[實用新型]電油混合能源轉換電驅動船舶的間接型矩陣控制系統

有效

• 申請號: 201320047335.X
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN203039635U
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 龐志森;王文忠;龐明
• 申請（專利權）人: 龐志森;王文忠;張大中;龐明;宜昌發中船務有限公司
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P27/12
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

技術領域

本實用新型涉及一種多能源電動船舶的電源組合及推進控制系統，特別是一種電油混合能源轉換電驅動船舶的間接型矩陣控制系統，即以發電機組和取用岸電的動力蓄電池組相結合的電油混合能源全電動船舶的、交直流電源直接并聯運行的間接型矩陣控制的電站系統，和采用間接型矩陣變換器與直接轉矩變頻控制相結合的組合式控制策略的推進控制系統疊加形成的間接型矩陣控制系統。

背景技術

混合動力電動汽車具有環保節能和行駛里程較大的優勢。混合動力電動船舶具有同樣的特性和特殊的用途，例如科學測量船舶、具體為一種經常性頻繁進行水文測量的船舶，需要靜音工作環境和較大的續航力，以及能夠在流水和風浪中定位于一點、或以極低的航速運行的性能，以適應于水文測量的需求。顯然，采用熱力機推進和發電機組供電都不能實現靜音目的，而蓄電池電動船舶缺乏大續航力，唯有電油混合全電動船舶可達到其雙重目標。電力推進具有定位航行和低速性能，且能以蓄電池工作于測量工況，而以有噪聲的發電機組用于其它工況，從而可同時兼顧靜音測量環境和大續航力雙重需求，對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，但測量時間不長、而靜音環境成為主要矛盾，且雙重技術目的得以實現。

然而難題在于混合能源中以燃油為能源的柴油發電機組為交流電，因為發電機交流化是成熟的水陸發電技術，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過整流濾波環節，所以直流環節需要較大的儲能電感或電容器而耗能高且體積較大。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種電油混合能源轉換電驅動船舶的間接型矩陣控制系統，可以實現交流電與直流電的高效對接和并聯運行；并且采用間接型矩陣變換器與直接轉矩控制策略相結合，構成組合式控制策略，實現對于推進電動機高效節能的變頻無級調速控制。形成混合能源電動船舶優化的電站構成方案和推進控制方式、以及電站與推進控制兩者優化配套的總體方案。

為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是：一種電油混合能源轉換電驅動船舶的間接型矩陣控制系統，包括：三相交流柴油發電機組、間接型矩陣變換器、動力蓄電池組、雙向PWM開關、三相交流推進電動機、螺旋槳、直接轉矩控制變頻器、開關換流控制器、速度傳感器、充電機，三相交流柴油發電機組與間接型矩陣變換器的輸入端AC/DC變換器相連，三相交流推進電動機與間接型矩陣變換器的輸出端DC/AC變換器相連，且與螺旋槳機械相連，間接型矩陣變換器的虛擬直流環節箝位電路與雙向PWM開關相連，雙向PWM開關與動力蓄電池組相連，開關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變換器的開關控制線路相連，直接轉矩控制變頻器與開關換流控制器、三相交流柴油發電機組、三相交流推進電動機以及速度傳感器相連，速度傳感器與推進電動機機械相連，具有接交流岸電插口的充電機與動力蓄電池組相連。

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合的方式進行控制。

所述的間接型矩陣變換器的開關低頻傳遞函數矩陣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C,即：

BU_iph=C；

而A與常數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=TUi_ph＝ABU_iph=AC，其中C為常數；

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。是輸出電壓角頻率；

是輸出電壓與輸入電壓的相位差。

優化的方案中，所述的間接型矩陣變換器中包括：

由6對兩兩反并聯的逆阻式絕緣柵雙極晶體管RB-IGBT構成的6個雙向開關，組成一個雙向可逆的三相橋式電路，與6個帶反并聯二極管的絕緣柵雙極晶體管IGBT組成的三相橋式逆變電路共同構成RB-IGBT逆阻式雙級矩陣變換器。

另一優化的方案中，所述的間接型矩陣變換器中包括：