电电混合船舶直流综合电力系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种电电混合船舶直流综合电力系统及控制方法，包括包括直流母排、交流配电板、左侧发电机组、右侧发电机组、左侧锂电池组、右侧锂电池组、左侧推进变频器组、左侧作业变频器、右侧推进变频器组、右侧作业变频器；所有设备均通过直流断路器与直流母排连接。发电机组和锂电池组为直流母排提供直流电能，直流母排为推进/作业变频器和逆变器提供直流电能。直流电经推进/作业变频器转化为交流电为推进/作业电机供能，直流电经DC/AC逆变器逆变为交流电后，通过变压器输出为日用交流配电区域供能。本发明专利技术可以通过发电机组与锂电池组的不同组网和控制方式，应对船舶综合电力系统不同的运行模式，节省燃料，提高效率，降低排放。降低排放。降低排放。

【技术实现步骤摘要】
电电混合船舶直流综合电力系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及船舶电力系统
，具体涉及一种电电混合船舶直流综合电力系统及控制方法。

技术介绍

[0002]在我国“双碳”目标的背景下，为了缓解传统船舶对柴油等燃料消耗的依赖，全电或多电供电方案成为了船舶运输业节能减排的主要实现手段。我国全电或多电船舶技术应用尚未成熟，多种类型供电源的船舶投入运营数量较少。目前主要将锂电池储能装置与发电机组并联的多电供电方案作为发展过渡，满足当前船舶运输行业节能减排的短期目标。然而，现有多电混合船舶电力系统普遍存在以下三方面问题：1）船舶运行模式多、负荷差异大，使得发电机组供电效率低。船舶电力系统仍然主要依靠发电机组供电，船舶灵活的运行模式间功率需求差异较大，导致发电机组经常工作在低负荷工况下，使得效率降低，甚至出现故障。
[0003]2）锂电池储能装置作用发挥不明显，充电依赖于岸电。一般将锂电池储能装置用来为应急工况下的日用配电系统供能或为发电机起动供能，在系统运行过程中并未降低船舶对柴油等燃料消耗的依赖，发挥作用较小，且锂电池一般需要通过岸电充电，应用灵活性不高。
[0004]3）系统集成度不高。直
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交流配电板间通过电缆连接，且分别配置安装，使得系统集成度不高，可靠性降低。
[0005]为解决现有多电供电的船舶电力系统面临的上述现实问题，有必要提出一种新型电电混合船舶直流综合电力系统方案，在满足全船推进和日用负载供电需求的基本前提下，尽可能优化系统运行模式，提高供电效率，降低燃料消耗和碳排放量，增强电电混合船舶直流综合电力系统的实用性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种船舶在不同的运行模式下均可以保持较高的供电效率、减少燃料消耗量的电电混合船舶直流综合电力系统及控制方法。
[0007]本专利技术提供一种电电混合船舶直流综合电力系统，包括直流母排、交流配电板、左侧发电机组、右侧发电机组、左侧锂电池组、右侧锂电池组、左侧推进变频器组、左侧作业变频器、右侧推进变频器组、右侧作业变频器、左侧DC/AC逆变器、右侧DC/AC逆变器、左侧隔离变压器、右侧隔离变压器；直流母排包括左侧直流母排单元和右侧直流母排单元，左侧直流母排单元和右侧直流母排单元之间通过直流断路器连接；左侧发电机组通过直流断路器与左侧直流母排连接，左侧锂电池组依次通过DC/DC双向变流器和直流断路器连接于左侧直流母排，左侧推进变频器组通过直流断路器与左侧直流母排连接，左侧作业变频器通过直流断路器与左侧直流母排连接，左侧DC/AC逆变器通过直流断路器与左侧直流母排连接，左侧DC/AC逆变器通
过左侧隔离变压器和交流断路器连接于交流配电板；右侧发电机组通过直流断路器与右侧直流母排连接，右侧锂电池组依次通过DC/DC双向变流器和直流断路器连接于右侧直流母排，右侧推进变频器组通过直流断路器与右侧直流母排连接，右侧作业变频器通过直流断路器与右侧直流母排连接，右侧DC/AC逆变器通过直流断路器与右侧直流母排连接，右侧DC/AC逆变器通过右侧隔离变压器和交流断路器连接于交流配电板。
[0008]进一步地，所述左侧发电机组和右侧发电机组均包括至少一台发电机组单元，左侧锂电池组和右侧锂电池组均包括至少一个锂电池储能站，左侧推进变频器组和右侧推进变频器组均包括至少一台主推进变频器和一台侧推进变频器；左侧作业变频器驱动左侧作业电机工作，左侧推进变频器组的主推进变频器驱动左侧主推进电机工作、侧推进变频器驱动左侧侧推进电机工作；右侧作业变频器驱动右侧作业电机工作，右侧推进变频器组的主推进变频器驱动右侧主推进电机工作、侧推进变频器驱动右侧侧推进电机工作。
[0009]进一步地，每台所述发电机组单元采用十二相同步整流发电机组，由无刷励磁装置+十二相同步发电机+二十四脉波不控整流器构成；所述左侧作业变频器、右侧作业变频器、主推进变频器和侧推进变频器均采用三相两电平电压源型PWM变流器结构。
[0010]进一步地，所述DC/DC双向变流器采用三重化PWM变流器结构或双向H桥变流器结构；所述左侧DC/AC逆变器和右侧DC/AC逆变器均采用三相两电平电压源型PWM逆变器结构。
[0011]还提供一种如上述所述电电混合船舶直流综合电力系统的控制方法如下：巡航或静音/零碳航行工况时，发电机组出口断路器断开，锂电池组的DC/DC双向变流器出口断路器闭合，并连接于直流母排，为直流母排提供电能，此时，单机运行信号Flag_s=1；所述锂电池组工作于放电模式，此时，充放电控制信号Flag_c=1；所述直流母排经变频器向推进/作业负载供电，所述直流母排经DC/AC逆变器向日用负载供电；高速航行或作业工况，发电机组出口断路器闭合，锂电池组的DC/DC双向变流器出口断路器闭合，发电机组和锂电池组并联运行，并连接于直流母排，此时，单机运行信号Flag_s=0；当负载较重时，发电机组和锂电池组共同为直流母排提供电能；所述锂电池组工作于放电模式，此时，充放电控制信号Flag_c=1；所述直流母排经变频器向推进/作业负载供电，所述直流母排经DC/AC逆变器向日用负载供电。
[0012]当负载较轻时，仅发电机组为直流母排提供电能；所述锂电池组工作于充电模式，此时，充放电控制信号Flag_c=0；所述直流母排经变频器向推进/作业负载供电，所述直流母排经DC/AC逆变器向日用负载供电，所述直流母排经DC/DC变流器为锂电池组充电。
[0013]根据船舶运行模式，检测Flag_s和Flag_c的值，即可切换至对应运行模式下的控制策略。
[0014]进一步地，每台所述发电机组单元采用无刷励磁装置+十二相同步发电机+二十四脉波不控整流器结构；励磁调节器控制策略采用电压电流双闭环控制策略，所述双闭环控制的外环采用输出直流电压PI控制，所述双闭环控制的内环采用励磁机励磁电流PI控制。
[0015]进一步地，所述锂电池组工作于巡航或静音/零碳航行工况下的放电模式，此时，Flag_s=Flag_c=1；DC/DC双向变流器采用三重化PWM变流器结构或双向H桥变流器结构，控制策略采用电压电流双闭环控制策略，所述双闭环控制的外环采用输出直流电压PI控制，所述双闭环控制的内环采用电感电流PI控制。
[0016]进一步地，所述锂电池组工作于高速航行或作业工况下的放电模式，此时，Flag_s
=0，Flag_c=1，DC/DC变流器采用三重化PWM变流器结构或双向H桥变流器结构，控制策略采用恒流输出控制策略，所述恒流控制采用电感电流PI控制；若该工况下突卸负载至轻载，DC/DC双向变流器检测到直流电压过压信号，则变流器紧急封锁脉冲，负载全部由发电机供电。
[0017]进一步地，所述锂电池组工作于高速航行或作业工况下的充电模式，此时，Flag_s=0，Flag_c=0，DC/DC双向变流器可采用三重化PWM变流器结构或双向H桥变流器结构，控制策略采用恒流充电控制策略，所述恒流控制采用电感电流PI控制。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电电混合船舶直流综合电力系统，其特征在于：包括直流母排、交流配电板、左侧发电机组、右侧发电机组、左侧锂电池组、右侧锂电池组、左侧推进变频器组、左侧作业变频器、右侧推进变频器组、右侧作业变频器、左侧DC/AC逆变器、右侧DC/AC逆变器、左侧隔离变压器、右侧隔离变压器；直流母排包括左侧直流母排单元和右侧直流母排单元，左侧直流母排单元和右侧直流母排单元之间通过直流断路器连接；左侧发电机组通过直流断路器与左侧直流母排连接，左侧锂电池组依次通过DC/DC双向变流器和直流断路器连接于左侧直流母排，左侧推进变频器组通过直流断路器与左侧直流母排连接，左侧作业变频器通过直流断路器与左侧直流母排连接，左侧DC/AC逆变器通过直流断路器与左侧直流母排连接，左侧DC/AC逆变器通过左侧隔离变压器和交流断路器连接于交流配电板；右侧发电机组通过直流断路器与右侧直流母排连接，右侧锂电池组依次通过DC/DC双向变流器和直流断路器连接于右侧直流母排，右侧推进变频器组通过直流断路器与右侧直流母排连接，右侧作业变频器通过直流断路器与右侧直流母排连接，右侧DC/AC逆变器通过直流断路器与右侧直流母排连接，右侧DC/AC逆变器通过右侧隔离变压器和交流断路器连接于交流配电板。2.根据权利要求1所述电电混合船舶直流综合电力系统，其特征在于：所述左侧发电机组和右侧发电机组均包括至少一台发电机组单元，左侧锂电池组和右侧锂电池组均包括至少一个锂电池储能站，左侧推进变频器组和右侧推进变频器组均包括至少一台主推进变频器和一台侧推进变频器；左侧作业变频器驱动左侧作业电机工作，左侧推进变频器组的主推进变频器驱动左侧主推进电机工作、侧推进变频器驱动左侧侧推进电机工作；右侧作业变频器驱动右侧作业电机工作，右侧推进变频器组的主推进变频器驱动右侧主推进电机工作、侧推进变频器驱动右侧侧推进电机工作。3.根据权利要求2所述电电混合船舶直流综合电力系统，其特征在于：每台所述发电机组单元采用十二相同步整流发电机组，由无刷励磁装置+十二相同步发电机+二十四脉波不控整流器构成；所述左侧作业变频器、右侧作业变频器、主推进变频器和侧推进变频器均采用三相两电平电压源型PWM变流器结构。4.根据权利要求1所述电电混合船舶直流综合电力系统，其特征在于：所述DC/DC双向变流器采用三重化PWM变流器结构或双向H桥变流器结构；所述左侧DC/AC逆变器和右侧DC/AC逆变器均采用三相两电平电压源型PWM逆变器结构。5.一种如权利要求1所述电电混合船舶直流综合电力系统的控制方法，其特征在于：巡航或静音/零碳航行工况时，发电机组出口断路器断开，锂电池组的DC/DC双向变流器出口断路器闭合，并连接于直流母排，为直流母排提供电能，此时，单机运行信号Flag_s=1；所述锂电池组工作于放电模式，此时，充放电控制信号Flag_c=1；所述直流母排经变频器向推进/作业负载供电，所述直流母排经DC/AC...

【专利技术属性】
技术研发人员：马凡，郝晓亮，肖润龙，张彦，吴优，
申请(专利权)人：湖北东湖实验室，
类型：发明
国别省市：