CN102211657A - 柴油发电机组与动力电池混合供电的船舶电力推进系统 - Google Patents
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Abstract
柴油发电机组与动力电池混合供电的船舶电力推进系统，包括船舶控制系统、电源系统、配电板和电力推进系统，船舶控制系统中设置有电源管理控制器和推进操纵控制器，电源系统通过配电板与电力推进系统连接，电源系统和配电板分别与电源管理控制器连接，电力推进系统连接于推进操纵控制器。所述电源系统中设置有岸电接电箱、柴油发电机组和动力电池组；电力推进系统中设置有变频器，变频器与推进电机连接，推进电机连接于推进器；配电板中设置有汇流排，汇流排上设置有主开关和负荷开关，主开关连接于发电机组，负荷开关连接于变频器。采用柴油发电机组和动力电池混合供电方式，保证了船舶的航行安全，提高了船舶的续航性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种柴油发电机组与动力电池混合供电的船舶电力推进系统。
背景技术
船舶电力推进方式具有操纵性能好、节能环保的显著优点，可以降低船舶的废气排放，减少船舶的燃料能源消耗，同时可以获得较好的动力特性。中国专利201010300192.X公开了一种包括柴油机-发电机组、配电系统、推进电动机及推进器的电力推进系统；中国专利200810034693.0公开了一种电力推进船舶的控制装置及其控制方法。上述专利中，其电力推进船舶的主动力电源均为常规的柴油机-发电机组(简称柴油发电机组)。这种柴油发电机组供电的电力推进系统可以有限降低但不能根本消除船舶的废气排放。
为了实现电力推进船舶的废气零排放，发展以清洁能源为主动力电源的绿色船舶具有重要意义。中国专利200710036259.1公开了一种基于超级电容混合动力的船舶电力推进系统，其供电系统包括与推进控制系统相连的超级电容组以及电池堆；中国专利200820155772.2公开了一种用于船舶电力推进系统的供电系统，其供电系统包括与推进控制系统相连的超级电容组以及电池堆。上述专利中以蓄电池和超级电容作为船舶电力推进系统的主动力电源，取消了常规的柴油发电机组，使得船舶自身可实现废气的零排放。但是，作为船舶主电源的超级电容和蓄电池需经岸上充电储能，在航行中一旦超级电容和蓄电池的储能用尽或自身发生故障，则会导致船舶失去动力，会造成严重的船舶航行安全事故；其次，船舶正常航行中一般不会产生可回收的电力推进系统的制动动能，因此超级电容在系统中的意义并不大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种柴油发电机组与动力电池混合供电的船舶电力推进系统。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，
柴油发电机组与动力电池混合供电的船舶电力推进系统，包括船舶控制系统、电源系统、配电板和电力推进系统，船舶控制系统中设置有电源管理控制器和推进操纵控制器，电源系统通过配电板与电力推进系统连接，电源系统和配电板分别与电源管理控制器连接，电力推进系统连接于推进操纵控制器。
进一步，所述电源系统中设置有岸电接电箱、柴油发电机组和动力电池组；电力推进系统中设置有变频器，变频器与推进电机连接，推进电机连接于推进器；配电板中设置有汇流排，汇流排上设置有主开关和负荷开关，主开关连接于发电机组，负荷开关连接于变频器；
动力电池组通过充放电控制器分别与主开关和所述电源管理控制器连接，柴油发电机组设置有电机控制器，电机控制器连接于电源管理控制器。
进一步，所述船舶控制系统中还设置有驾驶台操作单元、机舱操作单元和参数设定与故障报警单元，驾驶台操作单元和机舱操作单元分别连接有显示屏和车钟，参数设定与故障报警单元连接有显示器和报警器，电源管理控制器、推进操作控制器、驾驶台操作单元、机舱操作单元、参数设定与故障报警单元通过现场总线连接。
本发明的有益效果是，柴油发电机组和动力电池混合供电可由四种不同的工作模式：纯电池供电模式、纯柴电供电模式、混合供电模式、停泊充电模式。在停泊充电模式下，由岸电对动力电池进行充电，储存电能；在纯电池供电模式下，船舶以经济航速航行；在纯柴电供电模式下，船舶可以大功率全速航行，且柴油发电机组的剩余功率可为电池充电；在混合供电模式下，可根据船舶航行状态以及电力推进系统的运行状态，自动决定由动力电池供电、柴油发电机组供电、或由动力电池和柴油发电机组共同为船舶供电；可实现船舶的节能减排，同时也将产生较显著的节支效果，而柴油发电机组和动力电池混合供电方式，保证了船舶的航行安全，提高了船舶的续航性能。
附图说明
图1是本发明提出的柴油发电机组与动力电池混合供电的船舶电力推进系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，柴油发电机组与动力电池混合供电的船舶电力推进系统由电源系统100、配电板300、电力推进系统400和船舶控制系统500组成。
电源系统100包括了岸电接电箱101，柴油发电机组111和121，动力电池组131和充放电控制器132。
岸电接电箱101为船舶接入岸电，通过主开关301连接到汇流排310上，可在船舶停航靠泊状态下为船舶提供电力，向动力电池组121充电储能。
柴油发电机组111和121通过主开关311和312连接到汇流排310上，在柴油发电机组供电模式或混合供电模式下为电力推进系统400提供电力，并可向动力电池组131充电储能。通过电机控制器112和122分别对机组111和121的起动、并车、解列、停车，以及频率和电压的自动调节实施控制。
动力电池组131由充放电控制器132控制其充电或放电，通过主开关313连接到汇流排310上，在电池供电模式或混合供电模式下，为电力推进系统400提供电力。动力电池可以是高密度锂离子电池，也可以是碱性蓄电池或铅酸蓄电池。
船舶电力推进系统400，由推进器431、推进电机421和变频器411组成了一套独立的电力推进系统，通过负荷开关321连接到汇流排310上；由推进器432、推进电机422和变频器412组成了另一套独立的电力推进系统，通过负荷开关322连接到汇流排310上。独立的电力推进系统并不必须是二套，根据船舶的推进要求，可以是一套、二套或二套以上。推进电机可以是异步电动机，也可以是同步电动机。
控制系统500由电源管理控制器501、推进操纵控制器502、驾驶台操作单元503、机舱操作单元504、以及参数设定与故障报警单元505等组成，通过现场总线网络510连接起来，相互之间实现数据的交换。
电源管理控制器501，也称为电源管理系统(PMS，Power ManagementSystem)是集控制、监测、保护和管理于一体的综合性监控系统，提供稳定、安全的电能是PMS的首要任务。电源管理控制器501连接电机控制器112和122、充放电控制器132、以及配电板300。主要功能是：柴油发电机组与动力电池组的能量分配控制和管理、柴油发电机组和动力电池组的状态监控管理，输配电系统的安全保护及报警管理、电力推进用电负荷的监控管理等。
连接电力推进系统400的推进操纵控制器502，通过现场总线510，接受驾驶台操作单元503或机舱操作单元504的指令直接操控变频器411和412，实现对推进电机421和422的推进控制。推进控制可以以二种模式进行：转速控制模式或负荷(转矩)控制模式，分别应用于不同的航行环境。
驾驶台操作单元503和机舱操作单元504，连接车钟5031和5041，实现推进操纵控制的指令发送，也可以连接显示屏5032和5042，实现推进与操纵状态的显示。
参数设定与故障报警单元505连接显示器5051、报警器5052等外部设备，通过现场总线510获取电源管理控制器501、推进操纵控制器502、驾驶台操作单元503和机舱操作单元504等的实时状态数据，进行状态监测，并可对系统进行参数设定和修改。
柴油发电机组与动力电池混合供电的船舶电力推进系统可以有四种供电模式运行：纯柴电供电模式、纯电池供电模式、混合供电模式和停泊充电模式。
(a)纯电池供电模式
由动力电池组131提供全船电力推进用电，由电源管理控制器501(PMS)监视动力电池组的剩余电量。当剩余电量低于设定的阈值(如30％额定容量)时，将给出低电量报警信号，并自动起动单台柴油发电机组111或121投入运行替代动力电池组供电。船舶在经济航速(航速低于额定航速80％以下)下航行时，将主要以这种纯电池供电模式运行。在这种模式下，船舶达到了最佳的节能减排效果。
(b)纯柴电供电模式
由柴油发电机组111、121提供全船电力推进用电，由电源管理控制器501(PMS)根据电力推进用电负荷的需要，来决定投入电网(配电板300)的发电机组数量。船舶大功率全速航行，或船舶辅助用电量大大增加，或动力电池剩余电量不够为电力推进系统供电时，将以这种纯柴电供电模式运行。在纯柴电供电模式下，柴油发电机组111、121的剩余功率可为动力电池组131充电，因此柴油发电机组111、121始终运行在高(满)负荷状态下，节能效果明显。
(c)混合供电模式
由柴油发电机组111和121、动力电池组131共同提供全船电力推进用电，由电源管理控制器501根据电力推进用电负荷的需要，决定电源混合供电的电量分配及优先次序。①在经济航速下，自动停止柴油发电机组111、121运行，仅由动力电池组131供电；②动力电池组131的剩余容量不够时，自动起动柴油发电机组111、121投入运行，柴油发电机组111、121的剩余功率可为动力电池组131充电；③大功率全速航行以及船舶辅助用电量大大增加时、或在紧急情况下，由动力电池组131和柴油发电机组111、121共同供电，以满足船舶用电需要。这种全自动的混合供电模式，包含了以上纯柴电供电模式和纯电池供电模式。
(d)停泊充电模式
船舶靠泊停航状态下，利用码头岸电，通过岸电接电箱101为船舶接入岸电，通过主开关301连接到汇流排310上，向动力电池组121充电储能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (3)
1.柴油发电机组与动力电池混合供电的船舶电力推进系统，其特征在于，包括船舶控制系统、电源系统、配电板和电力推进系统，船舶控制系统中设置有电源管理控制器和推进操纵控制器，电源系统通过配电板与电力推进系统连接，电源系统和配电板分别与电源管理控制器连接，电力推进系统连接于推进操纵控制器。
2.根据权利要求1所述的柴油发电机组与动力电池混合供电的船舶电力推进系统，其特征在于，
所述电源系统中设置有岸电接电箱、柴油发电机组和动力电池组；电力推进系统中设置有变频器，变频器与推进电机连接，推进电机连接于推进器；配电板中设置有汇流排，汇流排上设置有主开关和负荷开关，主开关连接于发电机组，负荷开关连接于变频器；
动力电池组通过充放电控制器分别与主开关和所述电源管理控制器连接，柴油发电机组设置有电机控制器，电机控制器连接于电源管理控制器。
3.根据权利要求1所述的柴油发电机组与动力电池混合供电的船舶电力推进系统，其特征在于，所述船舶控制系统中还设置有驾驶台操作单元、机舱操作单元和参数设定与故障报警单元，驾驶台操作单元和机舱操作单元分别连接有显示屏和车钟，参数设定与故障报警单元连接有显示器和报警器，电源管理控制器、推进操作控制器、驾驶台操作单元、机舱操作单元、参数设定与故障报警单元通过现场总线连接。
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