从出发地A1航行到目的地An(n≥2)的航线分为n-1个航段，长度为S1、S2.......Sn-1；
步骤2、发电机启动与直流母线预充
辅柴油发电机启动运转，当辅柴油发电机转速达到预设值后，进入正常工作状态，经预充回路为直流母线预充电，当直流母线电压达到1050～1075V之间时，辅断路器闭合，辅柴油发电机产生的交流电经由整流模块将交流电转换为直流电，为直流母线正常供电；
步骤3、日用负载运转
直流母线预充完成后，通过逆变模块将直流母线提供的直流电转换成日用负载所需的交流电；负载断路器、分断路器及分断路器闭合为日用负载供电；
步骤4、推进系统启动
航海雷达监测船舶启动环境为正常航行海域环境并传输给主控制器后，主控制器向轴带推进机构控制模块发送主机模式启动指令；接着，轴带推进机构控制模块启动，并运行在启动档转速；然后，轴带推进机构控制模块控制柴油推进主机提速，当柴油推进主机的转速达到工作档转速时，轴带推进机构控制模块闭合离合器，螺旋桨旋转，推进系统启动，船舶开始从出发地A1点航行；
步骤5、对混合动力推进系统进行监测及调整
航海雷达监测船舶运行环境以进行推进模式切换，推进模式切换控制过程，具体如下：
步骤a、主控制器从航行路线中获取各航段的长度，构成距离矩阵s＝[s1，s2，s3，s4，...，sn-2，sn-1]；
步骤b、主控制器根据不同航段的行驶要求，生成整个航线的推进模式切换过程：将主机模式切换到主机停止工作且船舶推进功率完全靠轴带电机提供的PTH模式，代号记为OH；PTH模式切换到主机与轴带电机同时工作的PTI模式，代号记为HI；PTI模式切换到PTH模式，代号记为IH；……；PTI模式切换到主机模式，代号记为IO；主机模式单独停止，代号记为OS；并生成模式切换代号矩阵o；
步骤c、主控制器根据航线所包含的航段数量构建系数矩阵I，I＝[i1，i2，...，in-2，in-1]T，其为1行n-1列的列矩阵；并初始化系数矩阵I＝[1，0，0，0，...，0，0]T；
步骤d、主控制器根据航线构建距离系数矩阵T＝[t1，t2，...，tn-2，tn-1]T，其为1行n-1列的列矩阵；并初始化距离系数矩阵T＝[1，0，0，0，...，0，0]T；
步骤e、计数器所计数值a置1；
步骤f、获取船舶推进模式交界点(当前推进模式与下个推进模式的交界点)距离出发地A的距离w，单位为m：w＝s*T；
步骤g、获取混合动力船舶距离出发地A的距离L，单位为m；
g-1、混合动力船舶从出发地A点出发时，通过船用GPS获取其所处位置的经纬度(θ1，θ2)，并把获取的经纬度数据存放于主控制器内指定位置a1(x1，y1)；
g-2、混合动力船舶在行驶过程中，每隔△T时间通过船用GPS获取其所处位置的经纬度，并把获取的经纬度数据存放于主控制器内指定位置a2(x2，y2)、a3(x3，y3)、……、aj(xj，yj)；
g-3、通过如下转换公式，求得各经纬度坐标aj(xj，yj)对应的直角坐标Aj(Xj，Yj，Zj)；
g-4、获取两相邻经纬度坐标aj(xj，yj)和aj+1(xj+1，yj+1)之间的距离lj：
首先，主控制器通过如下公式，计算坐标Aj和坐标Aj+1之间的距离
然后，把坐标Aj和坐标Aj+1对应的经纬度坐标具体数值代入上式，化简可得
g-5、通过如下公式获取混合动力船舶距离出发地A的距离L
L＝(l1+l2+…+lj)；
步骤h、主控制器进行条件判断：|w-L|≤h是否成立，式中h为模式切换过程中所需距离：若成立，开始执行步骤i至步骤m；若不成立，回到步骤g；
步骤i、主控制器获取模式切换代号p＝o*I；然后，主控制器根据模式切换代号，控制相关设备完成相应的模式切换过程；
步骤j、计数器所计数值a加1；
步骤k、主控制器对计数器数值a进行条件判断：a≤n-1是否成立：若成立，执行步骤m至步骤o；若不成立，表示船舶到达目的地，结束；
步骤m、主控制器把系数矩阵I中第a列的值置为1，其余列的值置为0；
步骤n、主控制器把距离系数矩阵T中第a列的值置为1，其余列的值保持不变；
步骤o、回到步骤f循环执行，直至船舶到达目的地。
2.如权利要求1所述的一种直流组网的船舶混合动力推进系统的控制方法，其特征在于：所述步骤5还包括在主机模式下进行发电模式切换的操作，发电模式切换控制过程具体如下：
步骤a、预设轴带电机发电启动时功率阈值P，为20KW；
步骤b、转速传感器采集柴油推进主机的转速Nr；
步骤c、主控制器根据柴油推进主机的转速Nr并结合柴油推进主机的出厂特性曲线，获取柴油推进主机的输出功率Pe2及螺旋桨所需功率Pe1；
步骤d、确定冗余功率：主控制器根据公式P1＝Pe2-Pe1，计算冗余功率P1；
步骤e、确定负载所需功率：第二交流电压传感器和第二交流电流传感器分别采集交流母线上的电压U和电流I，负载控制模块根据公式P＝UI，计算负载所需功率P2，并传输给主控制器；
步骤f、主控制器对当前发电模式进行判断：若P1＜P，则当前发电模式为柴油发电机发电，执行步骤g；若P2≤P1，则当前发电模式为轴带电机发电，执行步骤h；若P≤P1＜P2，则当前发电模式为并联发电，执行步骤i；
步骤g、从柴油发电机发电模式切换到并联发电模式或轴带电机发电模式
步骤g-1、转速传感器采集柴油推进主机的转速Nr；主控制器根据柴油推进主机的转速Nr并结合柴油推进主机的出厂特性曲线...
【专利技术属性】
技术研发人员：乌云翔，邵诗逸，常国梅，武治江，刘洋，张明达，
申请(专利权)人：无锡赛思亿电气科技有限公司，山西汾西重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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