基于可调速柴油发电机组的电推船舶电站的控制方法与流程

1.本发明涉及船舶电站控制技术领域，尤其是一种基于可调速柴油发电机组的电推船舶电站的控制方法。

背景技术：

2.常规船舶电站采用的是恒速柴油发电机组，输出功率恒定，而电推船舶在不同航行工况下，推进马达短时功率变化范围大，电站的功率响应速率、可用功率均需满足动力推进系统的需求，可调速柴油发电机组采用柔性凸轮轴技术fct(flexible camshaft technology)，输出功率可随转速变化而变化，而船舶不同运行工况、不同航行模式下既要满足负载变化的需求，又要满足节能的需求显得尤为重要，特别是如何通过船舶自动电站系统控制可调速柴油发电机组来满足船舶的供电稳定以及航行安全就变得至关重要。传统的船舶电站一般宁愿多发电损失部分能量，也要随时满足负载可能突然变大的需求，以避免功率不足、船舶安全受影响的事件发生。

技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述问题及技术需求，提供一种基于可调速柴油发电机组的电推船舶电站的控制方法。
4.本技术提供了一种基于可调速柴油发电机组的电推船舶电站的控制方法。电推船舶电站包括至少三组可调速柴油发电机组、推进电机和电源管理系统；控制方法包括：
5.根据船舶的运行工况确定负载功率；
6.通过电源管理系统控制并网供电的可调速柴油发电机组的数量和转速，使得可调速柴油发电机组的输出功率满足负载功率；
7.船舶的运行工况包括航行模式、进出港操纵模式和靠泊模式；其中，在航行模式和进出港操纵模式下，负载功率包括推进电机的输出功率和船舶其它用电设备的工作功率；在靠泊模式下，推进电机停止运行，负载功率包括船舶其它用电设备的工作功率；在不同的运行工况下，控制方法如下：
8.航行模式：通过电源管理系统控制至少两组可调速柴油发电机组并网供电，并调节可调速柴油发电机组的转速升速至90％额定转速；
9.进出港操纵模式：通过电源管理系统控制三组可调速柴油发电机组并网供电，并调节可调速柴油发电机组的转速升速至90％额定转速；
10.靠泊模式：通过电源管理系统控制至少一组可调速柴油发电机组并网供电，并根据船舶其它用电设备所需的工作功率调节可调速柴油发电机组的转速。
11.其进一步的技术方案为，电推船舶电站还包括储能单元，在可调速柴油发电机组的输出功率大于负载功率时，储能单元自动执行储能操作，直至储满；在可调速柴油发电机组的输出功率不满足负载功率时，储能单元自动释放电能，供负载短时使用。
12.其进一步的技术方案为，船舶的运行工况还包括快速前进/后退模式；在快速前
进/后退模式下的控制方法包括：
13.通过电源管理系统控制至少两组可调速柴油发电机组并网供电；
14.根据所需的功率提升量和功率变化时间确定推进电机所需的功率递增速率；
15.判断可调速柴油发电机组的输出功率能否满足推进电机的输出功率按照所需的功率递增速率递增；
16.若能，则通过电源管理系统调节可调速柴油发电机组的转速，使得推进电机的输出功率按照所需的功率递增速率递增；
17.若不能，则同时利用储能单元辅助供电，以保证推进电机的输出功率按照所需的功率递增速率递增。
18.其进一步的技术方案为，航行模式包括正常巡航模式、高速模式和低速模式；则在航行模式下的控制方法包括：
19.正常巡航模式：通过电源管理系统控制两组可调速柴油发电机组并网供电，并调节可调速柴油发电机组的转速升速至90％额定转速；
20.高速模式：通过电源管理系统控制三组可调速柴油发电机组并网供电，并调节可调速柴油发电机组的转速升速至90％额定转速；
21.低速模式：通过电源管理系统控制两组可调速柴油发电机组并网供电，并调节可调速柴油发电机组的转速低于正常巡航模式下的转速。
22.其进一步的技术方案为，储能单元包括ups储能单元、电感储能单元和电容储能单元中的至少一种，用于实现电网供电与负载用电的平衡。
23.其进一步的技术方案为，电推船舶电站还包括直流母排和电源转换单元；电源转换单元包括ac/dc转换器和dc/ac转换器；ac/dc转换器用于将可调速柴油发电机组产生的交流电转换成直流电，并传送给直流母排；dc/ac转换器用于将直流母排上的直流电转换成交流电，并传送给推进电机。
24.其进一步的技术方案为，电推船舶电站还包括若干个变压器、440v配电板、220v配电板和110v配电板，变压器将直流母排上经dc/ac转换器转换后的交流电转化成440v电源传送给440v配电板；440v配电板上的电源经变压器转化成220v和110v的电源分别传送给220v配电板和110v配电板。
25.其进一步的技术方案为，电推船舶电站还包括一组备用可调速柴油发电机组。
26.本发明的有益技术效果是：
27.本发明公开了一种基于可调速柴油发电机组的电推船舶电站的控制方法，采用可调速柴油发电机为电源，根据船舶的功率需求通过电源管理系统控制并网供电的可调速柴油发电机组的数量和转速，保证了电力推进无级调速，确保了船舶供电稳定、航行安全，并能实现船舶最经济燃油消耗和最低排放的目标。
附图说明
28.图1为一个实施例中电推船舶电站的控制方法的流程示意图。
29.图2为另一个实施例中电推船舶电站的控制方法的流程示意图。
30.图3为一个实施例中电推船舶电站的框图。
具体实施方式
31.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
32.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于可调速柴油发电机组的电推船舶电站的控制方法。本实施例中，电推船舶电站包括至少三组可调速柴油发电机组、推进电机和电源管理系统；控制方法包括以下步骤：
33.步骤102，根据船舶的运行工况确定负载功率。
34.具体的，船舶的运行工况包括航行模式、进出港操纵模式和靠泊模式；其中，在航行模式和进出港操纵模式下，负载功率包括推进电机的输出功率和船舶其它用电设备的工作功率；在靠泊模式下，推进电机停止运行，负载功率包括船舶其它用电设备的工作功率。
35.步骤104，通过电源管理系统控制并网供电的可调速柴油发电机组的数量和转速，使得可调速柴油发电机组的输出功率满足负载功率。
36.具体的，在不同的运行工况下，控制方法如下：
37.步骤1041，航行模式：通过电源管理系统控制至少两组可调速柴油发电机组并网供电，并调节可调速柴油发电机组的转速升速至90％额定转速，一般可允许一定的控制误差，本实施例取允许误差
±
3％；
38.步骤1042，进出港操纵模式：通过电源管理系统控制三组柴油发电机组并网供电，并调节可调速柴油发电机组的转速升速至90％额定转速，一般可允许一定的控制误差，本实施例取允许误差-10％至+3％；
39.步骤1043，靠泊模式：通过电源管理系统控制至少一组可调速柴油发电机组并网供电，并根据船舶其它用电设备所需的工作功率调节可调速柴油发电机组的转速。
40.具体的，根据进出港操纵模式、航行模式的电站功率需求，电源管理系统自动启动三台、二台主柴油发电机在网供电，且发电机转速自动升速至90％额定转速，一般可允许一定的控制误差，以保证各模式下的正常操纵；在靠泊模式下，电源管理系统控制至少一组可调速柴油发电机组并网供电，并根据功率需求调节柴油机组转速，运行在最低70％额定转速，以此减少燃油消耗和排放。
41.可选的，电推船舶电站包括储能单元，在可调速柴油发电机组的输出功率大于负载功率时，储能单元自动执行储能操作，直至储满；在可调速柴油发电机组的输出功率不满足负载功率时，储能单元自动释放电能，供负载短时使用。
42.具体的，储能单元用于应急供电，其只能实现短时间的供电，长时间高负载供电通过增加柴油发电机组的数量或提升柴油发电机的转速来实现。
43.具体的，储能单元包括ups储能单元、电感储能单元和电容储能单元中的至少一种，用于实现电网供电与负载用电的平衡。
44.可选的，航行模式包括正常巡航模式、高速模式和低速模式；在航行模式下的控制方法包括：
45.正常巡航模式：通过电源管理系统控制两组可调速柴油发电机组并网供电，并调节柴油发电机组的转速升速至90％额定转速，一般可允许一定的控制误差，本实施例取允许误差
±
3％；
46.高速模式：通过电源管理系统控制三组可调速柴油发电机组并网供电，并调节柴油发电机组的转速升速至90％额定转速，一般可允许一定的控制误差，本实施例取允许误差-3％至+5％；
47.低速模式：通过电源管理系统控制两组可调速柴油发电机组并网供电，并调节柴油发电机组的转速低于正常巡航模式下的转速，本实施例取50％至80％。
48.可选的，电推船舶电站还包括直流母排和电源转换单元；电源转换单元包括ac/dc转换器和dc/ac转换器；ac/dc转换器用于将柴油发电机组产生的交流电转换成直流电，并传送给直流母排；dc/ac转换器用于将直流母排上的直流电转换成交流电，并传送给推进电机。
49.可选的，电推船舶电站还包括440v配电板、220v配电板、110v配电板和若干个变压器，变压器将直流母排上经dc/ac转换器转换后的交流电转化成440v电源传送给440v配电板；440v配电板上的电源经变压器转化成220v和110v的电源分别传送给220v配电板和110v配电板。
50.具体的，船舶上包括多种用电设备，根据用电设备的电压要求提供不同电压的配电板。
51.可选的，电推船舶电站还包括一组备用可调速柴油发电机组。
52.在一个实施例中，如图2所示，提供了一种基于可调速柴油发电机组的电推船舶电站的控制方法。本实施例中，船舶的运行工况还包括快速前进/后退模式；在快速前进/后退模式下的控制方法包括以下步骤：
53.步骤202，通过电源管理系统控制至少可调速两组柴油发电机组并网供电。
54.步骤204，根据所需的功率提升量和功率变化时间确定推进电机所需的功率递增速率。
55.具体的，在船舶快速前进或后退时，功率需要在短时间内快速提升，在电源管理系统建立功率阶梯增加控制程序，根据所需的功率提升量和功率变化时间来确定功率递增速率，在满足操纵需求的同时，保证柴油发电机组供电安全，确定船舶电站不失电；本实施例中以200kw/s的速率递增功率。
56.具体的，这里的船舶快速后退一般指的是船舶挂倒车档，使船舶尽快减速。
57.步骤206，判断可调速柴油发电机组的输出功率能否满足推进电机的输出功率按照所需的功率递增速率递增。
58.步骤208，若能，则通过电源管理系统调节可调速柴油发电机组的转速，使得推进电机的输出功率按照所需的功率递增速率递增。
59.步骤210，若不能，则利用储能单元辅助供电，以保证推进电机的输出功率按照所需的功率递增速率递增。
60.可选的，电推船舶电站包括直流母排和电源转换单元；电源转换单元包括ac/dc转换器和dc/ac转换器；ac/dc转换器用于将可调速柴油发电机组产生的交流电转换成直流电，并传送给直流母排；dc/ac转换器用于将直流母排上的直流电转换成交流电，并传送给推进电机。
61.可选的，电推船舶电站包括440v配电板、220v配电板、110v配电板和若干个变压器，变压器将直流母排上经dc/ac转换器转换后的交流电转化成440v电源传送给440v配电
板；440v配电板上的电源经变压器转化成220v和110v的电源分别传送给220v配电板和110v配电板。
62.具体的，船舶上包括多种用电设备，根据用电设备的电压要求提供不同电压的配电板。
63.可选的，电推船舶电站还包括一组备用可调速柴油发电机组。
64.在一个实施例中，如图3所示，提供了一种基于可调速柴油发电机组的电推船舶电站。该船舶电站所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个实施例中的具体限定可以参见上文中对于船舶电站控制方法方法的限定，在此不再赘述。
65.本实施中，船舶电站包括电源管理系统、至少三组可调速柴油发电机组、推进电机、直流母排和电源转换单元；电源管理系统用于控制可调速柴油发电机组的转速；电源转换单元包括ac/dc转换器和dc/ac转换器；ac/dc转换器用于将可调速柴油发电机组产生的交流电转换成直流电，并传送给直流母排；dc/ac转换器用于将直流母排上的直流电转换成交流电，并传送给推进电机。
66.可选的，电推船舶电站包括440v配电板、220v配电板、110v配电板和若干个变压器，变压器将直流母排上经dc/ac转换器转换后的交流电转化成440v电源传送给440v配电板；440v配电板上的电源经变压器转化成220v和110v的电源分别传送给220v配电板和110v配电板。
67.具体的，船舶上包括多种用电设备，根据用电设备的电压要求提供不同电压的配电板。
68.可选的，电推船舶电站包括储能单元，在可调速柴油发电机组的输出功率大于负载功率时，储能单元自动执行储能操作，直至储满；在可调速柴油发电机组的输出功率不满足负载功率时，储能单元自动释放电能，供负载短时使用。
69.可选的，储能单元包括ups储能单元、电感储能单元和电容储能单元中的至少一种，用于实现电网供电与负载用电的平衡
70.可选的，电推船舶电站还包括一组备用可调速柴油发电机组。
71.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
72.以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：

1.一种基于可调速柴油发电机组的电推船舶电站的控制方法，所述电推船舶电站包括至少三组可调速柴油发电机组、推进电机和电源管理系统，其特征在于，所述控制方法包括：根据船舶的运行工况确定负载功率；通过电源管理系统控制并网供电的可调速柴油发电机组的数量和转速，使得所述可调速柴油发电机组的输出功率满足所述负载功率；所述船舶的运行工况包括航行模式、进出港操纵模式和靠泊模式；其中，在所述航行模式和进出港操纵模式下，所述负载功率包括推进电机的输出功率和船舶其它用电设备的工作功率；在所述靠泊模式下，所述推进电机停止运行，所述负载功率包括船舶其它用电设备的工作功率；在不同的运行工况下，所述控制方法如下：航行模式：通过所述电源管理系统控制至少两组可调速柴油发电机组并网供电，并调节所述可调速柴油发电机组的转速升速至90％额定转速；进出港操纵模式：通过所述电源管理系统控制三组可调速柴油发电机组并网供电，并调节所述可调速柴油发电机组的转速升速至90％额定转速；靠泊模式：通过所述电源管理系统控制至少一组可调速柴油发电机组并网供电，并根据所述船舶其它用电设备所需的工作功率调节所述可调速柴油发电机组的转速。2.根据权利要求1所述的电推船舶电站的控制方法，其特征在于，所述电推船舶电站还包括储能单元，在所述可调速柴油发电机组的输出功率大于所述负载功率时，所述储能单元自动执行储能操作，直至储满；在所述可调速柴油发电机组的输出功率不满足所述负载功率时，所述储能单元自动释放电能，供负载短时使用。3.根据权利要求2所述的电推船舶电站的控制方法，其特征在于，所述船舶的运行工况还包括快速前进/后退模式；在所述快速前进/后退模式下的控制方法包括：通过所述电源管理系统控制至少两组可调速柴油发电机组并网供电；根据所需的功率提升量和功率变化时间确定所述推进电机所需的功率递增速率；判断所述可调速柴油发电机组的输出功率能否满足所述推进电机的输出功率按照所述所需的功率递增速率递增；若能，则通过所述电源管理系统调节所述可调速柴油发电机组的转速，使得所述推进电机的输出功率按照所述所需的功率递增速率递增；若不能，则同时利用所述储能单元辅助供电，以保证所述推进电机的输出功率按照所述所需的功率递增速率递增。4.根据权利要求1-3任一项所述的电推船舶电站的控制方法，其特征在于，所述航行模式包括正常巡航模式、高速模式和低速模式；则在所述航行模式下的控制方法包括：正常巡航模式：通过所述电源管理系统控制两组可调速柴油发电机组并网供电，并调节所述可调速柴油发电机组的转速升速至90％额定转速；高速模式：通过所述电源管理系统控制三组可调速柴油发电机组并网供电，并调节所述可调速柴油发电机组的转速升速至90％额定转速；低速模式：通过所述电源管理系统控制两组可调速柴油发电机组并网供电，并调节所述可调速柴油发电机组的转速低于所述正常巡航模式下的转速。5.根据权利要求2所述的电推船舶电站的控制方法，其特征在于，所述储能单元包括
ups储能单元、电感储能单元和电容储能单元中的至少一种，用于实现电网供电与负载用电的平衡。6.根据权利要求1-3任一项所述的电推船舶电站的控制方法，其特征在于，所述电推船舶电站还包括直流母排和电源转换单元；所述电源转换单元包括ac/dc转换器和dc/ac转换器；所述ac/dc转换器用于将所述可调速柴油发电机组产生的交流电转换成直流电，并传送给所述直流母排；所述dc/ac转换器用于将所述直流母排上的直流电转换成交流电，并传送给所述推进电机。7.根据权利要求6所述的电推船舶电站的控制方法，其特征在于，所述电推船舶电站还包括若干个变压器、440v配电板、220v配电板和110v配电板，所述变压器将所述直流母排上经所述dc/ac转换器转换后的交流电转化成440v电源传送给所述440v配电板；所述440v配电板上的电源经所述变压器转化成220v和110v的电源分别传送给所述220v配电板和110v配电板。8.根据权利要求1-3任一项所述的电推船舶电站的控制方法，其特征在于，所述电推船舶电站还包括一组备用可调速柴油发电机组。

技术总结

本发明公开了一种基于可调速柴油发电机组的电推船舶电站的控制方法，该方法包括：根据船舶的运行工况确定功率需求，运行工况包括航行模式、进出港操纵模式和靠泊模式；在航行模式和进出港操纵模式下，功率需求包括推进电机的输出功率和船舶其它用电设备的工作功率；在靠泊模式下，推进电机停止运行，功率需求包括船舶其它用电设备的工作功率；通过电源管理系统控制并网供电的可调速柴油发电机组的数量和转速，以满足功率需求。该方法采用可调速柴油发电机为电源，为电力推进电机供电，通过电源管理系统调节柴油发电机转速，能够保证电力推进无级调速，确保船舶供电稳定、航行安全，并能实现船舶最经济燃油消耗和最低排放的目标。标。标。