一种内河船舶混合动力系统及运行控制方法技术方案

一种内河船舶混合动力系统及运行控制方法，属于船舶动力技术领域，系统由公共母排对全船电能进行汇分统筹，通过调节电池储能模块充电或放电功率，使系统发电机组可恒定功率输出，并进一步使发电机组内燃机在单位输出功率最小油耗状态下恒速恒功率运行，同时通过电池吐纳对发电机组发出功率充分利用，从而达到节能目的；同时利用公共母排的吸纳统筹和电池储能模块的储能功能，在系统中加入了光伏、风电清洁能源作为辅助电能，进一步扩大了节能效果；同时本系统能够升级，从柴电混动最终实现纯电推进。本系统配置科学和运行控制方法原理清晰，实船布置灵活方便，节能效果显著，易于实施。施。施。

【技术实现步骤摘要】
一种内河船舶混合动力系统及运行控制方法


[0001]本专利技术属于船舶动力
，涉及一种内河船舶混合动力系统及运行控制方法，具体地说是涉及一种发电机组内燃机恒转速、输出恒定功率运行功能的船舶混合动力推进系统及运行控制方法。

技术介绍

[0002]目前内河船舶常采用传统主机轴系推进系统、纯柴电推进系统和带储能的柴电为主的混合推进系统。上述推进系统在目前内河船舶航行工况中存在以下不足。
[0003]传统主机轴系推进系统：主机绝大部分时间不在额定工况运行，主机平均输出功率远小于理论最小单位功率油耗对应输出功率，每单位功率油耗远高于理论最小值；主机输出功率频繁变化，主机在不同输出功率转换过程中，单位功率油耗平均值远远高于稳定运行工况油耗；主机存在大量怠速运行情况，空耗油而不输出功率。
[0004]纯柴电推进系统：发电机组可分档分批入列解列，缩小了输出功率和需用功率之间的差距，但发电机组内燃机未能在额定工况运行以及输出功率不断变化与传统主机轴系推进系统情况相同。
[0005]带储能的柴电为主的混合推进系统：通过储能系统的消纳，可使发电机组处于不同输出功率下的最佳单位功率油耗，或发电机组不同转速下的最佳单位功率油耗，但不能使发电机组内燃机恒转速恒功率输出，在最小单位功率油耗下运行。
[0006]综上所述，由于内河船舶航行工况复杂多变，航行推进功率频繁大幅变化，实际平均推进功率远远小于装船总功率，且存在内燃机怠速运行情况，导致船舶油耗大。
[0007]纯电推进虽是解决船舶节能和环保的方向，但目前船用电池的能量密度太低，远远不能满足相对大功率长航程内河船舶长时间续航的要求。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对目前内河船舶现有推进系统在内河船舶航行实际工况中存在的不足，提出一种内河船舶混合动力系统及运行控制方法，以公共母排蓄用统筹，通过调节电池储能模块充电或放电功率，使得系统发电机组内燃机能以最小理论单位功率油耗恒速运行，恒功率输出，并通过储能电池吐纳对发电机组发出功率进行充分利用，达到节能的目的；同时利用电池的储能作用在系统中加入光伏电能和风力电能作为系统辅助能源，解决目前船用电池续航时间不足的同时，进一步提升节能效果。
[0009]本申请提供的一种内河船舶混合动力系统采用如下技术方案：
[0010]一种内河船舶混合动力系统，包括内燃机发电模块、岸电模块、电机推进模块、电池储能模块、日用负载模块和公共母排；其特征在于：所述混合动力系统还包括中央运行控制单元和辅助清洁能源模块；所述内燃机发电模块、岸电模块、电机推进模块、电池储能模块、日用负载模块、辅助清洁能源模块均通过变电器与所述公共母排形成通电连接，所述中央运行控制单元通过信号控制线分别与所述内燃机发电模块、岸电模块、电机推进模块、电
池储能模块、日用负载模块、辅助清洁能源模块形成控制连接。
[0011]通过采用上述技术方案，利用电池的储能作用在系统中加入光伏电能和风力电能作为系统辅助能源，由公共母排蓄用统筹；中央运行控制单元通过信号控制线与内燃机发电模块、岸电模块、辅助清洁能源模块、电池储能模块、电机推进模块、日用负载模块进行功率、电能电量参数、工况等数据进行信息交互和逻辑运算，给各模块发送动作指令，通过变电器使主、辅电源和电池电能汇入公共母排及公共母排电能供给推进电机和日用负载，并实现主、辅电源和电池、推进电机和日用负载与公共母排之间的通断功能。
[0012]进一步的，所述辅助清洁电源模块由光伏电池板和风力发电机组成，光伏电池板和风力发电机设置在船舶甲板室顶部，分别通过光伏变电器和风电变电器与公共母排连接。
[0013]通过采用上述技术方案，光伏电池板和风力发电机利用船舶甲板室顶部空间进行安装，不占用船舶其它使用空间。
[0014]进一步的，所述电池储能模块中设有备用电池组接口和备用电池组。
[0015]通过采用上述技术方案，设置开放式动力系统，在实船布置备用电池组接口和备用电池组存放空间，以实现后期的迭代升级。
[0016]一种内河船舶混合动力系统运行控制方法，采用如下技术方案：
[0017]设置系统运行条件：电池储能模块设置充电、放电、不充不放三种状态；设电池储能模块最高剩余电量值和最低剩余电量值，电池充电过程中在没有达到最高剩余电量值时，不进入放电状态，电池放电过程中在没有达到最低剩余电量值时，不进入充电状态；内燃机发电机组中两台内燃机的输出恒定功率为P
发1恒
和P
发2恒
，发电机组内燃机在设定的恒定功率P
发1恒
和P
发2恒
下以恒速运行时单位输出功率油耗最小，同时内燃机发电机组输出的功率之和大于等于电机推进模块和日用负载模块最大需用功率之和；中央运行控制单元给出不同档位的前进/后退推进指令对应推进电机不同的推进需用功率P
推进
。
[0018](1)航行模式运行控制方法
[0019]中央运行控制单元发出推进指令并获取推进指令对应的电机推进模块的需用功率P
推进
，获取日用负载模块的即时需用功率P
日用
和辅助清洁电源模块的即时供给公共母排功率P
清洁
；起航时，电池储能模块设定为放电状态，此时岸电模块、内燃机发电模块和电池储能模块的充电线路与公共母排断开，电池储能模块的放电线路和其它模块通过变电器与公共母排连通，当P
推进
+P
日用
‑
P
清洁
小于电池储能模块的最大放电功率，内燃机发电模块不启动，由电池储能模块放电供电给推进电机模块和日用负载模块，即P
电池放
＝P
推进
+P
日用
‑
P
清洁
，当P
推进
+P
日用
‑
P
清洁
＞电池储能模块的最大放电功率，启动内燃机发电模块中的一台发电机组，这时调整电池储能模块放电功率P
电池放
＝P
推进
+P
日月
‑
P
发1恒
‑
P
清洁
，从而使投入运行的一台发电机组始终以恒定功率P
发1恒
及恒速运行，进而保证发电机组的内燃机输出的功率和转速为恒定值；当电池储能模块放电至设定的最低剩余电量值，电池储能模块转入充电状态，电池储能模块的放电线路与公共母排断开，电池储能模块的充电线路与公共母排连通，此时若P
推进
+P
日用
‑
P
清洁
＜一台发电机恒定功率P
发1恒
，则运行一台发电机组，调节电池储能模块充电功率P
电池充
＝P
发1恒
+P
清洁
‑
P
推进
‑
P
日用
，从而使投入运行的一台本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内河船舶混合动力系统，包括内燃机发电模块(A)、岸电模块(B)、电机推进模块(C)、电池储能模块(D)、日用负载模块(E)和公共母排(G)；其特征在于：所述混合动力系统还包括中央运行控制单元(H)和辅助清洁能源模块(F)；所述内燃机发电模块(A)、岸电模块(B)、电机推进模块(C)、电池储能模块(D)、日用负载模块(E)、辅助清洁能源模块(F)均通过变电器与所述公共母排(G)形成通电连接，所述中央运行控制单元(H)通过信号控制线分别与所述内燃机发电模块(A)、岸电模块(B)、电机推进模块(C)、电池储能模块(D)、日用负载模块(E)、辅助清洁能源模块(F)形成控制连接。2.根据权利要求1所述的一种内河船舶混合动力系统，其特征在于：所述辅助清洁电源模块(F)由光伏电池板(6)和风力发电机(4)组成，光伏电池板(6)和风力发电机(4)设置在船舶甲板室顶部，分别通过光伏变电器(7)和风电变电器(5)与公共母排(G)连接。3.根据权利要求1所述的一种内河船舶混合动力系统，其特征在于：所述电池储能模块(D)中设有备用电池组接口和备用电池组(19)。4.一种内河船舶混合动力系统运行控制方法，其特征在于，利用权利要求1
‑
3任意一项所述的内河船舶混合动力系统，控制方法如下：设置系统运行条件：电池储能模块(D)设置充电、放电、不充不放三种状态；设电池储能模块(D)最高剩余电量值和最低剩余电量值，电池充电过程中在没有达到最高剩余电量值时，不进入放电状态，电池放电过程中在没有达到最低剩余电量值时，不进入充电状态；内燃机发电模块(A)中两台内燃机的输出恒定功率为P
发1恒
和P
发2恒
，发电机组内燃机在设定的恒定功率P
发1恒
和P
发2恒 以恒速运行时单位输出功率油耗最小，同时内燃机发电机组输出的功率之和大于等于电机推进模块和日用负载模块最大需用功率之和；中央运行控制单元给出不同档位的前进/后退推进指令对应推进电机不同的推进需用功率P
推进
；(1)航行模式运行控制方法中央运行控制单元(H)发出推进指令并获取推进指令对应的电机推进模块(C)的需用功率P
推进
，获取日用负载模块(E)的即时需用功率P
日用
和辅助清洁电源模块(F)的即时供给公共母排功率P
清洁
；起航时，电池储能模块(D)设定为放电状态，此时岸电模块(B)、内燃机发电模块(A)和电池储能模块(D)的充电线路与公共母排(G)断开，电池储能模块(D)的放电线路和其它模块通过变电器与公共母排(G)连通，当P
推进
+P
日用
‑
P
清洁
小于电池储能模块(D)的最大放电功率，内燃机发电模块(A)不启动，由电池储能模块(D)放电供电给推进电机模块(C)和日用负载模块(E)，即P
电池放
=P
推进
+P
日用
‑
P
清洁
，当P
推进
+P
日用
‑
P
清洁
＞电池储能模块(D)的最大放电功率，启动内燃机发电模块(A)中的一台发电机组，这时调整电池储能模块(D)放电功率P
电池放
=P
推进
+P
日月
‑
P
发1恒
‑
P
清洁
，从而使投入运行的一台发电机组始终以恒定功率P
发1恒
及恒速运行，进而保证发电机组的内燃机输出的功率和转速为恒定值；当电池储能模块(D)放电至设定的最低剩余电量值，电池储能模块(D)转入充电状态，电池储能模块(D)的放电线路与公共母排(G)断开，电池储能模块(D)的充电线路与公共母排(G)连通，此时若P
推进
+P
日用
‑
P
清洁
＜一台发电机恒定功率P
发1恒
，则运行一台发电机组，调节电池储能模块(D)充电功率P
电池充
=P
发1恒
+P
清洁
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：董永岗，董俊，华娟，周力，
申请(专利权)人：扬州永诚钢结构有限公司，
类型：发明
国别省市：