[發(fā)明專利]多能源船舶能量管理方法和系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810660956.2
• 申請(qǐng)日: 2018-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN108923470A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫玉偉;趙曉興;胡克容;姜坤;劉鄧華;尹翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/46
• 分類號(hào): H02J3/46;H02J7/35
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 孫方旭

本發(fā)明公開了一種多能源船舶能量管理方法和系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括人機(jī)交互系統(tǒng)、船舶能量管理控制器、數(shù)據(jù)傳輸總線、復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、負(fù)載系統(tǒng)、直流母線。船舶能量管理控制器連接數(shù)據(jù)傳輸總線實(shí)現(xiàn)對(duì)各系統(tǒng)的管理和控制，通過人機(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)況展示；復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)包括超級(jí)電容器、鋰電池以及對(duì)應(yīng)DC/DC雙向變換控制器；光伏發(fā)電系統(tǒng)以及燃油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中光伏發(fā)電板和燃油發(fā)電機(jī)通過對(duì)應(yīng)的單向變換控制器連接至直流母線；負(fù)載系統(tǒng)中負(fù)載通過控制器連接至直流母線。該方法從船舶的整體能量管理出發(fā)，采用分層控制體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與采集、能量的調(diào)度與分配、重要參數(shù)顯示和報(bào)警等功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于船舶能量管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多能源船舶能量管理方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

船舶能量管理系統(tǒng)用于對(duì)發(fā)電單元進(jìn)行調(diào)配，保持母線電壓的穩(wěn)定，其性能直接影響著船舶經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)和安全性，是船舶安全、可靠、高效運(yùn)行的重要保障，在船舶上具有極其重要的作用。

多能源船舶電力系統(tǒng)由多種能源聯(lián)合供電，是一個(gè)復(fù)雜而多變的系統(tǒng)，在船舶運(yùn)行過程中，各能量源之間的運(yùn)行需依靠合理的能量管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)船舶在不同運(yùn)行工況下各電力系統(tǒng)間的功率匹配，以及各供電單元的功率調(diào)配。并且為保證在安全可靠的航行條件下，充分利用太陽能為船舶供電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果，在傳統(tǒng)的功率切換方法基礎(chǔ)上，還需要設(shè)計(jì)合理的能量管理控制策略。因此多能源船舶的能源管理系統(tǒng)以及其控制策略的發(fā)展，是制約多能源船舶發(fā)展的關(guān)鍵性問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種多能源船舶能量管理方法和系統(tǒng)，達(dá)到準(zhǔn)確性高，并且能夠可靠高效運(yùn)行的目的。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：首先提供一種多能源船舶能量管理系統(tǒng)，包括人機(jī)交互系統(tǒng)、船舶能量管理控制器、數(shù)據(jù)傳輸總線、復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、負(fù)載系統(tǒng)、直流母線，船舶能量管理控制器連接數(shù)據(jù)傳輸總線對(duì)采集到的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、負(fù)載系統(tǒng)信息通過程序運(yùn)算后，向各系統(tǒng)控制器輸出控制信號(hào)，通過人機(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)況顯示；船舶電力采用共直流母線的方式，復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、負(fù)載系統(tǒng)并聯(lián)連接至直流母線以及數(shù)據(jù)傳輸總線；人機(jī)交互系統(tǒng)包括上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、延伸報(bào)警系統(tǒng)、電壓/電流傳感器，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將電壓/電流傳感器采集至船舶能量管理控制器內(nèi)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在監(jiān)控界面進(jìn)行顯示，延伸報(bào)警系統(tǒng)對(duì)于電力系統(tǒng)中異常情況進(jìn)行故障報(bào)警。

按上述技術(shù)方案，船舶能量管理控制器為工業(yè)用可編程邏輯控制器，對(duì)船舶各系統(tǒng)信息進(jìn)行邏輯程序處理。

按上述技術(shù)方案，復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)包括超級(jí)電容器、鋰電池以及對(duì)應(yīng)DC/DC雙向變換控制器，以并聯(lián)的方式接入直流母線，用于船舶能量的儲(chǔ)存和供給。

按上述技術(shù)方案，光伏發(fā)電系統(tǒng)以及燃油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中光伏發(fā)電板和燃油發(fā)電機(jī)通過對(duì)應(yīng)的單向變換控制器連接至直流母線；負(fù)載系統(tǒng)中負(fù)載通過負(fù)載控制器連接至直流母線。

還提供一種基于權(quán)利要求1的多能源船舶能量管理方法，包括以下步驟，步驟一，將多能源船舶能量管理系統(tǒng)劃分為：配電調(diào)度層、集中控制層和設(shè)備控制層；步驟二，配電調(diào)度層為船舶能量管理控制器，根據(jù)主程序控制策略設(shè)定下發(fā)調(diào)度指令，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)能量的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和管理；步驟三，在集中控制層搭建光伏、復(fù)合儲(chǔ)能、燃油發(fā)電機(jī)、負(fù)載能量管理系統(tǒng)，作為上下層之間信息交互的橋梁，實(shí)現(xiàn)電能調(diào)度、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、負(fù)荷需求管理功能；步驟四，設(shè)備控制層為光伏發(fā)電板、鋰電池、超級(jí)電容器、燃油發(fā)電機(jī)的變換控制器以及負(fù)載控制器，實(shí)現(xiàn)各自的最大功率點(diǎn)跟蹤、功率調(diào)節(jié)及充放電管理功能。

按上述技術(shù)方案，主程序控制策略采用閾值限定法進(jìn)行功率分配控制，包含如下控制方法：

(1)檢測(cè)系統(tǒng)是否正常，若系統(tǒng)故障，則報(bào)警并返回，若系統(tǒng)正常則進(jìn)入后續(xù)控制程序；