[發明專利]用于混合動力系統的控制方法及控制裝置

有效

• 申請號: 201410225551.8
• 申請日: 2014-05-26
• 公開（公告）號: CN105438427B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 李迎梅;呂春野
• 申請（專利權）人: 西門子工廠自動化工程有限公司
• 主分類號: B63H21/21
• 分類號: B63H21/21
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及混合動力系統的控制方法及控制裝置，尤其涉及一種用于船舶的柴電混合動力系統的控制方法及控制裝置。

背景技術

在燃油資源日益匱乏的今天，電力動力系統逐漸成為未來船舶技術的一個發展趨勢。電力動力系統具有更好的經濟性，且有利于減少船舶對環境的污染。然而，與傳統的燃油動力系統相比，純電力動力系統還無法達到高性能的速度、加速度和自控性。鑒于這種情況，混合動力型船舶，尤其是柴電混合動力的船舶，成為了目前船舶技術的一個重要發展方向。

目前的混合動力的船舶通常采用柴油機和電動機作為動力推進裝置，即柴電混合動力。這種柴電混合動力系統的基本架構如圖1所示，包括柴油機1、齒輪箱2、螺旋槳3、電動機4和控制電動機4的變頻器5。其中柴油機1作為主動力推進裝置，通過齒輪箱2將機械能提供到螺旋槳3，從而為船舶提供主要的動力。而電動機4作為輔助的動力推進裝置，在柴油機1輸出的動力不足以應對工況需要時，被并入到該柴電混合動力系統中，在變頻器5的控制下與柴油機1一起工作，從而通過齒輪箱2向螺旋槳3提供更大的動力。當柴油機的動力足以滿足工況需要時，電動機4可以從柴電混合動力系統中撤出，僅由柴油機1提供船舶所需的動力。這種電動機被并入柴電混合動力系統從而與柴油機1一起提供機械能的過程通常被稱為“并車”。

然而，在現有的柴電混合動力系統中，并車過程中通常會引起柴油機和螺旋槳波動等不穩定現象，這是由于柴電混合動力系統中的電動機在啟動初期時轉子的起始狀態并非靜止態而造成的。電動機是一種把電能轉換成機械能的一種設備，它利用通電線圈(也就是定子繞組)產生作用于轉子上的旋轉磁場，旋轉磁場帶動轉子轉動并最終使轉子達到所需的設定轉速。電動機通常由變頻器控制，通過變頻器可調節輸入到定子繞組中的電流的頻率，從而調節旋轉磁場的轉速，以實現對電動機轉子的轉速的調節。然而，當柴電混合動力系統僅由柴油機提供動力時，電動機的轉子并非靜止，而是隨柴油機的傳動軸空轉，并保持與柴油機的傳動軸的轉速相同。

在這種情況下，對于變頻器而言電動機轉子的轉速是不確知的，此時利用變頻器向電動機定子繞組提供電流會導致定子繞組產生的旋轉磁場與電動機轉子之間存在較大的轉速差，因而使二者并不匹配。當旋轉磁場的轉速相對于轉子更高時，會在轉子中產生很大的電流，容易導致變頻器過流跳閘。當旋轉磁場的轉速相對于轉子更低時，轉子會受到定子繞組的反向力的作用，進而導致柴油機的傳動軸受到反向力的作用，使柴油機的轉速突然降低，造成柴油機和螺旋槳的波動。另外，當旋轉磁場的轉速相對于轉子更低時，此時電動機為發電狀態，轉子將向定子繞組反送能量從而給變頻器電容充電，容易使變頻器因電容電壓過壓而跳閘。

因此，現有的柴電混合動力系統在并車過程中容易發生過流跳閘、過壓跳閘、柴油機波動等不穩定現象。

另外，由于船舶的使用環境較為復雜，水流變化等因素容易對螺旋槳施加各種方向的作用力，造成柴油機轉速的下降或上升。因此，柴油機的轉速本身波動也較大，導致旋轉磁場與轉子之間的轉速差也是波動的，這就更加劇了柴電混合動力系統在并車過程中的不穩定性。

此外，在需要將電動機從混合動力系統中撤出時，由于電動機提供的動力突然消失，會使柴油機的轉速突然增大，同樣會導致柴油機和螺旋槳的波動。柴油機和螺旋槳的波動容易導致齒輪箱的損壞和船舶配電板的波動，影響船舶的整體性能。

發明內容

本發明的一個目的是克服現有技術中的缺陷，提供一種混合動力系統的控制方法。

本發明提供了一種混合動力系統的控制方法，該混合動力系統包括原動機和電動機，所述電動機能夠被選擇為與所述原動機共同向負載輸出機械能，所述控制方法包括：

檢測所述原動機的實際轉速；

設置所述電動機的目標空載負荷值和目標轉速，其中所述目標轉速被設置為比所述原動機的實際轉速大3～10％；

啟動所述電動機，當所述電動機的負荷達到所述目標空載負荷時，并車完成。

本發明提供的控制方法，可以使電動機啟動時定子繞組產生的旋轉磁場的轉速與轉子的轉速是接近于匹配的，從而可避免過流跳閘、過壓跳閘的發生，也可避免電動機的并車對原動機造成的波動，即使是在船舶的工況較為復雜、原動機轉速本身波動較大的情況下，也能夠保證電動機并車過程中混合動力系統的穩定性。

根據本發明提供的控制方法，其中并車完成后，還包括以下加載步驟：以斜坡函數逐漸增大所述電動機的負荷值。這樣，可防止電動機的突然加載對原動機機造成的轉速突降。