船舶多类型能源管理系统以及能源管理方法与流程

文档序号:12577718阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种船舶多类型能源管理系统,其特征在于,包括:监控及能源管理总模块、柴油发电系统、风力发电系统、光伏发电系统、波浪能发电系统、蓄电池储能系统、岸电系统、直流母线排以及若干路输电系统;

所述监控及能源管理总模块分别与所述柴油发电系统、所述风力发电系统、所述光伏发电系统、所述波浪能发电系统、所述蓄电池储能系统以及所述岸电系统连接;所述柴油发电系统、所述风力发电系统、所述光伏发电系统、所述波浪能发电系统、所述蓄电池储能系统以及所述岸电系统均并联到所述直流母线排的一端;所述直流母线排的另一端与各路用于向负载输电的输电系统连接。

2.根据权利要求1所述的船舶多类型能源管理系统,其特征在于,所述柴油发电系统的配置数量为两套,每套柴油发电系统均包括柴油发电机组、独立的可控AC/DC整流器、独立的空气断路器以及柴油发电控制器;所述柴油发电机组和所述可控AC/DC整流器串联后,通过所述空气断路器连接到所述直流母线排;另外,所述柴油发电控制器与所述柴油发电机组连接;另外,所述柴油发电控制器和所述可控AC/DC整流器均连接到所述监控及能源管理总模块;其中,所述柴油发电机组包括串联的船舶柴油机和永磁发电机。

3.根据权利要求1所述的船舶多类型能源管理系统,其特征在于,所述风力发电系统包括风力发电机组、独立的可控AC/DC整流器、独立的空气断路器以及风力发电控制器;所述风力发电机组和所述可控AC/DC整流器串联后,通过所述空气断路器连接到所述直流母线排;另外,所述风力发电控制器与所述风力发电机组连接;另外,所述风力发电控制器和所述可控AC/DC整流器均连接到所述监控及能源管理总模块;其中,所述风力发电机组包括串联的风力涡轮机和永磁发电机。

4.根据权利要求1所述的船舶多类型能源管理系统,其特征在于,所述波浪能发电系统包括波浪能发电机组、独立的可控AC/DC整流器、独立的空气断路器以及波浪能发电控制器;所述波浪能发电机组和所述可控AC/DC整流器串联后,通过所述空气断路器连接到所述直流母线排;另外,所述波浪能发电控制器与所述波浪能发电机组连接;另外,所述波浪能发电控制器和所述可控AC/DC整流器均连接到所述监控及能源管理总模块;其中,所述波浪能发电机 组包括串联的波浪能转换机构和永磁发电机。

5.根据权利要求1所述的船舶多类型能源管理系统,其特征在于,所述光伏发电系统包括光伏发电组件、可控DC/DC斩波器、独立的空气断路器以及光伏发电控制器;所述光伏发电组件和所述可控DC/DC斩波器串联后,通过所述空气断路器连接到所述直流母线排;另外,所述光伏发电控制器和所述光伏发电组件连接;另外,所述光伏发电控制器和所述可控DC/DC斩波器均连接到所述监控及能源管理总模块。

6.根据权利要求1所述的船舶多类型能源管理系统,其特征在于,所述蓄电池储能系统包括蓄电池组、双向可控DC/DC斩波器、独立的空气断路器以及储能控制器;所述蓄电池组依次经过所述双向可控DC/DC斩波器和所述空气断路器后连接到所述直流母线排;另外,所述储能控制器与所述蓄电池连接;所述储能控制器和所述双向可控DC/DC斩波器均连接到所述监控及能源管理总模块。

7.根据权利要求1所述的船舶多类型能源管理系统,其特征在于,所述岸电系统包括岸电、三相可调变压器、独立的Y形侧可控AC/DC整流器、独立的△形侧可控AC/DC整流器、独立的Y形侧空气断路器、独立的△形侧空气断路器以及岸电控制器;所述三相可调变压器为Y-Y-△型变压器,其原边为Y形,用于与岸电连接;其副边包括Y形三相绕组和△形三相绕组,所述Y形三相绕组依次通过所述Y形侧可控AC/DC整流器和所述Y形侧空气断路器后,连接到所述直流母线排;所述△形三相绕组依次通过所述△形侧可控AC/DC整流器和所述△形侧空气断路器后,连接到所述直流母线排;另外,所述岸电控制器与所述岸电连接;所述岸电控制器、所述Y形侧可控AC/DC整流器和所述△形侧可控AC/DC整流器均连接到所述监控及能源管理总模块。

8.根据权利要求1所述的船舶多类型能源管理系统,其特征在于,所述输电系统包括7路输电子系统;

第1路输电子系统包括:第1空气断路器和第1可控DC/AC逆变器;所述第1可控DC/AC逆变器的DC侧经过所述第1空气断路器后连接到所述直流母线排;所述第1可控DC/AC逆变器的AC侧用于与第1主推电机连接;

第2路输电子系统包括:第2空气断路器和第2可控DC/AC逆变器;所述第2可控DC/AC逆变器的DC侧经过所述第2空气断路器后连接到所述直流母线排;所述第2可控DC/AC逆变器的AC侧用于与第2主推电机连接;

第3路输电子系统包括:第3空气断路器和第3可控DC/AC逆变器;所述第3可控DC/AC逆变器的DC侧经过所述第3空气断路器后连接到所述直流母线排;所述第3可控DC/AC逆变器的AC侧用于与艉推电机连接;

第4路输电子系统包括:第4空气断路器和第4可控DC/AC逆变器;所述第4可控DC/AC逆变器的DC侧经过所述第4空气断路器后连接到所述直流母线排;所述第4可控DC/AC逆变器的AC侧用于与艏推电机连接;

第5路输电子系统包括:第1交流母线排和若干个可控DC/AC逆变器;每个所述可控DC/AC逆变器的DC侧均经过独立的空气断路器后连接到所述直流母线排,每个所述可控DC/AC逆变器的AC侧均经过独立的空气断路器后连接到所述第1交流母线排的一端,所述第1交流母线排的另一端用于直接与各个辅助电机类负载连接,用于向各个辅助电机类负载供电;

第6路输电子系统包括:第2交流母线排和若干个可控DC/AC逆变器;每个所述可控DC/AC逆变器的DC侧均经过独立的空气断路器后连接到所述直流母线排,每个所述可控DC/AC逆变器的AC侧均经过独立的空气断路器后连接到所述第2交流母线排的一端,所述第2交流母线排的另一端用于直接与各个照明类负载连接,用于向各个照明类负载供电;

第7路输电子系统包括:独立的可控DC/AC逆变器、独立的空气断路器、变压器TR和有源滤波器APF;所述可控DC/AC逆变器的DC侧经过独立的空气断路器后连接到所述直流母线排,所述可控DC/AC逆变器的AC侧依次经过所述变压器TR和所述有源滤波器APF后,连接到监控及能源管理总模块,用于向所述监控及能源管理总模块供电;

另外,所述监控及能源管理总模块还分别与所述第1可控DC/AC逆变器、所述第2可控DC/AC逆变器、所述第3可控DC/AC逆变器、所述第4可控DC/AC逆变器、所述第5路输电子系统中的各个可控DC/AC逆变器、第6路输电子系统中的各个可控DC/AC逆变器、第7路输电子系统中的可控DC/AC逆变器连接。

9.一种船舶多类型能源管理方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1,船舶多类型能源管理系统包括监控及能源管理总模块,监控及能源管理总模块与柴油发电控制器、风力发电控制器、波浪能发电控制器、光伏发电控制器、储能控制器、岸电控制器、各个可控DC/AC逆变器、各个可控DC/DC斩波器、各个可控AC/DC整流器均通过通讯线连接;

所述船舶多类型能源管理系统包括监控及能源管理总模块、以及6个管理子模块,分别为柴油发电系统管理子模块、风力发电系统管理子模块、光伏发电系统管理子模块、波浪能发电系统管理子模块、蓄电池储能系统管理子模块和岸电系统管理子模块;所述能源管理总模块分别与各个管理子模块连接;

步骤2,所述监控及能源管理总模块根据船舶工作状态配置有三种工作模式,分别为:船舶抛锚工作模式、船舶航行工作模式以及船舶靠岸工作模式;

(1)船舶抛锚工作模式

步骤2.1.1,当所述监控及能源管理总模块切换到船舶抛锚工作模式时,所述能源管理总模块启动负荷优化管理模块,所述负荷优化管理模块包括船舶变频驱动节能控制模块、储能优化管理模块、船舶起居处所智能化节能管理模块;

所述储能优化管理模块的运行控制过程为:

首先只起动风力发电系统、光伏发电系统和波浪能发电系统;将风力能源、光伏能源和波浪能能源统称为绿色能源;

所述风力发电系统、所述光伏发电系统和所述波浪能发电系统同时发电,并将输出的直流电能输送到直流母线排;

船舶的各个负载从所述直流母线排获得所需电能;

步骤2.1.2,此外,在绿色能源供电以及负载用电的过程中,所述能源管理总模块实时判断风力发电系统、光伏发电系统和波浪能发电系统所发出的实际总电能是否无法满足全船用电需求,如果能够满足全船用电需求,则执行步骤2.1.3;如果无法满足全船用电需求,则执行步骤2.1.4;

步骤2.1.3,所述监控及能源管理总模块计算得到当前时刻的富裕电能,并使富裕电能经直流母线排后输送到蓄电池储能系统,实现向蓄电池充电的功能;然后返回步骤2.1.2,

步骤2.1.4,所述监控及能源管理总模块起动蓄电池储能系统,蓄电池储能系统向直流母线排放电,保证绿色能源和蓄电池储能系统联合输出的电能满足全船用电需求;

另外,在蓄电池储能系统放电过程中,监控及能源管理总模块实时判断蓄电池组是否达到放电极限,如果未达到,则继续蓄电池储能系统放电过程;如果达到,则转到步骤2.1.5;

步骤2.1.5,所述监控及能源管理总模块起动一套柴油发电系统供电,以保证满足全船用电需求;

其中,当所述柴油发电系统启动时,所述柴油发电系统在保证至少运行于30%负荷的工况下,使所述柴油发电系统运行于最佳工作效率;此时,所述柴油发电系统、所述风力发电系统、所述光伏发电系统和所述波浪能发电系统进行联合发电;如果此时的发电量超过全船实际用电需求,则将富裕电能经直流母线排后输送到蓄电池储能系统,实现向蓄电池充电的功能;

(2)船舶航行工作模式

当所述监控及能源管理总模块切换到船舶航行工作模式时,所述监控及能源管理总模块采用混合动力供电模式,即:起动风力发电系统、光伏发电系统、蓄电池储能系统和柴油发电系统进行联合发电;

具体为:

所述监控及能源管理总模块使风力发电系统和光伏发电系统处于满负荷发电状态,将风力发电系统和光伏发电系统输出的直流电能输送到直流母线排;

同时,所述监控及能源管理总模块起动柴油发电系统,在以下两个约束条件下,利用蓄电池组充放电调节功能,实现柴油机运行于最佳效率上:约束条件1:控制柴油机转速在最佳工作范围内;约束条件2,使柴油机运行于最小30%负荷的状态下;

另外,在所述柴油发电系统运行过程中,通过控制蓄电池充放电而调节负荷峰值,维持电网稳定;

(3)船舶靠岸工作模式

当所述监控及能源管理总模块切换到船舶靠岸工作模式时,停止运行柴油 发电系统,起动风力发电系统、光伏发电系统、波浪能发电系统、蓄电池储能系统和岸电系统;

具体为:

所述监控及能源管理总模块使风力发电系统、光伏发电系统和波浪能发电系统处于满负荷发电状态,将风力发电系统、光伏发电系统和波浪能发电系统输出的直流电能输送到直流母线排;

直流母线排输出的电能分为两部分,一部分用于满足全船靠岸期间的用电需求,另一部分用于向蓄电池储能系统充电;

同时,所述监控及能源管理总模块判断风力发电系统、光伏发电系统和波浪能发电系统输出的总电能是否满足蓄电池储能系统和全船用电需求,如果不满足,则起动岸电系统,使岸电系统向直流母线排输出差额电能。

10.根据权利要求9所述的船舶多类型能源管理方法,其特征在于,各个系统的运行方式具体为:

(1)所述监控及能源管理总模块通过风力发电系统管理子模块起动并运行风力发电系统,风力发电系统的起动及运行方式为:

风力涡轮机和永磁发电机统称为风力发电机组;当风力发电机组起动后,风力发电系统管理子模块检测风力发电机组的输出端电压值,当输出端电压值达到交流U2=400VAC±10VAC时,表明风力发电机组已成功起动;然后,风力发电机组输出端电流经过可控AC/DC模块进行稳压控制,整流为直流610VDC±10VDC,最后经过自动空气断路器并入直流母线排,实现风力发电机组并网;

另外,在风力发电系统起动和运行过程中,风力发电系统管理子模块对风机运转状态进行实时监控,包括风向、风力、振动和功率;风力发电系统管理子模块还具有大风浪海况下风机保护功能,即:大风浪海况下,自动切除风机并刹车保护;

(2)所述监控及能源管理总模块通过光伏发电系统管理子模块起动并运行光伏发电系统,光伏发电系统的起动及运行方式为:

当光伏发电系统起动后,光伏发电系统管理子模块检测光伏发电组件的输 出端电压值,当输出端电压值达到U3=48VDC±5VDC时,表明光伏发电组件已成功起动;然后,光伏发电组件输出端电流经过双向可控DC/DC模块稳压控制,并变压为直流610VDC±10VDC,最后经过自动空气断路器并入直流母线排,实现光伏发电系统并网;

另外,在光伏发电系统起动和运行过程中,光伏发电系统管理子模块实时检测到光伏发电系统运行状态,包括:光照强度、太阳能板温度、光伏电流和电压;

(3)所述监控及能源管理总模块通过波浪能发电系统管理子模块起动并运行波浪能发电系统,波浪能发电系统的起动及运行方式为:

当波浪能发电系统起动后,波浪能发电系统管理子模块检测波浪能发电机组的输出端电压值,当输出端电压值达到交流电压U4=24VAC±5VAC时,波浪能发电机组的输出端电流经过可控AC/DC模块稳压控制,整流为直流610VDC±10VDC,最后经过自动空气断路器并入直流母线排;

另外,在波浪能发电系统起动和运行过程中,波浪能发电系统管理子模块对波浪能发电机组的运转状态进行实时监控,包括浪高、振动和功率;

(4)所述监控及能源管理总模块通过柴油发电系统管理子模块起动并运行柴油发电系统,柴油发电系统的起动及运行方式为:

当柴油发电系统起动后,柴油发电系统管理子模块检测柴油发电机组的输出端电压值,当输出端电压值达到交流U1=440VAC±10VAC,再经过可控AC/DC模块稳压控制,整流为直流610VDC±10VDC,最后经过自动空气断路器并入直流母线排;

(5)所述监控及能源管理总模块通过蓄电池储能系统管理子模块控制蓄电池储能系统的运行状态,实现以下功能:1、稳定直流母线电压为Ud=600VDC±10VDC;2、缓冲、平衡负载起停对电网的冲击;3、调节电网功率峰谷,确保柴油发电机组工作在最佳效率曲线点范围内;

具体的,蓄电池组通过双向可控DC/DC、自动空气断路器接入直流母线排;当直流母线电压Ud≤590VDC时,蓄电池组经双向可控DC/DC向直流母线放电;当直流母线电压Ud≥610VDC时,直流母线电能经双向可控DC/DC向蓄电池组充 电;从而维持直流母线电压Ud=600VDC±10VDC;

(6)所述监控及能源管理总模块通过岸电系统管理子模块起动并运行岸电系统;

具体的,船舶靠岸需要接岸电时,岸电系统管理子模块进行船电岸电连锁控制,使船电岸电短时并网,进行船电向岸电负荷转移,经可控AC/DC整流模块、自动空气断路器并入直流母线排,岸电系统与绿色能源发电系统经直流母线联合为全船供电;

当船舶离岸时,岸电系统管理子模块自动进行岸电向船电负荷转移,当岸电承担负荷为3%-5%时,自动空气断路器自动从直流母线排上脱开,切除岸电系统工作。

当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1