[發(fā)明專利]電油混合能源轉(zhuǎn)換電驅(qū)動(dòng)船舶的間接型矩陣控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310032954.6
• 申請(qǐng)日: 2013-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN103973183A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐志森;王文忠;龐明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 龐志森;王文忠;張大中;龐明;宜昌發(fā)中船務(wù)有限公司
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00;H02P27/12
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 成鋼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多能源電動(dòng)船舶的電源組合及推進(jìn)控制系統(tǒng)，特別是一種電油混合能源轉(zhuǎn)換電驅(qū)動(dòng)船舶的間接型矩陣控制系統(tǒng)，即以發(fā)電機(jī)組和取用岸電的動(dòng)力蓄電池組相結(jié)合的電油混合能源全電動(dòng)船舶的、交直流電源直接并聯(lián)運(yùn)行的間接型矩陣控制的電站系統(tǒng)，和采用間接型矩陣變換器與直接轉(zhuǎn)矩變頻控制相結(jié)合的組合式控制策略的推進(jìn)控制系統(tǒng)疊加形成的間接型矩陣控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車具有環(huán)保節(jié)能和行駛里程較大的優(yōu)勢。混合動(dòng)力電動(dòng)船舶具有同樣的特性和特殊的用途，例如科學(xué)測量船舶、具體為一種經(jīng)常性頻繁進(jìn)行水文測量的船舶，需要靜音工作環(huán)境和較大的續(xù)航力，以及能夠在流水和風(fēng)浪中定位于一點(diǎn)、或以極低的航速運(yùn)行的性能，以適應(yīng)于水文測量的需求。顯然，采用熱力機(jī)推進(jìn)和發(fā)電機(jī)組供電都不能實(shí)現(xiàn)靜音目的，而蓄電池電動(dòng)船舶缺乏大續(xù)航力，唯有電油混合全電動(dòng)船舶可達(dá)到其雙重目標(biāo)。電力推進(jìn)具有定位航行和低速性能，且能以蓄電池工作于測量工況，而以有噪聲的發(fā)電機(jī)組用于其它工況，從而可同時(shí)兼顧靜音測量環(huán)境和大續(xù)航力雙重需求，對(duì)蓄電池充電可引用岸電，也可采用船電，后者雖然效率低一點(diǎn)，但測量時(shí)間不長、而靜音環(huán)境成為主要矛盾，且雙重技術(shù)目的得以實(shí)現(xiàn)。

然而難題在于混合能源中以燃油為能源的柴油發(fā)電機(jī)組為交流電，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)交流化是成熟的水陸發(fā)電技術(shù)，而蓄電池為直流電，兩者如何配套和控制？顯然將交流電整流為直流電，再轉(zhuǎn)換為交流電的交-直-交方式是一種工作模式，然而由于控制過程必須經(jīng)過整流濾波環(huán)節(jié)，所以直流環(huán)節(jié)需要較大的儲(chǔ)能電感或電容器而耗能高且體積較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電油混合能源轉(zhuǎn)換電驅(qū)動(dòng)船舶的間接型矩陣控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)交流電與直流電的高效對(duì)接和并聯(lián)運(yùn)行；并且采用間接型矩陣變換器與直接轉(zhuǎn)矩控制策略相結(jié)合，構(gòu)成組合式控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)于推進(jìn)電動(dòng)機(jī)高效節(jié)能的變頻無級(jí)調(diào)速控制。形成混合能源電動(dòng)船舶優(yōu)化的電站構(gòu)成方案和推進(jìn)控制方式、以及電站與推進(jìn)控制兩者優(yōu)化配套的總體方案。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種電油混合能源轉(zhuǎn)換電驅(qū)動(dòng)船舶的間接型矩陣控制系統(tǒng)，包括：三相交流柴油發(fā)電機(jī)組、間接型矩陣變換器、動(dòng)力蓄電池組、雙向PWM開關(guān)、三相交流推進(jìn)電動(dòng)機(jī)、螺旋槳、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器、開關(guān)換流控制器、速度傳感器、充電機(jī)，三相交流柴油發(fā)電機(jī)組與間接型矩陣變換器的輸入端AC/DC變換器相連，三相交流推進(jìn)電動(dòng)機(jī)與間接型矩陣變換器的輸出端DC/AC變換器相連，且與螺旋槳機(jī)械相連，間接型矩陣變換器的虛擬直流環(huán)節(jié)箝位電路與雙向PWM開關(guān)相連，雙向PWM開關(guān)與動(dòng)力蓄電池組相連，開關(guān)換流控制器與間接型矩陣變換器的輸入端AC/DC變換器和輸出端DC/AC變換器的開關(guān)控制線路相連，直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器與開關(guān)換流控制器、三相交流柴油發(fā)電機(jī)組、三相交流推進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及速度傳感器相連，速度傳感器與推進(jìn)電動(dòng)機(jī)機(jī)械相連，具有接交流岸電插口的充電機(jī)與動(dòng)力蓄電池組相連。

所述的間接型矩陣變換器為采用間接空間矢量調(diào)制算法的間接型矩陣變頻控制器，采用虛擬整流和虛擬逆變相結(jié)合的方式進(jìn)行控制。

所述的間接型矩陣變換器的開關(guān)低頻傳遞函數(shù)矩陣T可表示為兩部分的乘積AB，即：

T=AB;

且B與矩陣輸入三相相電壓基波矩陣U_iph的乘積為常數(shù)C,即：

BU_iph=C；

而A與常數(shù)的乘積為矩陣輸出線電壓基波矩陣U_oL，即：

AC=U_oL；

可得：

U_oL=TU_iph=ABU_iph=AC，其中C為常數(shù)；

U_iph和U_oL分別為下式：

式中：

U_im是輸入相電壓幅值；

ω_i是輸入電壓角頻率；

U_om是輸出相電壓幅值；

ω_o是輸出電壓角頻率；

是輸出電壓與輸入電壓的相位差。

優(yōu)化的方案中，所述的間接型矩陣變換器中包括：