CN115378118B - 新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及船舶供电和岸电技术领域,具体涉及新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制***及方法,其特征在于,包括,直流变换器,直流变换器的低压侧连接电池组,直流变换器的高压侧连接直流母线;交直流变换器,交直流变换器的交流侧通过第一开关连接岸侧供电***,交直流变换器的直流侧连接直流母线;推进逆变器和日用逆变器,直流侧连接直流母线,交流侧分别连接各自负荷;本发明提供的船舶供电***和岸电平滑切换控制***及方法无需进行设备间通讯互联,能够在不断电情况下实现船舶供电***和岸电的转换,保证对船上负荷可靠供电的同时进一步减少运维人员工作量。
Description
技术领域
本发明涉及船舶供电和岸电技术领域,具体涉及船舶供电和岸电切换的控制***以及方法。
背景技术
2020年9月中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。我国是世界港口大国,港口范围内的船舶碳排放和其他污染物排放量不容小觑,船舶动力和电力的主要获取方式是通过船用柴油机,在船舶航行和停泊期间,柴油机的运转将排放大量的大气污染物;功率大、效率低、燃油品质差,导致船舶柴油机向大气中排放的污染物指标较高。绿色港口建设是交通运输领域实现双碳目标的重要组成部分。目前能实现港口停泊船舶“零碳排放”的经济有效可快速实现的方式是使用岸电。2017年,我国交通运输部发布《港口岸电布局方案》,从此拉开了国内岸电高速建设的大序幕。截至2019年底,全国已建成港供电***口岸电设施5400多套,覆盖泊位7000多个,我国主要港口大部分都已实现岸上的覆盖。
船舶在进入港口后存在自身供电***与岸电***切换的问题,通常需要切断船只自身供电***后再进行岸电接入供电或是以通讯方式实现供电***间切换,上述两种方案一方面不可避免的对船上用电设备造成影响,另一方面增加了船上运维人员工作量。
发明内容
本发明的目的在于,提供新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制***,解决以上技术问题;
本发明的目的还在于,提供新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制方法,解决以上技术问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制***,包括,
直流变换器,所述直流变换器的低压侧连接电池组,所述直流变换器的高压侧连接直流母线;
交直流变换器,所述交直流变换器的交流侧通过第一开关连接岸侧供电***,所述交直流变换器的直流侧连接所述直流母线;
推进逆变器,所述推进逆变器的直流侧连接所述直流母线,所述推进逆变器的交流侧连接推进负荷;
日用逆变器,所述日用逆变器的直流侧连接所述直流母线,所述日用逆变器的交流侧连接日用负荷;
所述直流变换器具备控制子***,所述控制子***包括,
与所述直流变换器可切换连接的第一控制回路和第二控制回路,
电流控制器,所述电流控制的信号输入端连接所述第一控制回路或所述第二控制回路并接收所述第一控制回路输出的所述当前时刻电流内环给定值 或所述第二控制回路输出的所述直流变换器电流环当前给定值 ,以及所述电流控制器的信号输入端还接收所述直流变换器读取的当前时刻直流母线电流值 。
优选的,所述电压控制器和所述电流控制器均采用比例积分控制器。
新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制方法,应用于所述的新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制***,包括,
步骤S1,于船舶***连接所述岸侧供电***后闭合所述第一开关,所述交直流变换器启动运行,用于稳定所述直流母线的电压,所述直流变换器转为恒流运行模式为所述电池组充电;或;
步骤A1,于所述岸侧供电***切除后,所述交直流变换机停机,所述第一开关断开,所述电池组为船舶***提供能量,并通过所述直流变换器稳定所述直流母线的电压。
优选的,所述直流变换器预设定有直流变换器直流高压侧直流电压稳定值Udc1,所述交直流变换器预设定有交直流变换器直流侧电压稳定值Udc2,且满足所述直流变换器直流高压侧直流电压稳定值Udc1小于所述交直流变换器直流侧电压稳定值Udc2。
优选的,步骤A1包括,
优选的,步骤A1还包括,
优选的,步骤S1包括,
优选的,步骤S1还包括,
优选的,所述直流变换器的电流以由所述电池组流向所述直流母线方向为正。
本发明的有益效果:由于采用以上技术方案,本发明提供的船舶供电***和岸电平滑切换控制***及方法无需进行设备间通讯互联,能够在不断电情况下实现船舶供电***和岸电的转换,保证对船上负荷可靠供电的同时进一步减少运维人员工作量。
附图说明
图1为本发明实施例中新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制***的架构图;
图2为本发明实施例中新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制方法的流程图;
图3为本发明实施例中直流变换器的控制子***架构图;
图4为本发明实施例中新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制方法的步骤示意图;
图5为本发明实施例中步骤A1的步骤示意图;
图6为本发明实施例中步骤S1的步骤示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,但不作为本发明的限定。
新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制***,如图1所示,包括,
直流变换器3,直流变换器3的低压侧连接电池组2,直流变换器3的高压侧连接直流母线5;
交直流变换器4,交直流变换器4的交流侧通过第一开关QS1连接岸侧供电***1,交直流变换器4的直流侧连接直流母线5;
推进逆变器6,推进逆变器6的直流侧连接直流母线5,推进逆变器6的交流侧连接推进负荷8;
日用逆变器7,日用逆变器7的直流侧连接直流母线5,日用逆变器7的交流侧连接日用负荷9。
具体的,直流变换器3的低压侧接入电池组2、高压侧接入直流母线5;交直流变换器4的交流侧预留与岸电接口,直流侧接入直流母线5;推进逆变器6和日用逆变器7直流侧接入直流母线5,交流侧与各自负荷相连;船舶在行驶过程中由电池组2提供能量,直流变换器3稳定直流母线5电压为推进逆变器6和日用逆变器7稳定运行提供支撑。
进一步的,船舶进入港口完成岸电接入后交直流变换器4启动运行,用于稳定直流母线5电压,直流变换器3转为恒流运行模式为电池组2充电;岸电***切除后再次转为直流变换器3稳定直流母线5电压,由电池组2为船舶***提供能量。
具体的,请进一步参照图1所示,本实施例中直流变换器3与电池组2之间设有第二开关QS2,推进逆变器6与推进负荷8之间设有第三开关QS3,日用逆变器7与直流母线5之间设有第四开关QS4,日用逆变器7与日用负荷9之间设有第五开关QS5,进一步具体的,通过各开关的通断控制本发明***中各处电流的流通。
在一种较优的实施例中,如图3所示,直流变换器3具备控制子***,控制子***包括,
与直流变换器3可切换连接的第一控制回路和第二控制回路,
电流控制器32,电流控制的信号输入端连接第一控制回路或第二控制回路并接收第一控制回路输出的当前时刻电流内环给定值 或第二控制回路输出的直流变换器电流环当前给定值 ,以及,电流控制器32的信号输入端还接收直流变换器3读取的当前时刻直流母线电流值 。
在一种较优的实施例中,电压控制器31和电流控制器32均采用比例积分控制器。
新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制方法,应用于任意一项实施例中的新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制***,如图2,图4所示,包括,
步骤S1,于船舶***连接岸侧供电***1后闭合第一开关QS1,交直流变换器4启动运行,用于稳定直流母线5的电压,直流变换器3转为恒流运行模式为电池组2充电;或;
步骤A1,于岸侧供电***1切除后,交直流变换机停机,第一开关QS1断开,电池组2为船舶***提供能量,并通过直流变换器3稳定直流母线5的电压。
在一种较优的实施例中,直流变换器3预设定有直流变换器直流高压侧直流电压稳定值Udc1,交直流变换器4预设定有交直流变换器直流侧电压稳定值Udc2,且满足直流变换器直流高压侧直流电压稳定值Udc1小于交直流变换器直流侧电压稳定值Udc2。
具体的,船舶供电***运行前首先需要设定直流变换器直流高压侧直流电压稳定值Udc1和交直流变换器直流侧电压稳定值Udc2,完成设定后启动直流变换器3运行,若需要接入岸电***则闭合第一开关QS1,启动交直流变换器4。若岸电***切除,则交直流变换器4停机,断开第一开关QS1。
在一种较优的实施例中,如图5所示,步骤A1包括,
具体的,直流变换器3电流以由电池组2流向直流母线5方向为正。
在一种较优的实施例中,步骤A1还包括,
具体的,本发明中第一控制回路是以控制直流母线5电压为目标,包括电压外环和电流内环。
在一种较优的实施例中,如图6所示,步骤S1包括,
具体的,第二控制回路该部分只有电流环,是以控制直流变换器电流为目标,可根据日用负荷9可推进负荷8以及电池SOC大小对电动船舶电池进行电量补充;
在一种较优的实施例中,步骤S13还包括,
在后续的实施例中,当船舶进入港口需要接入岸电时,闭合第一开关QS1后启动交直流变换器4,进行直流侧恒压运行,直流变换器3在下一控制周期根据步骤A1和步骤S1自行调整运行模式;若需要断开岸电***则停止交直流变换器4运行,断开第一开关QS1,直流变换器3在下一控制周期根据步骤A1和步骤S1自行调整运行模式。
综上,本发明提出了一种适用于电池动力船舶供电***和岸电平滑切换的优化控制方法;该方法一是能够在船舶进入港口岸电***接入后自动转为岸电供电,在岸电切除后再转由船舶自身供电***供电,在岸电切入和切出过程中无需对负荷断电缩短船舶停电时间,提升供电可靠性,减少运维人员工作量;二是在船舶接入岸电时能够根据船上负荷用电功率以及电动船舶电池***SOC对电池组2进行自主充电,提升船舶行驶里程;三是无需进行变换器设备间的通讯或信号互联,提升了***的可扩展性。
以上所述仅为本发明较佳的实施例,并非因此限制本发明的实施方式及保护范围,对于本领域技术人员而言,应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案,均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制***,其特征在于,包括,
直流变换器,所述直流变换器的低压侧连接电池组,所述直流变换器的高压侧连接直流母线;
交直流变换器,所述交直流变换器的交流侧通过第一开关连接岸侧供电***,所述交直流变换器的直流侧连接所述直流母线;
推进逆变器,所述推进逆变器的直流侧连接所述直流母线,所述推进逆变器的交流侧连接推进负荷;
日用逆变器,所述日用逆变器的直流侧连接所述直流母线,所述日用逆变器的交流侧连接日用负荷;
所述直流变换器具备控制子***,所述控制子***包括,
与所述直流变换器可切换连接的第一控制回路和第二控制回路,
2.根据权利要求1所述的新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制***,其特征在于,所述电压控制器和所述电流控制器均采用比例积分控制器。
3.新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制方法,应用于权利要求1-2中任意一项所述的新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制***,其特征在于,包括,
步骤S1,于船舶***连接所述岸侧供电***后闭合所述第一开关,所述交直流变换器启动运行,用于稳定所述直流母线的电压,所述直流变换器转为恒流运行模式为所述电池组充电;或;
步骤A1,于所述岸侧供电***切除后,所述交直流变换机停机,所述第一开关断开,所述电池组为船舶***提供能量,并通过所述直流变换器稳定所述直流母线的电压。
4.根据权利要求3所述的新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制方法,其特征在于,所述直流变换器预设定有直流变换器直流高压侧直流电压稳定值Udc1,所述交直流变换器预设定有交直流变换器直流侧电压稳定值Udc2,且满足所述直流变换器直流高压侧直流电压稳定值Udc1小于所述交直流变换器直流侧电压稳定值Udc2。
5.根据权利要求3所述的新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制方法,其特征在于,步骤A1包括,
9.根据权利要求3所述的新能源船舶供电和岸电平滑切换的优化控制方法,其特征在于,所述直流变换器的电流以由所述电池组流向所述直流母线方向为正。
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