【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源船舶，具体涉及一种新能源船舶电网结构及能量管理方法。
技术介绍
1、现有工程船舶一般采用全电驱动模式，即利用主柴油发电机产生690vac母线，推进器、起重机绞车等主要轮机和甲板机械均直接使用电力驱动；400vac母线上的机械和生活用电有两个来源，一是利用变压器从690vac母线得到，二是400v交流母线配有辅助发电机。一般情况下，全船电能由主柴油发电机提供，仅在停泊工况时，主柴油发电机停机，辅助发电机提供400vac母线电能。
2、工程船舶在一个任务周期内(以一天24h计)负载变化很大，如起重、打桩时需要主发电机高功率运行，或者反复启停第二台主发电机以提供短时间(几分钟至几十分钟)的高功率；而在停泊工况下，主发电机关机，辅助发电机提供小功率负载所需的电能，发电机长时间工作在低效率区。
3、上述工况对柴油机能耗、寿命影响较大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了解决上述
技术介绍
存在的不足，提供一种新能源船舶电网结构及能量管理方法。
2、本专利技术采用的技术方案是：一种新能源船舶电网结构，包括三层结构，第一层为1000v直流母线，第二层为400v交流母线，第三层为230v交流母线；
3、所述1000v直流母线配备有超级电容储能系统和多台主发电机，为第一负载(包括主推进器、艏部侧向推进器、作业系统、移船绞车、1000v/400v变压器等)供电，1000v直流母线通过dc/ac变换器和第一变压器连接400v交流母线
4、所述400v交流母线配备有光伏发电系统、电池储能系统和多台辅助发电机，为第二负载(包括泵、通风、锅炉、400v/230v变压器等)供电，400v交流母线通过第二变压器连接230v交流母线；
5、所述230v交流母线为第三负载(包括照明、空调、中控室等)供电。
6、进一步地，当主发电机输出功率大于第一负载的需求功率，且超级电容储能系统容量小于第一设定值时，主发电机输出功率给超级电容储能系统充电；
7、当主发电机输出功率小于第一负载的需求功率，且超级电容储能系统容量大于第二设定值时，通过超级电容储能系统放电为第一负载供电。
8、进一步地，当第一负载中的部分设备工作在回馈制动模式，且超级电容储能系统容量小于第三设定值时，将回馈的电能通过1000v直流母线为超级电容储能系统充电。
9、进一步地，当主发电机工作，且有功率余量(即1000v直流母线的输入功率大于输出功率)时，辅助发电机关机，400v交流母线能量由1000v直流母线提供；当主发电机功率余量不足(即1000v直流母线的输入功率小于等于输出功率)时，开启辅助发电机，400v交流母线能量由辅助发电机提供。
10、进一步地，当400v交流母线的输入功率能够满足第二负载的功率需求，且电池储能系统容量小于第四设定值时，通过400v交流母线为电池储能系统充电；当400v交流母线的输入功率不能满足第二负载的功率需求，且电池储能系统容量大于第五设定值时，通过电池储能系统放电为第二负载供电。
11、一种基于上述的新能源船舶电网结构的能量管理方法，包括1000v直流母线的能量管理方法，过程为：
12、主发电机启动后，监测主发电机输出功率p1、1000v直流母线上所有负载功率p2，第一变压器高压侧输入功率p3；
13、若p2+p3<α*p0，α为第一设定倍率，取值为0.6～0.8，p0为单台主发电机额定功率，且超级电容储能系统容量小于a1时，控制超级电容储能系统侧的变换器以p4功率给超级电容储能系统充电；当超级电容储能系统的充电量达到a2时，则降低超级电容储能系统侧的变换器充电功率，直至超级电容充满电。
14、进一步地，主发电机启动后，若p2+p3>β*p0，β为第二设定倍率，取值为0.8～1.0，且超级电容储能系统的容量大于a3时，控制超级电容储能系统侧的变换器转为放电模式，放电功率为p5；超级电容储能系统放电过程中，若超级电容储能系统的容量降至a4或功率不足以满足负载需求时，启动第二台主发电机，并为超级电容储能系统充电。
15、进一步地，包括400v交流母线的能量管理方法，过程为
16、监测第一变压器低压侧输出功率p6、辅助发电机输出功率p7、光伏发电功率p8、400v交流母线上所有负载功率p9；
17、主发电机开启时，若p6+p8≥p9，则不启动辅助发电机；
18、若p6+p8＜p9且电池储能系统容量>a5，则控制电池储能系统放电，设置放电功率为p10；
19、电池储能系统放电过程中，若p10大于电池储能系统dc/ac变换器额定功率的0.9倍，则电池组放电功率p10设定为额定功率的0.9倍，同时需要开启辅助发电机。
20、进一步地，当p6+p8≥p9，且电池储能系统容量小于a6时，控制电池储能系统dc/ac变换器进入充电模式；充电过程中，若电池储能系统充电量达到a7，则降低电池储能系统dc/ac变换器充电功率，直至电池储能系统充满电。
21、更进一步地，当工程船舶工作在停泊工况下，且电池储能系统容量大于a8时，主发电机和辅助发电机均不启动，控制电池储能系统dc/ac变换器放电；
22、电池储能系统放电过程中，若电池储能系统容量低于a9，则启动辅助发电机为电池储能系统充电。
23、本专利技术的有益效果是：
24、本专利技术在1000v直流母线上配备超级电容储能系统，在400v交流母线上配备电池储能系统，通过合理的能量管理方法，使得柴油发电机始终工作在最佳能耗区，同时减少主发电机的启停次数，同时配备例如光伏等新能源发电系统，用于补充发电，进一步减少发电机能耗。
25、本专利技术1000v直流母线结构，有益于各类四象限运行电动机类负载接入，通过双向dc/ac变换器，可以将交流电机回馈的能量直接变为高压直流，由直流母线上的超级电容进行储存；同时超级电容具备较大的充放电功率，可以很好的吸收平抑电网冲击，超级电容放电时可以代替一部分主发电机的功能，从而减少备用主发电机的启停次数，同时使得主发电机运行于高效率区间，减少燃油消耗。
26、本专利技术400v交流母线具备新能源发电接入功能，采用组串式光伏发电，亦可接入风力发电系统，也兼容各类中小型锂离子电池储能系统，电池储能系统通过充放电平抑电网波动，使得辅助发电机运行于高效率区间，减少燃油消耗；此外，电池储能系统可以在夜间负载较小时放电，替代辅助发电机的功能，关闭辅助发电机以进一步减少燃油消耗，同时提供较为安静、舒适的夜间休息环境。
27、本专利技术利用储能系统平抑电网负载的波动，对船舶电网进行削峰填谷、减少柴油发电机开机时间，从而达到节省燃油的目的；同时提供一种能量管理方法，能量管理系统统筹电网工作状态，基于工程船舶特殊工况，通过对储能系统充放电功率控制、主发电机和辅助发电机启停控制等本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种新能源船舶电网结构，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的新能源船舶电网结构，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的新能源船舶电网结构，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的新能源船舶电网结构，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的新能源船舶电网结构，其特征在于：
6.一种基于权利要求1所述的新能源船舶电网结构的能量管理方法，其特征在于：包括1000V直流母线的能量管理方法，过程为：
7.根据权利要求6所述的能量管理方法，其特征在于：主发电机启动后，若P2+P3>β*P0，β为第二设定倍率，取值为0.8～1.0，且超级电容储能系统的容量大于A3时，控制超级电容储能系统侧的变换器转为放电模式，放电功率为P5；超级电容储能系统放电过程中，若超级电容储能系统的容量降至A4或功率不足以满足负载需求时，启动第二台主发电机，并为超级电容储能系统充电。
8.根据权利要求6所述的能量管理方法，其特征在于：包括400V交流母线的能量管理方法，过程为：
9.根据权利要求8所述的能量管理方法，
10.根据权利要求8所述的能量管理方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种新能源船舶电网结构，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的新能源船舶电网结构，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的新能源船舶电网结构，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的新能源船舶电网结构，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的新能源船舶电网结构，其特征在于：
6.一种基于权利要求1所述的新能源船舶电网结构的能量管理方法，其特征在于：包括1000v直流母线的能量管理方法，过程为：
7.根据权利要求6所述的能量管理方法，其特征在于：主发电机启动后，若...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永涛，田唯，杨秀礼，黎明，刘修成，张立强，程茂林，李涛，程正祥，吴雪峰，肖浩，周斌，杨佳，金龙，李响，文华东，
申请(专利权)人：中交第二航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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