一种船舶并联混合动力推进控制方法及系统与流程

1.本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种船舶并联混合动力推进控制方法及系统。


背景技术：

2.船舶并联混合动力推进系统是将柴油机与电机并联接到混动齿轮箱，并共同驱动螺旋桨来推进船舶运行的一种推进方式，电力系统通过将船舶上电力进行系统分配，实现对船舶上推进设备的运行，其中系统中电机除了作为电动机外，还可以作为发电机给电池充电，还可以和柴油机(主机)联合爆发，带动推进装置转动，以达到更高转速和扭矩。
3.传统船舶电力推进系统在对全船设备供电时，是采用交流组网。由一台或多台柴油发电机并网提供交流电源，经过交流配电系统，对推进器和日用变压器进行供电。传统船舶电力推进系统需要至少一台柴油发电机始终处于工作状态，否则全船将失去动力，导致柴油发电机功率与实际需求不匹配，燃油效率低，耗油量居高不下，增加了碳排放和氮氧化物的排放。多台柴油发电机并网时，需要同步发电机的电压、相位、频率等参数，因此需要额外的同步设备，占用了有限的空间。
4.因此，提出一种船舶并联混合动力推进控制方法及其系统。


技术实现要素：

5.本说明书提供一种船舶并联混合动力推进控制方法及其系统，通过柴油主机和电动机分别接入混动齿轮箱驱动螺旋桨推动船舶前进，可采用柴油机推进模式、电机推进模式、单台柴油机推进模式、爆发模式、发电模式、拖曳模式等六种模式，大大提高推进效率。
6.本说明书提供一种船舶并联混合动力推进控制方法，包括：
7.获取船舶当前航速；
8.判断所述船舶当前航速的所属范畴，所述所属范畴包括低速状态、中速状态、高速状态；
9.当所述船舶当前航速处于低速状态时，船舶并联混合动力推进控制系统切换为电机推进模式，集装箱动力电池组为电动机供电，所述电动机接入混动齿轮箱驱动螺旋桨推动船舶前进；
10.当所述船舶当前航速处于中速状态时，所述船舶并联混合动力推进控制系统切换为柴油机模式，柴油机接入所述混动齿轮箱驱动所述螺旋桨推动船舶前进；
11.当所述船舶当前航速处于高速状态时，所述船舶并联混合动力推进控制系统切换为爆发模式，所述集装箱动力电池组为所述电动机供电，所述电动机和所述柴油机并联接入所述混动齿轮箱驱动所述螺旋桨推动船舶前进。
12.可选的，所述判断所述船舶当前航速的所属范畴之前，包括：
13.判断所述柴油机是否存在故障；
14.当一台所述柴油机存在故障时，所述船舶并联混合动力推进控制系统切换为单台
柴油机推进模式，非故障侧的所述柴油机接入非故障侧的所述混动齿轮箱驱动非故障侧的所述螺旋桨推动船舶前进，同时，非故障侧的所述混动齿轮箱带动非故障侧的所述电动机反转为故障侧的所述电动机供电，故障侧的所述电动机接入所述混动齿轮箱驱动所述螺旋桨推动船舶前进。
15.可选的，所述方法还包括：
16.判断船舶是否可依靠其它能源完成航行；
17.当船舶可倚靠其它能源完成航行时，所述船舶并联混合动力推进控制系统切换为拖曳模式，两台所述电动机反向旋转，所述螺旋桨依靠新能源转动，同时，所述混动齿轮箱带动所述电动机反转，所述电动机通过dc/ac模块回馈直流电至第一直流母线和第二直流母线，回馈至第一直流母线和第二直流母线的直流电既可以供日用变压器使用，也可以给集装箱动力电池组充电。
18.可选的，所述判断所述船舶当前航速的所属范畴之前，包括：
19.判断所述集装箱动力电池组电量是否不足；
20.当所述集装箱动力电池组电量不足时，所述船舶并联混合动力推进控制系统切换为发电模式，所述柴油机接入所述混动齿轮箱驱动所述螺旋桨推动船舶前进，同时，所述混动齿轮箱带动所述电动机反转，所述电动机通过dc/ac模块回馈直流电至第一直流母线和第二直流母线，回馈至第一直流母线和第二直流母线的直流电既可以供日用变压器使用，也可以给集装箱动力电池组充电。
21.一种船舶并联混合动力推进控制系统，包括：
22.集装箱动力电池组、dc/dc变换器、ac/dc整流器、日用变压器、dc/ac变换器、电动机、dc/ac逆变器、直流段母线、柴油机、不少于两组推进装置；
23.所述集装箱动力电池组通过所述dc/dc变换器接入所述直流段母线，所述岸电通过所述ac/dc整流器接入所述直流段母线；所述日用变压器通过所述dc/ac变换器接入所述直流段母线，所述电动机通过所述dc/ac逆变器接入所述直流段母线，所述电动机和所述柴油机并联接入推动船舶前进的所述推进装置。
24.可选的，所述推进装置包括可用于带动所述电动机连接轴反转的混动齿轮箱、螺旋桨；所述电动机和所述柴油机并联接入混动齿轮箱驱动所述螺旋桨推动船舶前进。
25.可选的，还包括正弦滤波器；所述dc/ac变换器通过所述直流段母线与所述dc/dc变换器电连接，所述dc/ac变换器与所述正弦滤波器电连接，所述正弦滤波器与所述日用变压器电连接。
26.可选的，所述直流段母线包括第一直流母线、第二直流母线、sts固态开关，所述第一直流母线与所述第二直流母线之间设有所述sts固态开关，所述dc/dc变换器通过所述第一直流母线与所述dc/ac逆变器电连接，所述dc/ac逆变器与所述推进装置电连接。
27.可选的，还包括进线断路器；所述第二直流母线与所述ac/dc整流器电连接，所述ac/dc整流器通过所述进线断路器与岸电连接。
28.在本说明书中，通过柴油主机和电动机分别接入混动齿轮箱驱动螺旋桨推动船舶前进，可采用柴油机推进模式、电机推进模式、单台柴油机推进模式、爆发模式、发电模式、拖曳模式等六种模式，大大提高推进效率。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本说明书实施例提供的一种船舶并联混合动力推进控制系统的控制方法的原理示意图；
31.图2为本说明书实施例提供的一种船舶并联混合动力推进控制系统的结构示意图。
32.附图标注：1、集装箱动力电池组；2、dc/dc变换器；3、直流段母线；31、第一直流母线；32、第二直流母线；33、sts固态开关；4、dc/ac逆变器；5、推进装置；51、混动齿轮箱；52、螺旋桨；6、dc/ac变换器；7、正弦滤波器；8、日用变压器；9、电动机；10、ac/dc整流器；11、进线断路器；12、柴油机。
具体实施方式
33.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
34.以下结合附图1-2更全面地描述本发明的示例性实施例。然而，示例性实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为本发明仅限于在此阐述的实施例。相反，提供这些示例性实施例能够使得本发明更加全面和完整，更加便于将发明构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的元件、组件或部分，因而将省略对它们的重复描述。
35.在符合本发明的技术构思的前提下，在某个特定的实施例中描述的特征、结构、特性或其他细节不排除可以以合适的方式结合在一个或更多其他的实施例中。
36.在对于具体实施例的描述中，本发明描述的特征、结构、特性或其他细节是为了使本领域的技术人员对实施例进行充分理解。但是，并不排除本领域技术人员可以实践本发明的技术方案而没有特定特征、结构、特性或其他细节的一个或更多。
37.附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
38.附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
39.术语“和/或”或者“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个或多者的所有组合。
40.图1为本说明书实施例提供的一种船舶并联混合动力推进控制系统的控制方法的原理示意图，该方法可以包括：
41.s110：获取船舶当前航速；
42.s120：判断所述船舶当前航速的所属范畴，所述所属范畴包括低速状态、中速状态、高速状态；
43.s130：当所述船舶当前航速处于低速状态时，船舶并联混合动力推进控制系统切换为电机推进模式，集装箱动力电池组为电动机供电，所述电动机接入混动齿轮箱驱动螺旋桨推动船舶前进；
44.在本说明书的具体实施方式中，电机推进模式，两台柴油机停机，螺旋桨接收的能量来自两台电动机，电动机则从集装箱动力电池组获取电能，此工作模式存在电能到机械能的转化。在集装箱动力电池组电量充足的情况下，船舶的航行使用电力推进即可，避免了机械传动振动剧烈、噪声大且污染严重的问题。
45.s140：当所述船舶当前航速处于中速状态时，所述船舶并联混合动力推进控制系统切换为柴油机模式，柴油机接入所述混动齿轮箱驱动所述螺旋桨推动船舶前进；
46.在本说明书的具体实施方式中，船舶推进依靠两台柴油机完成，螺旋桨从两台柴油机工作过程中获能，涉及化石能量通过柴油机转换为机械能。
47.s150：当所述船舶当前航速处于高速状态时，所述船舶并联混合动力推进控制系统切换为爆发模式，所述集装箱动力电池组为所述电动机供电，所述电动机和所述柴油机并联接入所述混动齿轮箱驱动所述螺旋桨推动船舶前进。
48.在本说明书的具体实施方式中，爆发模式的实现方式是两台柴油机与两台电动机均提供能量给螺旋桨，其中柴油机的能量通过机械传动提供给螺旋桨，电机的能量来源于集装箱动力电池组，此工作过程存在电能到机械能的转化；此推进模式的优点在于，在需要提高航速的条件下，爆发模式可以使船舶航速达到最高。
49.可选的，所述判断所述船舶当前航速的所属范畴之前，包括：
50.判断所述柴油机是否存在故障；
51.当一台所述柴油机存在故障时，所述船舶并联混合动力推进控制系统切换为单台柴油机推进模式，非故障侧的所述柴油机接入非故障侧的所述混动齿轮箱驱动非故障侧的所述螺旋桨推动船舶前进，同时，非故障侧的所述混动齿轮箱带动非故障侧的所述电动机反转为故障侧的所述电动机供电，故障侧的所述电动机接入所述混动齿轮箱驱动所述螺旋桨推动船舶前进。
52.在本说明书的具体实施方式中，单台柴油机推进模式实现方式是一台柴油机停机，另一台柴油机工作，柴油机产生的能量一部分通过机械传动供给于本台柴油机相连的螺旋桨，另一部分能量提供给与本台柴油机连接的电动机，但此时电动机当作发电机使用，此发电机发出的电能提供给另一台电动机，由另一台电动机带动另一台螺旋桨工作，此工作过程存在机械能到电能再到机械能的转化；该推进模式的优点在于，在只有一台柴油机可以工作的条件下，可以通过两台电动机的相互配合，维持螺旋桨处于工作状态。
53.可选的，所述方法还包括：
54.判断船舶是否可依靠其它能源完成航行；
55.当船舶可倚靠其它能源完成航行时，所述船舶并联混合动力推进控制系统切换为拖曳模式，两台所述电动机反向旋转，所述螺旋桨依靠新能源转动，同时，所述混动齿轮箱带动所述电动机反转，所述电动机通过dc/ac模块回馈直流电至第一直流母线和第二直流母线，回馈至第一直流母线和第二直流母线的直流电既可以供日用变压器使用，也可以给
集装箱动力电池组充电。
56.在本说明书的具体实施方式中，拖曳模式实现方式是2台柴油机停机，船舶的航行靠风能或其他形式的能量提供，航行过程中两台电动机反向旋转，两台电动机作为发电机使用为全船供电；该推进模式的优点在于，在船舶能以其他形式的能量航行时，柴油机不需要工作，而电动机则以发电机状态工作，为全船提供电力。
57.可选的，所述判断所述船舶当前航速的所属范畴之前，包括：
58.判断所述集装箱动力电池组电量是否不足；
59.当所述集装箱动力电池组电量不足时，所述船舶并联混合动力推进控制系统切换为发电模式，所述柴油机接入所述混动齿轮箱驱动所述螺旋桨推动船舶前进，同时，所述混动齿轮箱带动所述电动机反转，所述电动机通过dc/ac模块回馈直流电至第一直流母线和第二直流母线，回馈至第一直流母线和第二直流母线的直流电既可以供日用变压器使用，也可以给集装箱动力电池组充电。
60.在本说明书的具体实施方式中，发电模式实现方式是两台柴油机工作产生能量，两台电动机当作发电机使用，此时，柴油机产生的能量一部分通过机械传动提供给螺旋桨，另一部分由两台发电机转化为电能送入集装箱动力电池组保存，此工作过程存在机械能到电能的转化；该推进模式的优点在于，在船舶集装箱动力电池组电量不足的条件下，柴油机的工作既能保持船舶按原航行方案航行，又能在航行过程给集装箱动力电池组补充电量，以供下一次使用。
61.在本说明书中，通过柴油主机和电动机分别接入混动齿轮箱驱动螺旋桨推动船舶前进，可采用柴油机推进模式、电机推进模式、单台柴油机推进模式、爆发模式、发电模式、拖曳模式等六种模式，大大提高推进效率。
62.图2为本说明书实施例提供的一种船舶并联混合动力推进控制系统的结构示意图，该系统可以包括：
63.集装箱动力电池组1、dc/dc变换器2、ac/dc整流器10、日用变压器8、dc/ac变换器6、电动机9、dc/ac逆变器4、直流段母线3、柴油机12、不少于两组推进装置5，两组推进装置5各自电连接有dc/ac逆变器4，dc/ac逆变器4能够分别对两组推进装置5供电，互不干扰。
64.集装箱动力电池组1通过dc/dc变换器2接入直流段母线3，岸电通过ac/dc整流器10接入直流段母线3；日用变压器8通过dc/ac变换器6接入直流段母线3，电动机9通过dc/ac逆变器4接入直流段母线3，电动机9和柴油机12并联接入推动船舶前进的推进装置5。dc/ac逆变器4与推进装置5为一体设置，通过推进装置5实现对船舶的推进。同时，dc/ac逆变器4、推进装置5可与dc/dc变换器2端隔离，不用安装于直流配电板中，从而缩减直流配电板的装配空间。
65.推进装置5包括可用于带动电动机9连接轴反转的混动齿轮箱51、螺旋桨52；电动机9和柴油机12并联接入混动齿轮箱51驱动螺旋桨52推动船舶前进。
66.船舶并联混合动力推进控制系统还包括正弦滤波器7，dc/ac变换器6通过直流段母线3与dc/dc变换器2电连接，dc/ac变换器6与正弦滤波器7电连接，正弦滤波器7与日用变压器8电连接。通过dc/ac变换器6将集装箱动力电池组1上输出的直流电转换为交流电，进一步使用正弦滤波器7对交流电进行处理，消除交流电中的高次谐波，使交流电更纯净，利于日用变压器8的使用。同时，dc/ac变换器6可与dc/dc变换器2端隔离，不用安装于直流配
电板中，从而缩减直流区域的装配空间。
67.直流段母线3包括第一直流母线31、第二直流母线32、sts固态开关33，第一直流母线31与第二直流母线32之间设有sts固态开关33，dc/dc变换器2通过第一直流母线31与dc/ac逆变器4电连接，dc/ac逆变器4与推进装置5电连接。sts固态开关33对第一直流母线31、第二直流母线32进行隔离，使得集装箱动力电池组1对其中一组推进装置5独立进行供电。当其中一组集装箱动力电池组1故障或电量不足时，sts固态开关33闭合使得第一直流母线31与第二直流母线32连通，另一组集装箱动力电池组1对两组推进装置5进行供电，从而避免部分集装箱动力电池组1故障，导致dc/dc变换器2无法供电。
68.船舶并联混合动力推进控制系统还包括岸电进线断路器11；第二直流母线32与ac/dc整流器10电连接，ac/dc整流器10通过进线断路器11与岸电连接。岸电输出电流通过进线断路器11进入ac/dc整流器10中，经ac/dc整流器10处理后的电流传输至第二直流母线32上，再经dc/dc变换器2进入集装箱动力电池组1，实现对集装箱动力电池组1的电量补充。
69.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。