一种多电源动力的船舶直流电力推进系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种多电源动力的船舶直流电力推进系统，包括供电模块、电力推进装置、充电装置、直流母线、能量转换装置、直流配电装置和能量管理模块。所述供电模块包括燃料电池组、锂电池组、超级电容、太阳能光伏发电组件、风力发电装置。能量管理模块通过直流配电装置采集信息；用于合理分配燃料电池组、锂电池组、超级电容、太阳能光伏发电组件、风力发电组的能量输出。具有较高的集成度，较低的设备成本，占地面积小及重量低，当负载发生变化时，可以灵活地分配燃料电池和复合储能模块的功率输出，为负载提供足够的能量输出。采用能量管理模块，使燃料电池和复合储能装置更高效率输出，可显著提高整个系统的能源使用效率。可显著提高整个系统的能源使用效率。可显著提高整个系统的能源使用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种多电源动力的船舶直流电力推进系统


[0001]本技术涉及船舶
，具体涉及了一种多电源动力的船舶直流电力推进系统。

技术介绍

[0002]目前，船舶动力来源主要为柴油机、燃气轮机等，在其提供动力的同时还会排放大量的硫氧化物、二氧化碳、氮氧化合物、颗粒物等大气污染物，对环境和大气造成严重的污染。近年来随着电力电子技术、变频电机制造技术、交流电机变频调速技术和计算机控制技术的日益成熟，船舶电力推进系统以其所具备的经济性、机动性、操纵性、安全性、环保性等优势，使其装船率逐年上升。在电力推进船舶的发展进程中，交流电力系统以功能块技术成熟、开发快捷等优势，成为当前电力推进船舶的主流方案。然而，交流电力系统也存在控制复杂，谐波污染等问题，长期困扰着电力推进船舶的发展。随着可控整流技术以及斩波逆变技术的进步，加上能源价格的上升，船舶直流组网电力系统的发展引起了关注。
[0003]早期交流电力推进系统优于直流电力推进的主要原因是，交流电力系统通过使用变压器能够容易地改变电压，而直流电力系统实现电压的改变较为困难，并且传统直流系统维护成本高。然而，近些年电力电子技术的飞速发展，使得电力电子器件可以轻松实现变压。因此，船舶直流电力推进系统的优势越来越明显，其主要优点有：
[0004]（1）提高柴油发电机效率和节省燃油消耗。在船舶交流电力系统中，柴油机与定速发电机相连，在指定的电力系统频率工作。当船舶电力系统处在低负载需求时，柴油发电机则处在低负荷定转速下工作，此时能量效率大幅下降，同时会排放大量污染气体。而采用直流电力系统，柴油发电机可以根据电力系统所需要负载调整转速，从而使柴油机处在最优工况点上，提高系统能量效率。
[0005]（2）系统集成度提高，节省空间与降低重量。将交流电力系统改造为直流系统后，交流配电板、推进变压器以及THD滤波器都不需要配置。
[0006]（3）电能传输损耗降低。直流电网的频率为0Hz，电缆不会产生集肤效应，并且对新能源设备的接入与储能系统的应用性更好。
[0007]为了达到节能减排和满足功率需求的目的，越来越多的船舶采用纯电力推进模式，采用更加清洁的动力源来代替传统的柴油机发电模式，如光伏发电、LNG发电、燃料电池、蓄电池等，通过清洁能源发电并网到船舶电力系统，以提供功率。
[0008]当采用光伏发电、LNG发电、燃料电池、蓄电池为电力供给单元时，为了整个电力系统的平稳运行、相关系统的使用寿命和设备的安全，电力供给单元的运行状况就显得至关重要，所以对船舶的能量管理进行优化就显得尤为重要。

技术实现思路

[0009]本技术的目的在于提供一种能提高船舶舒适度、利于环保，且可以在短时间内完成充电的多电源动力的船舶直流电力推进系统。本技术的推进系统通过燃料电池
把氢气的化学能转化为电能，并储存在复合电源中。光伏发电机组和风力发电装置能够收集多种形式的能源，并且把这多种形式的能源转化为电能。然后复合电源发出电能供给推进电机带动螺旋桨转动，从而为船舶行驶提供动力，提高能源转化率。
[0010]本技术的一种多电源动力的船舶直流电力推进系统，包括供电模块、电力推进装置、充电装置、直流母线、能量转换装置、直流配电装置和能量管理模块。
[0011]所述供电模块包括燃料电池组、锂电池组、超级电容、太阳能光伏发电组件、风力发电装置。
[0012]所述电力推进装置包括变频器、推进电机、操作控制台、轴系以及螺旋桨。
[0013]所述充电装置包括直流充电装置和交流充电装置。
[0014]所述直流母线是指所有的能源都以直流的方式汇总到母线上，再送给电力推进装置。所述母线是能源系统的汇合点。
[0015]所述能量转换装置包括双向DC/DC转换器、单向DC/DC转换器、DC/AC转换器和逆变器。
[0016]所述能量管理模块是指根据功率负载需求来合理分配燃料电池组、锂电池组、超级电容、太阳能光伏发电组件、风力发电装置的能量输出。
[0017]本技术采用公共的直流母线系统进行组网，燃料电池组发生化学反应将化学能转化为电能，产生的电流通过DC/DC转换器后与公共的直流母线连接。
[0018]推进电机通过逆变器与公共的直流母线连接，实现了船舶负载发生变化时，调整燃料电池组的发电量；使船舶电网能够工作在正常的电压下，提高发电和推动两个环节的集成性和协调性。
[0019]所述直流母线通过逆变器连接船舶日用负载。将船舶公共的直流母线提供的直流电源进行逆变转换成频率和电压可调的交流输出，为负载设备提供可调节的电源，使负载设备正常工作。
[0020]采用燃料电池组作为发电模块，燃料电池组发出直流电通过DC/DC转换器直接与直流母线连接。
[0021]所述超级电容与锂电池组构成复合储能装置，采用并联拓扑结构。所述复合储能装置通过DC/DC转换器与直流母线直接相连。
[0022]所述太阳能光伏发电组件包括太阳能板、采样电路、放大电路以及转换装置等，通过输电网络，并入到直流母线中。
[0023]所述风力发电装置包括柱状的风力采集结构、采样电路、放大电路以及转换装置，通过输电网络，并入到直流母线中。
[0024]燃料电池组、光伏发电机组和风力发电装置，可以将发出的电能通过连接交流充电装置，直接给锂电池组充电。
[0025]推进电机通过逆变器与直流母线连接，推进电机通过轴系连接螺旋桨。
[0026]所述直流配电装置是船舶的电能管理系统，其预先绘制负载功率曲线，得到不同时间段所需要的功率负载，即通过与推进电机、推进系统及其他负荷系统的控制器连接，监控整船的电能负荷需求；直流配电装置的监控结果用于设置燃料电池和复合电源的充放电功率，使得能够满足各个负载的功率需求。
[0027]所述能量管理模块，为了实现最少能耗、最少排放、最大续航能力，并保证船舶电
力系统稳定工作。
[0028]一种多电源动力的船舶直流电力推进系统的工作方法，包括以下步骤：
[0029]在正常的航行过程中，多电源动力的船舶电力推进系统的工况主要分为两种，燃料电池组作为主动力源，锂电池组、光伏发电机组和风力发电装置作为辅助动力源，该工况为工作模式1；锂电池组作为主动力源，燃料电池组、光伏发电机组和风力发电装置作为辅助动力源，该工况为工作模式2。
[0030]工作模式1，系统中燃料电池组始终在最佳效率工作状态下运行，其输出功率Pe为定值，当船舶需求功率P1小于燃料电池组提供功率Pe时，燃料电池组除了给船舶提供能量之外，还可以向锂电池组和超级电容充电，光伏发电机组和风力发电装置正常工作。
[0031]工作模式2，当船舶需求功率P1大于燃料电池组提供功率Pe时，通过锂电池组放电补充系统能量，根据锂电池组工作特点，在其荷电状态(SOC)能满足系统功率的需求时，有锂电池组全部提供能量，当SOC下降到一定程度后，就需要燃料电池组、光伏发电机组和风力发电装置来满足功率需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多电源动力的船舶直流电力推进系统，其特征在于：包括供电模块、电力推进装置、充电装置、直流母线、能量转换装置、直流配电装置和能量管理模块；供电模块包括燃料电池组、锂电池组、超级电容、太阳能光伏发电组件、风力发电装置；锂电池组和超级电容采用并联拓扑结构；能量转换装置包括双向DC/DC转换器、单向DC/DC转换器、DC/AC转换器和逆变器；直流母线是指所有的能源都以直流的方式汇总到母线上，再送给电力推进装置；能量管理模块通过直流配电装置采集信息，用于合理分配燃料电池组、锂电池组、超级电容、太阳能光伏发电组件、风力发电组的能量输出。2.根据权利要求1所述的一种多电源动力的船舶直流电力推进系统，其特征在于：所述燃料电池组包括氢气燃料储存罐、加热装置和燃料电池；燃料电池组通过单向DC/DC转换器与直流母线电连接。3.根据权利要求1所述的一种多电源动力的船舶直流电力推进...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈辉，陈磊，管聪，杨祥国，
申请(专利权)人：武汉理工大学深圳研究院，
类型：新型
国别省市：