[發明專利]船舶混合動力控制系統與控制方法

在審

• 申請號: 201410240048.X
• 申請日: 2014-07-02
• 公開（公告）號: CN104015912A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 袁裕鵬;嚴新平;萬江龍;王凱
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B63H21/21
• 分類號: B63H21/21;B63H21/20
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡琳萍

技術領域

本發明涉及船舶混合動力控制領域，具體涉及多種清潔能源的優化控制及利用技術。

背景技術

航運是世界公認的最為經濟的運輸手段之一，對世界經濟的發展起到了重要的作用，但隨著世界貿易量的不斷增長，對能源的需求也越來越大，帶來的環境問題也日益突出。

為防止氣候變化進一步加劇，各種國際公約、標準、規范不斷推陳出新，國際海事組織IMO?出臺了涉及25個領域的綠色減排新標準，以求降低船舶排放量。為了應對嚴峻的挑戰，各種綠色技術在船上的應用得到了很快的發展。特別是海洋可再生能源和清潔能源的應用技術具有良好的發展前景。

就目前的新能源技術的發展現狀來看，以風能、太陽能、核能以及燃料電池等為代表的清潔能源已初步具備在船舶上應用的基礎，而且，單一能源的應用也已經有了可供參考和借鑒的實船案例。但值得注意的是，縱觀清潔能源在船上應用的各種技術方案或概念設計，僅利用風能或太陽能等單一模式并非為最優的應用模式。因此根據船型結構、航行區域和營運特點的不同，多種能源的綜合利用已作為船舶節能減排技術一個新的發展方向。

2000年，世界第一艘混合動力船Solar?Sailor號，采用太陽能和風能作為動力；2008年，日本郵輪公司在排水量達60213噸的滾裝船“Auriga?Leader”號上裝上太陽能光伏系統，與柴油機組成混合動力，能滿足6.9%的照明要求或0.2%-0.3%的動力要求。2010年，我國首艘采用太陽能、鋰電池及柴油機組多種能源混合供電的船舶“尚德國盛號”，在黃浦江上進行首航。該船動力系統可實現三種推進模式，由能量管理系統（PMS）來進行管理和控制。

目前，大多船舶能量管理系統的主要功能是發電分系統自動化、輸配電分系統監控保護、主要用電設備管理、設備監測報警等，為電力推進系統和動力定位系統及其它用電設備提供可靠、穩定的電力能源，而且大多采用單一動力型式。從清潔能源應用技術的發展趨勢來看，基于太陽能、風力發電、燃料電池和超級電容（蓄電池）等清潔能源的船舶混合動力系統將會得到更廣泛的研究。因此需在新型綠色船舶過程設計中，針對利用多種清潔能源的船舶，開展電力系統電能質量的改善控制、能量的優化匹配控制、太陽能、風能、燃料電池的并網控制等方面開展研究。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種船舶混合動力控制系統與控制方法，可以針對具有不同動力源的混合動力船舶并進行多能源的綜合控制與匹配利用，保證船舶發電機處于較高的負荷率狀態并最大限度使用清潔能源，同時保證電能處于較高的品質。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種船舶混合動力控制系統，包括：

交流電網，為船舶提供電能；

航速指令信號采集模塊，采集船舶航速的指令信號；

其特征在于，所述船舶混合動力控制系統還包括：

一個電網信號調理模塊，獲取電網的質量參數；?

與所述電網信號調理模塊通過以太網連接的混合動力控制器，所述混合動力控制器接受來自電網信號調理模塊的質量參數，和來自航速指令信號采集模塊的航速指令信號；

太陽能光伏發電模塊，與交流電網和混合動力控制器相連；?

風力發電模塊，與交流電網和混合動力控制器相連；?

船舶儲能模塊，與混合動力控制器相連，并分別與太陽能光伏發電模塊和風力發電模塊相連；混合動力控制器根據電網信號調理模塊的檢測信號，確定是否將太陽能光伏發電模塊和/或風力發電模塊產生的電能在船舶儲能模塊進行儲存或是并入交流電網；

燃料電池模塊，與交流電網相連和混合動力控制器相連；混合動力控制器根據電網信號調理模塊的檢測信號，確定燃料電池模塊何時投入工作及產生多大的功率；

電力推進模塊，與交流電網和混合動力控制器相連，包括變頻器、推進電機、螺旋槳；混合動力控制器根據采集的航速指令信號，控制變頻器工作;

與所述交流電網相連的多個負載，負載模塊包括一級負載、二級負載、三級負載；當船舶電網功率不足時，可以卸載次要負載保留重要負載，從而保證船舶的正常運行；所述混合動力控制器根據電網信號調理模塊的檢測信號以及所述負載的層級數和負載功率，計算船舶的電網的能量需求，并根據能量需求控制各發電模塊（風力發電模塊、太陽能光伏發電模塊、燃料電池模塊）、用電模塊及船舶儲能模塊的工作方式或者啟停；