本發(fā)明屬于船舶節(jié)能減排及綠色能源開發(fā)利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種船舶多類型能源管理系統(tǒng)以及能源管理方法。

背景技術(shù)：

隨著全球氣候不斷變暖，有效控制溫室氣體排放，保護大氣環(huán)境已引起全球的普遍關(guān)注。為促進低碳經(jīng)濟的發(fā)展，節(jié)能減排已成為國際社會的共同責任、高度關(guān)注的重點領(lǐng)域之一和基本國策。

船舶運輸是石油消費的重點行業(yè)，也是溫室效應(yīng)氣體(GHG)和大氣污染排放的重要來源之一。國際海事組織(IMO)相關(guān)報告顯示，全球船舶排放的二氧化碳總量在2007年為10億噸，占全球二氧化碳排放總量的3.3％。由于全球海上貿(mào)易量增加，如果控制措施不及時到位，預(yù)計在2050年將增長近5倍，占比可能會增至18％。因此，IMO、歐盟等采取了一系列控制船舶碳排放的措施。當前因世界經(jīng)濟增長緩慢、航運業(yè)運量過剩矛盾的雙重影響，航運業(yè)面臨著前所未有的持續(xù)低迷。燃料成本高、日漸走低的投資回報率、船舶運力過剩、港口和航線日漸嚴格的環(huán)保法規(guī)，IMO能效指數(shù)限制等等，都對船舶營運帶來了諸多挑戰(zhàn)，因此，船舶節(jié)能減排及綠色能源開發(fā)利用是緩解能源環(huán)境壓力的必然選擇之一。

目前的船舶節(jié)能減排措施分為技術(shù)措施和營運措施等。其中，技術(shù)措施包括改進船舶設(shè)計、提高發(fā)動機效率、供應(yīng)岸電、利用替代燃料等。營運措施包括減小船體粗糙度、加強日常管理維護、采用經(jīng)濟航速等。例如，船公司普遍采用船岸一體化燃油消耗監(jiān)控平臺，將船舶每日能耗、船存油量、每日航行距離、距目的港距離、船舶吃水、海況、裝載量等相關(guān)參數(shù)定時報告公司，公司在確保班期的情況下合理降低航速、減少船舶錨泊待航時間，合理安排加油港口，依靠管理實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

然而，由于目前船舶能源以柴油發(fā)電為主，因此，雖然采用了上述的諸多技術(shù)措施和營運措施，仍然具有船舶能效低的問題，無法達到節(jié)能減排的目標。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種船舶多類型能源管理系統(tǒng)以及能源管理方法，可有效解決上述問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種船舶多類型能源管理系統(tǒng)，包括：監(jiān)控及能源管理總模塊、柴油發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、波浪能發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池儲能系統(tǒng)、岸電系統(tǒng)、直流母線排以及若干路輸電系統(tǒng)；

所述監(jiān)控及能源管理總模塊分別與所述柴油發(fā)電系統(tǒng)、所述風力發(fā)電系統(tǒng)、所述光伏發(fā)電系統(tǒng)、所述波浪能發(fā)電系統(tǒng)、所述蓄電池儲能系統(tǒng)以及所述岸電系統(tǒng)連接；所述柴油發(fā)電系統(tǒng)、所述風力發(fā)電系統(tǒng)、所述光伏發(fā)電系統(tǒng)、所述波浪能發(fā)電系統(tǒng)、所述蓄電池儲能系統(tǒng)以及所述岸電系統(tǒng)均并聯(lián)到所述直流母線排的一端；所述直流母線排的另一端與各路用于向負載輸電的輸電系統(tǒng)連接。

優(yōu)選的，所述柴油發(fā)電系統(tǒng)的配置數(shù)量為兩套，每套柴油發(fā)電系統(tǒng)均包括柴油發(fā)電機組、獨立的可控AC/DC整流器、獨立的空氣斷路器以及柴油發(fā)電控制器；所述柴油發(fā)電機組和所述可控AC/DC整流器串聯(lián)后，通過所述空氣斷路器連接到所述直流母線排；另外，所述柴油發(fā)電控制器與所述柴油發(fā)電機組連接；另外，所述柴油發(fā)電控制器和所述可控AC/DC整流器均連接到所述監(jiān)控及能源管理總模塊；其中，所述柴油發(fā)電機組包括串聯(lián)的船舶柴油機和永磁發(fā)電機。

優(yōu)選的，所述風力發(fā)電系統(tǒng)包括風力發(fā)電機組、獨立的可控AC/DC整流器、獨立的空氣斷路器以及風力發(fā)電控制器；所述風力發(fā)電機組和所述可控AC/DC整流器串聯(lián)后，通過所述空氣斷路器連接到所述直流母線排；另外，所述風力發(fā)電控制器與所述風力發(fā)電機組連接；另外，所述風力發(fā)電控制器和所述可控AC/DC整流器均連接到所述監(jiān)控及能源管理總模塊；其中，所述風力發(fā)電機組包括串聯(lián)的風力渦輪機和永磁發(fā)電機。

優(yōu)選的，所述波浪能發(fā)電系統(tǒng)包括波浪能發(fā)電機組、獨立的可控AC/DC整流器、獨立的空氣斷路器以及波浪能發(fā)電控制器；所述波浪能發(fā)電機組和所述可控AC/DC整流器串聯(lián)后，通過所述空氣斷路器連接到所述直流母線排；另外， 所述波浪能發(fā)電控制器與所述波浪能發(fā)電機組連接；另外，所述波浪能發(fā)電控制器和所述可控AC/DC整流器均連接到所述監(jiān)控及能源管理總模塊；其中，所述波浪能發(fā)電機組包括串聯(lián)的波浪能轉(zhuǎn)換機構(gòu)和永磁發(fā)電機。

優(yōu)選的，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)包括光伏發(fā)電組件、可控DC/DC斬波器、獨立的空氣斷路器以及光伏發(fā)電控制器；所述光伏發(fā)電組件和所述可控DC/DC斬波器串聯(lián)后，通過所述空氣斷路器連接到所述直流母線排；另外，所述光伏發(fā)電控制器和所述光伏發(fā)電組件連接；另外，所述光伏發(fā)電控制器和所述可控DC/DC斬波器均連接到所述監(jiān)控及能源管理總模塊。

優(yōu)選的，所述蓄電池儲能系統(tǒng)包括蓄電池組、雙向可控DC/DC斬波器、獨立的空氣斷路器以及儲能控制器；所述蓄電池組依次經(jīng)過所述雙向可控DC/DC斬波器和所述空氣斷路器后連接到所述直流母線排；另外，所述儲能控制器與所述蓄電池連接；所述儲能控制器和所述雙向可控DC/DC斬波器均連接到所述監(jiān)控及能源管理總模塊。

優(yōu)選的，所述岸電系統(tǒng)包括岸電、三相可調(diào)變壓器、獨立的Y形側(cè)可控AC/DC整流器、獨立的△形側(cè)可控AC/DC整流器、獨立的Y形側(cè)空氣斷路器、獨立的△形側(cè)空氣斷路器以及岸電控制器；所述三相可調(diào)變壓器為Y-Y-△型變壓器，其原邊為Y形，用于與岸電連接；其副邊包括Y形三相繞組和△形三相繞組，所述Y形三相繞組依次通過所述Y形側(cè)可控AC/DC整流器和所述Y形側(cè)空氣斷路器后，連接到所述直流母線排；所述△形三相繞組依次通過所述△形側(cè)可控AC/DC整流器和所述△形側(cè)空氣斷路器后，連接到所述直流母線排；另外，所述岸電控制器與所述岸電連接；所述岸電控制器、所述Y形側(cè)可控AC/DC整流器和所述△形側(cè)可控AC/DC整流器均連接到所述監(jiān)控及能源管理總模塊。

優(yōu)選的，所述輸電系統(tǒng)包括7路輸電子系統(tǒng)；

第1路輸電子系統(tǒng)包括：第1空氣斷路器和第1可控DC/AC逆變器；所述第1可控DC/AC逆變器的DC側(cè)經(jīng)過所述第1空氣斷路器后連接到所述直流母線排；所述第1可控DC/AC逆變器的AC側(cè)用于與第1主推電機連接；

第2路輸電子系統(tǒng)包括：第2空氣斷路器和第2可控DC/AC逆變器；所述第2可控DC/AC逆變器的DC側(cè)經(jīng)過所述第2空氣斷路器后連接到所述直流母線排； 所述第2可控DC/AC逆變器的AC側(cè)用于與第2主推電機連接；

第3路輸電子系統(tǒng)包括：第3空氣斷路器和第3可控DC/AC逆變器；所述第3可控DC/AC逆變器的DC側(cè)經(jīng)過所述第3空氣斷路器后連接到所述直流母線排；所述第3可控DC/AC逆變器的AC側(cè)用于與艉推電機連接；

第4路輸電子系統(tǒng)包括：第4空氣斷路器和第4可控DC/AC逆變器；所述第4可控DC/AC逆變器的DC側(cè)經(jīng)過所述第4空氣斷路器后連接到所述直流母線排；所述第4可控DC/AC逆變器的AC側(cè)用于與艏推電機連接；

第5路輸電子系統(tǒng)包括：第1交流母線排和若干個可控DC/AC逆變器；每個所述可控DC/AC逆變器的DC側(cè)均經(jīng)過獨立的空氣斷路器后連接到所述直流母線排，每個所述可控DC/AC逆變器的AC側(cè)均經(jīng)過獨立的空氣斷路器后連接到所述第1交流母線排的一端，所述第1交流母線排的另一端用于直接與各個輔助電機類負載連接，用于向各個輔助電機類負載供電；

第6路輸電子系統(tǒng)包括：第2交流母線排和若干個可控DC/AC逆變器；每個所述可控DC/AC逆變器的DC側(cè)均經(jīng)過獨立的空氣斷路器后連接到所述直流母線排，每個所述可控DC/AC逆變器的AC側(cè)均經(jīng)過獨立的空氣斷路器后連接到所述第2交流母線排的一端，所述第2交流母線排的另一端用于直接與各個照明類負載連接，用于向各個照明類負載供電；

第7路輸電子系統(tǒng)包括：獨立的可控DC/AC逆變器、獨立的空氣斷路器、變壓器TR和有源濾波器APF；所述可控DC/AC逆變器的DC側(cè)經(jīng)過獨立的空氣斷路器后連接到所述直流母線排，所述可控DC/AC逆變器的AC側(cè)依次經(jīng)過所述變壓器TR和所述有源濾波器APF后，連接到監(jiān)控及能源管理總模塊，用于向所述監(jiān)控及能源管理總模塊供電；

另外，所述監(jiān)控及能源管理總模塊還分別與所述第1可控DC/AC逆變器、所述第2可控DC/AC逆變器、所述第3可控DC/AC逆變器、所述第4可控DC/AC逆變器、所述第5路輸電子系統(tǒng)中的各個可控DC/AC逆變器、第6路輸電子系統(tǒng)中的各個可控DC/AC逆變器、第7路輸電子系統(tǒng)中的可控DC/AC逆變器連接。

本發(fā)明還提供一種船舶多類型能源管理方法，包括以下步驟：

步驟1，船舶多類型能源管理系統(tǒng)包括監(jiān)控及能源管理總模塊，監(jiān)控及能源 管理總模塊與柴油發(fā)電控制器、風力發(fā)電控制器、波浪能發(fā)電控制器、光伏發(fā)電控制器、儲能控制器、岸電控制器、各個可控DC/AC逆變器、各個可控DC/DC斬波器、各個可控AC/DC整流器均通過通訊線連接；

所述船舶多類型能源管理系統(tǒng)包括監(jiān)控及能源管理總模塊、以及6個管理子模塊，分別為柴油發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊、風力發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊、光伏發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊、波浪能發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊、蓄電池儲能系統(tǒng)管理子模塊和岸電系統(tǒng)管理子模塊；所述能源管理總模塊分別與各個管理子模塊連接；

步驟2，所述監(jiān)控及能源管理總模塊根據(jù)船舶工作狀態(tài)配置有三種工作模式，分別為：船舶拋錨工作模式、船舶航行工作模式以及船舶靠岸工作模式；

(1)船舶拋錨工作模式

步驟2.1.1，當所述監(jiān)控及能源管理總模塊切換到船舶拋錨工作模式時，所述能源管理總模塊啟動負荷優(yōu)化管理模塊，所述負荷優(yōu)化管理模塊包括船舶變頻驅(qū)動節(jié)能控制模塊、儲能優(yōu)化管理模塊、船舶起居處所智能化節(jié)能管理模塊；

所述儲能優(yōu)化管理模塊的運行控制過程為：

首先只起動風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和波浪能發(fā)電系統(tǒng)；將風力能源、光伏能源和波浪能能源統(tǒng)稱為綠色能源；

所述風力發(fā)電系統(tǒng)、所述光伏發(fā)電系統(tǒng)和所述波浪能發(fā)電系統(tǒng)同時發(fā)電，并將輸出的直流電能輸送到直流母線排；

船舶的各個負載從所述直流母線排獲得所需電能；

步驟2.1.2，此外，在綠色能源供電以及負載用電的過程中，所述能源管理總模塊實時判斷風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和波浪能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的實際總電能是否無法滿足全船用電需求，如果能夠滿足全船用電需求，則執(zhí)行步驟2.1.3；如果無法滿足全船用電需求，則執(zhí)行步驟2.1.4；

步驟2.1.3，所述監(jiān)控及能源管理總模塊計算得到當前時刻的富裕電能，并使富裕電能經(jīng)直流母線排后輸送到蓄電池儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)向蓄電池充電的功能；然后返回步驟2.1.2，

步驟2.1.4，所述監(jiān)控及能源管理總模塊起動蓄電池儲能系統(tǒng)，蓄電池儲能系統(tǒng)向直流母線排放電，保證綠色能源和蓄電池儲能系統(tǒng)聯(lián)合輸出的電能滿足 全船用電需求；

另外，在蓄電池儲能系統(tǒng)放電過程中，監(jiān)控及能源管理總模塊實時判斷蓄電池組是否達到放電極限，如果未達到，則繼續(xù)蓄電池儲能系統(tǒng)放電過程；如果達到，則轉(zhuǎn)到步驟2.1.5；

步驟2.1.5，所述監(jiān)控及能源管理總模塊起動一套柴油發(fā)電系統(tǒng)供電，以保證滿足全船用電需求；

其中，當所述柴油發(fā)電系統(tǒng)啟動時，所述柴油發(fā)電系統(tǒng)在保證至少運行于30％負荷的工況下，使所述柴油發(fā)電系統(tǒng)運行于最佳工作效率；此時，所述柴油發(fā)電系統(tǒng)、所述風力發(fā)電系統(tǒng)、所述光伏發(fā)電系統(tǒng)和所述波浪能發(fā)電系統(tǒng)進行聯(lián)合發(fā)電；如果此時的發(fā)電量超過全船實際用電需求，則將富裕電能經(jīng)直流母線排后輸送到蓄電池儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)向蓄電池充電的功能；

(2)船舶航行工作模式

當所述監(jiān)控及能源管理總模塊切換到船舶航行工作模式時，所述監(jiān)控及能源管理總模塊采用混合動力供電模式，即：起動風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池儲能系統(tǒng)和柴油發(fā)電系統(tǒng)進行聯(lián)合發(fā)電；

具體為：

所述監(jiān)控及能源管理總模塊使風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)處于滿負荷發(fā)電狀態(tài)，將風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電能輸送到直流母線排；

同時，所述監(jiān)控及能源管理總模塊起動柴油發(fā)電系統(tǒng)，在以下兩個約束條件下，利用蓄電池組充放電調(diào)節(jié)功能，實現(xiàn)柴油機運行于最佳效率上：約束條件1：控制柴油機轉(zhuǎn)速在最佳工作范圍內(nèi)；約束條件2，使柴油機運行于最小30％負荷的狀態(tài)下；

另外，在所述柴油發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，通過控制蓄電池充放電而調(diào)節(jié)負荷峰值，維持電網(wǎng)穩(wěn)定；

(3)船舶靠岸工作模式

當所述監(jiān)控及能源管理總模塊切換到船舶靠岸工作模式時，停止運行柴油發(fā)電系統(tǒng)，起動風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、波浪能發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池儲能系統(tǒng)和岸電系統(tǒng)；

具體為：

所述監(jiān)控及能源管理總模塊使風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和波浪能發(fā)電系統(tǒng)處于滿負荷發(fā)電狀態(tài)，將風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和波浪能發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電能輸送到直流母線排；

直流母線排輸出的電能分為兩部分，一部分用于滿足全船靠岸期間的用電需求，另一部分用于向蓄電池儲能系統(tǒng)充電；

同時，所述監(jiān)控及能源管理總模塊判斷風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和波浪能發(fā)電系統(tǒng)輸出的總電能是否滿足蓄電池儲能系統(tǒng)和全船用電需求，如果不滿足，則起動岸電系統(tǒng)，使岸電系統(tǒng)向直流母線排輸出差額電能。

優(yōu)選的，各個系統(tǒng)的運行方式具體為：

(1)所述監(jiān)控及能源管理總模塊通過風力發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊起動并運行風力發(fā)電系統(tǒng)，風力發(fā)電系統(tǒng)的起動及運行方式為：

風力渦輪機和永磁發(fā)電機統(tǒng)稱為風力發(fā)電機組；當風力發(fā)電機組起動后，風力發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊檢測風力發(fā)電機組的輸出端電壓值，當輸出端電壓值達到交流U₂＝400VAC±10VAC時，表明風力發(fā)電機組已成功起動；然后，風力發(fā)電機組輸出端電流經(jīng)過可控AC/DC模塊進行穩(wěn)壓控制，整流為直流610VDC±10VDC，最后經(jīng)過自動空氣斷路器并入直流母線排，實現(xiàn)風力發(fā)電機組并網(wǎng)；

另外，在風力發(fā)電系統(tǒng)起動和運行過程中，風力發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊對風機運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行實時監(jiān)控，包括風向、風力、振動和功率；風力發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊還具有大風浪海況下風機保護功能，即：大風浪海況下，自動切除風機并剎車保護；

(2)所述監(jiān)控及能源管理總模塊通過光伏發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊起動并運行光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的起動及運行方式為：

當光伏發(fā)電系統(tǒng)起動后，光伏發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊檢測光伏發(fā)電組件的輸出端電壓值，當輸出端電壓值達到U₃＝48VDC±5VDC時，表明光伏發(fā)電組件已成功起動；然后，光伏發(fā)電組件輸出端電流經(jīng)過雙向可控DC/DC模塊穩(wěn)壓控制，并變壓為直流610VDC±10VDC，最后經(jīng)過自動空氣斷路器并入直流母線排，實 現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)；

另外，在光伏發(fā)電系統(tǒng)起動和運行過程中，光伏發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊實時檢測到光伏發(fā)電系統(tǒng)運行狀態(tài)，包括：光照強度、太陽能板溫度、光伏電流和電壓；

(3)所述監(jiān)控及能源管理總模塊通過波浪能發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊起動并運行波浪能發(fā)電系統(tǒng)，波浪能發(fā)電系統(tǒng)的起動及運行方式為：

當波浪能發(fā)電系統(tǒng)起動后，波浪能發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊檢測波浪能發(fā)電機組的輸出端電壓值，當輸出端電壓值達到交流電壓U₄＝24VAC±5VAC時，波浪能發(fā)電機組的輸出端電流經(jīng)過可控AC/DC模塊穩(wěn)壓控制，整流為直流610VDC±10VDC，最后經(jīng)過自動空氣斷路器并入直流母線排；

另外，在波浪能發(fā)電系統(tǒng)起動和運行過程中，波浪能發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊對波浪能發(fā)電機組的運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行實時監(jiān)控，包括浪高、振動和功率；

(4)所述監(jiān)控及能源管理總模塊通過柴油發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊起動并運行柴油發(fā)電系統(tǒng)，柴油發(fā)電系統(tǒng)的起動及運行方式為：

當柴油發(fā)電系統(tǒng)起動后，柴油發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊檢測柴油發(fā)電機組的輸出端電壓值，當輸出端電壓值達到交流U₁＝440VAC±10VAC，再經(jīng)過可控AC/DC模塊穩(wěn)壓控制，整流為直流610VDC±10VDC，最后經(jīng)過自動空氣斷路器并入直流母線排；

(5)所述監(jiān)控及能源管理總模塊通過蓄電池儲能系統(tǒng)管理子模塊控制蓄電池儲能系統(tǒng)的運行狀態(tài)，實現(xiàn)以下功能：1、穩(wěn)定直流母線電壓為U_d＝600VDC±10VDC；2、緩沖、平衡負載起停對電網(wǎng)的沖擊；3、調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率峰谷，確保柴油發(fā)電機組工作在最佳效率曲線點范圍內(nèi)；

具體的，蓄電池組通過雙向可控DC/DC、自動空氣斷路器接入直流母線排；當直流母線電壓U_d≤590VDC時，蓄電池組經(jīng)雙向可控DC/DC向直流母線放電；當直流母線電壓U_d≥610VDC時，直流母線電能經(jīng)雙向可控DC/DC向蓄電池組充電；從而維持直流母線電壓U_d＝600VDC±10VDC；

(6)所述監(jiān)控及能源管理總模塊通過岸電系統(tǒng)管理子模塊起動并運行岸電系統(tǒng)；

具體的，船舶靠岸需要接岸電時，岸電系統(tǒng)管理子模塊進行船電岸電連鎖控制，使船電岸電短時并網(wǎng)，進行船電向岸電負荷轉(zhuǎn)移，經(jīng)可控AC/DC整流模塊、自動空氣斷路器并入直流母線排，岸電系統(tǒng)與綠色能源發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)直流母線聯(lián)合為全船供電；

當船舶離岸時，岸電系統(tǒng)管理子模塊自動進行岸電向船電負荷轉(zhuǎn)移，當岸電承擔負荷為3％-5％時，自動空氣斷路器自動從直流母線排上脫開，切除岸電系統(tǒng)工作。

本發(fā)明提供的船舶多類型能源管理系統(tǒng)以及能源管理方法具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明提供的船舶多類型能源管理系統(tǒng)填補了多類型綠色能源發(fā)電整合入船舶熱能發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)空白，滿足節(jié)能減排，應(yīng)對全球氣候變暖，可控制溫室氣體排放，保護大氣環(huán)境，促進低碳經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的船舶多類型能源管理系統(tǒng)的原理圖；

圖2為本發(fā)明提供的船舶多類型能源管理系統(tǒng)的功能框圖；

圖3為本發(fā)明提供的船舶多類型能源管理方法的流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

針對節(jié)能減排、全球氣候變暖、控制溫室氣體排放、保護大氣環(huán)境、國際公約法規(guī)推動的低碳經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)展的需要，本發(fā)明提供一種船舶多類型能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了柴油機發(fā)電、風力發(fā)電、光伏發(fā)電、波浪能發(fā)電、蓄電池儲能和岸電供電在船舶上的綜合利用，采用模塊化、分布式、交直流混合電網(wǎng)系統(tǒng)集成化技術(shù)方案，以柴油機效率最佳為目標優(yōu)化管理，解決了多類型綠色能源發(fā)電嵌入船舶柴油機發(fā)電系統(tǒng)的難點和柴油機效率受不確定性負荷影響的問題。

結(jié)合圖1，為本發(fā)明提供的船舶多類型能源管理系統(tǒng)的原理圖，船舶多類型能源管理系統(tǒng)包括：監(jiān)控及能源管理總模塊(即PMS)、柴油發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā) 電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、波浪能發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池儲能系統(tǒng)、岸電系統(tǒng)、直流母線排以及若干路輸電系統(tǒng)；監(jiān)控及能源管理總模塊分別與柴油發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、波浪能發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池儲能系統(tǒng)以及岸電系統(tǒng)連接；柴油發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、波浪能發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池儲能系統(tǒng)以及岸電系統(tǒng)均并聯(lián)到直流母線排的一端；直流母線排的另一端與各路用于向負載輸電的輸電系統(tǒng)連接。

以下結(jié)合圖1，對各個系統(tǒng)分別詳細介紹：

(一)船舶供電環(huán)節(jié)

(1)柴油發(fā)電系統(tǒng)

柴油發(fā)電系統(tǒng)的配置數(shù)量為兩套，每套柴油發(fā)電系統(tǒng)均包括柴油發(fā)電機組、獨立的可控AC/DC整流器、獨立的空氣斷路器以及柴油發(fā)電控制器；柴油發(fā)電機組和可控AC/DC整流器串聯(lián)后，通過空氣斷路器連接到直流母線排；另外，柴油發(fā)電控制器與柴油發(fā)電機組連接；另外，柴油發(fā)電控制器和可控AC/DC整流器均連接到監(jiān)控及能源管理總模塊；其中，柴油發(fā)電機組包括串聯(lián)的船舶柴油機和永磁發(fā)電機。

(2)風力發(fā)電系統(tǒng)

風力發(fā)電系統(tǒng)包括風力發(fā)電機組、獨立的可控AC/DC整流器、獨立的空氣斷路器以及風力發(fā)電控制器；風力發(fā)電機組和可控AC/DC整流器串聯(lián)后，通過空氣斷路器連接到直流母線排；另外，風力發(fā)電控制器與風力發(fā)電機組連接；另外，風力發(fā)電控制器和可控AC/DC整流器均連接到監(jiān)控及能源管理總模塊；其中，風力發(fā)電機組包括串聯(lián)的風力渦輪機和永磁發(fā)電機。

(3)波浪能發(fā)電系統(tǒng)

波浪能發(fā)電系統(tǒng)包括波浪能發(fā)電機組、獨立的可控AC/DC整流器、獨立的空氣斷路器以及波浪能發(fā)電控制器；波浪能發(fā)電機組和可控AC/DC整流器串聯(lián)后，通過空氣斷路器連接到直流母線排；另外，波浪能發(fā)電控制器與波浪能發(fā)電機組連接；另外，波浪能發(fā)電控制器和可控AC/DC整流器均連接到監(jiān)控及能源管理總模塊；其中，波浪能發(fā)電機組包括串聯(lián)的波浪能轉(zhuǎn)換機構(gòu)和永磁發(fā)電機。

對于上述的柴油發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)和波浪能發(fā)電系統(tǒng)，由于柴油機、風力渦輪機和波浪能轉(zhuǎn)換機構(gòu)的運動特性不同，其發(fā)電效果差別較大，因此，需要將永磁發(fā)電機發(fā)出的電分別被AC/DC整流成直流，再通過各自的自動空氣斷路器ACB并聯(lián)在直流母線排上。為了滿足直流并網(wǎng)條件，即極性相同、電平相等，需要配置可控AC/DC整流器，實現(xiàn)自動控制直流側(cè)電壓滿足600VDC的要求。

(4)光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)包括光伏發(fā)電組件、可控DC/DC斬波器、獨立的空氣斷路器以及光伏發(fā)電控制器；光伏發(fā)電組件和可控DC/DC斬波器串聯(lián)后，通過空氣斷路器連接到直流母線排；另外，光伏發(fā)電控制器和光伏發(fā)電組件連接；另外，光伏發(fā)電控制器和可控DC/DC斬波器均連接到監(jiān)控及能源管理總模塊。

(5)蓄電池儲能系統(tǒng)

蓄電池儲能系統(tǒng)包括蓄電池組、雙向可控DC/DC斬波器、獨立的空氣斷路器以及儲能控制器；蓄電池組依次經(jīng)過雙向可控DC/DC斬波器和空氣斷路器后連接到直流母線排；另外，儲能控制器與蓄電池連接；儲能控制器和雙向可控DC/DC斬波器均連接到監(jiān)控及能源管理總模塊。

可見，蓄電池組經(jīng)雙向可控DC/DC斬波器和空氣斷路器后自動并聯(lián)在直流母線排上，采用雙向可控DC/DC斬波器的原因為：可穩(wěn)定直流母線電壓Ud，使求Ud＝600±10VDC。具體的，當Ud≤590VDC時，蓄電池組經(jīng)雙向可控DC/DC放電，提高直流母線排電壓；當Ud≥610VDC時，直流母線排電能經(jīng)雙向可控DC/DC向蓄電池組充電，從而降低直流母線排電壓。

(6)岸電系統(tǒng)

根據(jù)岸上提供的電源及船舶類型，岸電分為低壓、中壓和高壓，其中中壓居多，為了適應(yīng)岸電類型，岸電系統(tǒng)配置三相可調(diào)變壓器Y-Y-△，即原邊為Y形，副邊為兩套三相繞組Y形和△形，變壓器變比可調(diào)節(jié)，該接線方式還有濾波功能，大大降低諧波污染。

具體的，岸電系統(tǒng)包括岸電、三相可調(diào)變壓器、獨立的Y形側(cè)可控AC/DC整流器、獨立的△形側(cè)可控AC/DC整流器、獨立的Y形側(cè)空氣斷路器、獨立的 △形側(cè)空氣斷路器以及岸電控制器；三相可調(diào)變壓器為Y-Y-△型變壓器，其原邊為Y形，用于與岸電連接；其副邊包括Y形三相繞組和△形三相繞組，Y形三相繞組依次通過Y形側(cè)可控AC/DC整流器和Y形側(cè)空氣斷路器后，連接到直流母線排；△形三相繞組依次通過△形側(cè)可控AC/DC整流器和△形側(cè)空氣斷路器后，連接到直流母線排；另外，岸電控制器與岸電連接；岸電控制器、Y形側(cè)可控AC/DC整流器和△形側(cè)可控AC/DC整流器均連接到監(jiān)控及能源管理總模塊。

(二)船舶用電環(huán)節(jié)

船舶用電環(huán)節(jié)為：通過輸電系統(tǒng)向各類負載供電。

其中，參考圖1，輸電系統(tǒng)包括7路輸電子系統(tǒng)；

第1路輸電子系統(tǒng)包括：第1空氣斷路器和第1可控DC/AC逆變器；第1可控DC/AC逆變器的DC側(cè)經(jīng)過第1空氣斷路器后連接到直流母線排；第1可控DC/AC逆變器的AC側(cè)用于與第1主推電機連接；

第2路輸電子系統(tǒng)包括：第2空氣斷路器和第2可控DC/AC逆變器；第2可控DC/AC逆變器的DC側(cè)經(jīng)過第2空氣斷路器后連接到直流母線排；第2可控DC/AC逆變器的AC側(cè)用于與第2主推電機連接；

第3路輸電子系統(tǒng)包括：第3空氣斷路器和第3可控DC/AC逆變器；第3可控DC/AC逆變器的DC側(cè)經(jīng)過第3空氣斷路器后連接到直流母線排；第3可控DC/AC逆變器的AC側(cè)用于與艉推電機連接；

第4路輸電子系統(tǒng)包括：第4空氣斷路器和第4可控DC/AC逆變器；第4可控DC/AC逆變器的DC側(cè)經(jīng)過第4空氣斷路器后連接到直流母線排；第4可控DC/AC逆變器的AC側(cè)用于與艏推電機連接；

第5路輸電子系統(tǒng)包括：第1交流母線排和若干個可控DC/AC逆變器；每個可控DC/AC逆變器的DC側(cè)均經(jīng)過獨立的空氣斷路器后連接到直流母線排，每個可控DC/AC逆變器的AC側(cè)均經(jīng)過獨立的空氣斷路器后連接到第1交流母線排的一端，第1交流母線排的另一端用于直接與各個輔助電機類負載連接，用于向各個輔助電機類負載供電；

第6路輸電子系統(tǒng)包括：第2交流母線排和若干個可控DC/AC逆變器；每個 可控DC/AC逆變器的DC側(cè)均經(jīng)過獨立的空氣斷路器后連接到直流母線排，每個可控DC/AC逆變器的AC側(cè)均經(jīng)過獨立的空氣斷路器后連接到第2交流母線排的一端，第2交流母線排的另一端用于直接與各個照明類負載連接，用于向各個照明類負載供電；

對于上述的第1路輸電子系統(tǒng)到第6路輸電子系統(tǒng)，其配置原因為：

由于主推電機、艉側(cè)電機和艏側(cè)電機的運行功率較高，因此，主推電機、艉側(cè)電機和艏側(cè)電機這三類負載配置單獨的輸電支路。而對于功率較小的輔助電機類負載和照明類負載，可分別采用交流母線排的方式并入直流母線排，從而向各個電機類負載和各個照明類負載集中供電。

第7路輸電子系統(tǒng)包括：獨立的可控DC/AC逆變器、獨立的空氣斷路器、變壓器TR和有源濾波器APF；可控DC/AC逆變器的DC側(cè)經(jīng)過獨立的空氣斷路器后連接到直流母線排，可控DC/AC逆變器的AC側(cè)依次經(jīng)過變壓器TR和有源濾波器APF后，連接到監(jiān)控及能源管理總模塊，用于向監(jiān)控及能源管理總模塊供電。

另外，監(jiān)控及能源管理總模塊還分別與第1可控DC/AC逆變器、第2可控DC/AC逆變器、第3可控DC/AC逆變器、第4可控DC/AC逆變器、第5路輸電子系統(tǒng)中的各個可控DC/AC逆變器、第6路輸電子系統(tǒng)中的各個可控DC/AC逆變器、第7路輸電子系統(tǒng)中的可控DC/AC逆變器連接。

此處，由于監(jiān)控及能源管理總模塊對電壓等級和供電質(zhì)量要求較高，因此，經(jīng)可控DC/AC從直流母線取電后，需要經(jīng)變壓器TR降壓、有源濾波器APF濾波處理，從而最終為監(jiān)控及能源管理總模塊提供高質(zhì)量的電源。

在圖1中，船舶多類型能源管理系統(tǒng)由2套柴油機驅(qū)動的永磁發(fā)電機、1套風力渦輪永磁發(fā)電機、1套波浪能永磁發(fā)電機、1套光伏太陽能發(fā)電模塊、800kwh容量的鋰電池組、1套岸電裝置、6個可控AC/DC整流模塊、1個可控DC/DC模塊、1個雙向可控DC/DC模塊、至少9個可控DC/AC逆變模塊，根據(jù)負載配置可控DC/AC逆變模塊的數(shù)量，多個空氣斷路器ACB、直流母線排、交流母線排、船舶多類型能源管理模塊組成。

本發(fā)明還提供一種船舶多類型能源管理方法，包括以下步驟：

步驟1，船舶多類型能源管理系統(tǒng)包括監(jiān)控及能源管理總模塊，監(jiān)控及能源 管理總模塊與柴油發(fā)電控制器、風力發(fā)電控制器、波浪能發(fā)電控制器、光伏發(fā)電控制器、儲能控制器、岸電控制器、各個可控DC/AC逆變器、各個可控DC/DC斬波器、各個可控AC/DC整流器均通過通訊線連接；

船舶多類型能源管理系統(tǒng)包括監(jiān)控及能源管理總模塊、以及6個管理子模塊，分別為柴油發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊、風力發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊、光伏發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊、波浪能發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊、蓄電池儲能系統(tǒng)管理子模塊和岸電系統(tǒng)管理子模塊；能源管理總模塊分別與各個管理子模塊連接；

步驟2，監(jiān)控及能源管理總模塊根據(jù)船舶工作狀態(tài)配置有三種工作模式，分別為：船舶拋錨工作模式、船舶航行工作模式以及船舶靠岸工作模式；

(1)船舶拋錨工作模式

船舶拋錨狀況時，由于船舶電負荷小，風能、太陽能和波浪能發(fā)電即可滿足供電要求。因此，只需要啟動風能發(fā)電系統(tǒng)、太陽能發(fā)電系統(tǒng)和波浪能發(fā)電系統(tǒng)即可。

當監(jiān)控及能源管理總模塊切換到船舶拋錨工作模式時，監(jiān)控及能源管理總模塊啟動負荷優(yōu)化管理模塊，負荷優(yōu)化管理模塊包括船舶變頻驅(qū)動節(jié)能控制模塊、儲能優(yōu)化管理模塊、船舶起居處所智能化節(jié)能管理模塊。

以下對這三個模塊的工作原理分別詳細介紹：

(1.1)儲能優(yōu)化管理模塊

步驟2.1.1，當監(jiān)控及能源管理總模塊切換到船舶拋錨工作模式時，儲能優(yōu)化管理模塊首先只起動風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和波浪能發(fā)電系統(tǒng)；將風力能源、光伏能源和波浪能能源統(tǒng)稱為綠色能源；

風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和波浪能發(fā)電系統(tǒng)同時發(fā)電，并將輸出的直流電能輸送到直流母線排；

船舶的各個負載從直流母線排獲得所需電能；

步驟2.1.2，此外，在綠色能源供電以及負載用電的過程中，監(jiān)控及能源管理總模塊實時判斷風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和波浪能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的實際總電能是否無法滿足全船用電需求，如果能夠滿足全船用電需求，則執(zhí)行步驟2.1.3；如果無法滿足全船用電需求，則執(zhí)行步驟2.1.4；

步驟2.1.3，監(jiān)控及能源管理總模塊計算得到當前時刻的富裕電能，并使富裕電能經(jīng)直流母線排后輸送到蓄電池儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)向蓄電池充電的功能；然后返回步驟2.1.2，

步驟2.1.4，監(jiān)控及能源管理總模塊起動蓄電池儲能系統(tǒng)，蓄電池儲能系統(tǒng)向直流母線排放電，保證綠色能源和蓄電池儲能系統(tǒng)聯(lián)合輸出的電能滿足全船用電需求；

另外，在蓄電池儲能系統(tǒng)放電過程中，監(jiān)控及能源管理總模塊實時判斷蓄電池組是否達到放電極限，如果未達到，則繼續(xù)蓄電池儲能系統(tǒng)放電過程；如果達到，則轉(zhuǎn)到步驟2.1.5；

步驟2.1.5，監(jiān)控及能源管理總模塊起動一套柴油發(fā)電系統(tǒng)供電，以保證滿足全船用電需求；

其中，當柴油發(fā)電系統(tǒng)啟動時，柴油發(fā)電系統(tǒng)在保證至少運行于30％負荷的工況下，使柴油發(fā)電系統(tǒng)運行于最佳工作效率；此時，柴油發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和波浪能發(fā)電系統(tǒng)進行聯(lián)合發(fā)電；如果此時的發(fā)電量超過全船實際用電需求，則將富裕電能經(jīng)直流母線排后輸送到蓄電池儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)向蓄電池充電的功能。

上述過程可簡單概括為：

當風能、太陽能和波浪能發(fā)電能夠滿足全船用電需求的情況下，將富裕電能經(jīng)直流母線排、自動空氣斷路器ACB和雙向可控DC/DC模塊給蓄電池組充電。當風能、太陽能和波浪能發(fā)電不能滿足全船用電需求時，使蓄電池組經(jīng)雙向可控DC/DC模塊、自動空氣斷路器ACB向直流母線排放電，維持直流母線排電壓穩(wěn)定，且滿足全船用電需求。

而如果蓄電池組放電到極限值且風能、太陽能和波浪能發(fā)電仍然不能滿足全船用電需求時，啟動一套柴油發(fā)電機組，只要柴油發(fā)電機組投入工作，必須先承擔最小30％負荷，防止柴油機負荷太低而影響熱效率。

(1.2)船舶變頻驅(qū)動節(jié)能控制模塊

船舶變頻驅(qū)動節(jié)能控制模塊用于實現(xiàn)機艙風機控制、中央冷卻系統(tǒng)水泵控制、衛(wèi)生水系統(tǒng)控制、分油機供油泵控制。船舶變頻驅(qū)動節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)置 參數(shù)和控制參數(shù)都可調(diào)，可在“船舶多類型能源管理系統(tǒng)”的人機界面上進行控制模式、運行狀態(tài)、溫度、壓力、系統(tǒng)報警狀態(tài)等顯示，進行模式切換。

機艙風機控制是根據(jù)機艙溫度、壓力調(diào)節(jié)機艙風機轉(zhuǎn)速，保持機艙過壓50Pa。從機艙多個位置測量溫度，機艙與進風口溫差≤12℃，機艙平均溫度≤45℃。風機設(shè)有最低運行轉(zhuǎn)速限制，風機變頻器缺省值最小為25Hz。

中央冷卻系統(tǒng)水泵控制包含三臺50％變頻驅(qū)動海水泵，根據(jù)低溫淡水溫度和海水溫度進行流量控制，冷卻器海水出口溫度≤49℃。

衛(wèi)生水系統(tǒng)控制包括兩臺變頻供水泵，根據(jù)水消耗速率進行流量的變頻控制。

分油機供油泵變頻控制根據(jù)燃油日用柜油位進行變頻控制，確保油柜油位保持在設(shè)定值(保持可用凈油達到油柜容量85％～90％)。

(1.3)船舶起居處所智能化節(jié)能模塊

采用人體紅外感應(yīng)器進行人體感應(yīng)檢測、光敏電阻進行照明處所亮度檢測。人體紅外感應(yīng)器和光敏電阻配置菲涅耳透鏡，增大探測距離和靈敏度。人體紅外感應(yīng)器和光敏電阻配置單片機芯片進行信號處理、通訊與控制，輸出燈、窗簾、通風口控制信號。

船員居室窗簾控制：夜晚若房間燈亮，窗簾自動關(guān)閉，不能打開；房間燈熄滅或白天時間，可開關(guān)控制窗簾。

船員房間燈控制：白天房間燈自動熄滅；若人在房間，根據(jù)室內(nèi)亮度燈會自動點亮且亮度可調(diào)，也可手動控制燈亮、滅和亮度；若人離開房間，燈自動熄滅。

生活區(qū)走廊燈控制：根據(jù)走廊亮度檢測，白天光線好時照明燈自動熄滅；白天光線較暗或晚間，有人經(jīng)過時，照明燈自動點亮；人離開時，照明燈延時自動熄滅。

船員居室空調(diào)通風口控制：船員較長時間離開房間時自動關(guān)閉通風口，有人回房間自動打開通風口。各房間通風口開關(guān)信息提供給船舶中央空調(diào)控制系統(tǒng)，用于通風流量和制冷量控制。

(2)船舶航行工作模式

當船舶航行時，采用混合動力推進，即：綠色能源風能發(fā)電、太陽能發(fā)電、蓄電池充放電與柴油機發(fā)電聯(lián)合為全船供電。此工況下的波浪能發(fā)電系統(tǒng)和岸電系統(tǒng)不工作。

最優(yōu)能源管理包括負荷優(yōu)化管理、儲能優(yōu)化管理和最佳效率控制。

(2.1)儲能優(yōu)化管理

監(jiān)控及能源管理總模塊使風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)處于滿負荷發(fā)電狀態(tài)，將風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電能輸送到直流母線排；

同時，監(jiān)控及能源管理總模塊起動柴油發(fā)電系統(tǒng)，在以下兩個約束條件下，利用蓄電池組充放電調(diào)節(jié)功能，實現(xiàn)柴油機運行于最佳效率上：約束條件1：控制柴油機轉(zhuǎn)速在最佳工作范圍內(nèi)；約束條件2，使柴油機運行于最小30％負荷的狀態(tài)下；

另外，在柴油發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，通過控制蓄電池充放電而調(diào)節(jié)負荷峰值，維持電網(wǎng)穩(wěn)定。

儲能優(yōu)化管理可概括為：

因船舶航行工況柴油發(fā)電機組必須投入工作，柴油機效率優(yōu)化為最佳控制目標。根據(jù)柴油機臺架式試驗數(shù)據(jù)、負荷曲線、效率曲線，確定柴油機最佳工作范圍。首先充分利用風能發(fā)電與太陽能發(fā)電，利用蓄電池組充放電調(diào)節(jié)功能，控制柴油機轉(zhuǎn)速在最佳范圍內(nèi)，使柴油機運行在最高效率上。

(2.2)負荷優(yōu)化管理

負荷優(yōu)化管理包括船舶拋錨狀況的負荷優(yōu)化管理外，還有大功率電機起動前的重載詢問功能、軟起動控制，順序起動控制，分級卸載控制。

(2.3)柴油機最佳效率控制

風能與太陽能滿負荷發(fā)電，考慮到柴油機在低負荷運行時(一般30％額定負荷以下)，燃油霧化不良、燃燒效率低，油頭容易積碳等因素，因此柴油機組一旦起動完成或并網(wǎng)運行，柴油發(fā)電機組就加30％的最小負荷。若風能與太陽能發(fā)電有富裕，柴油機也不能再減負荷，此時需要蓄電池組充電儲能。

柴油機在不同負荷下需要不同的轉(zhuǎn)速以保持最高效率，柴油機必須為可調(diào)速調(diào)負荷工作模式的，不能采用恒速調(diào)負荷模式的柴油機。船用負荷變化會導(dǎo) 致電網(wǎng)沖擊，此種情形下，鋰蓄電池組充放電來調(diào)節(jié)負荷峰值，維持電網(wǎng)穩(wěn)定，后期用電需求由柴油發(fā)電機組按照最佳效率來進行調(diào)節(jié)，蓄電池組僅滿足負荷的臨時變動用電需求。

(3)船舶靠岸工作模式

船舶靠碼頭裝卸貨期間，柴油發(fā)電機組停止工作，風能發(fā)電、太陽能發(fā)電與波浪能發(fā)電滿負荷工作，根據(jù)綠色能源滿負荷發(fā)電情況，決定利用岸電的能源量。如果綠色能源供電不足，則啟動岸電，實現(xiàn)綠色能源與岸電并網(wǎng)運行。另外，船舶靠岸時，同時也給蓄電池組充電，當舶離岸時，應(yīng)保證蓄電池充滿電。

具體的，當監(jiān)控及能源管理總模塊切換到船舶靠岸工作模式時，停止運行柴油發(fā)電系統(tǒng)，起動風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、波浪能發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池儲能系統(tǒng)和岸電系統(tǒng)；

具體為：

監(jiān)控及能源管理總模塊使風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和波浪能發(fā)電系統(tǒng)處于滿負荷發(fā)電狀態(tài)，將風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和波浪能發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電能輸送到直流母線排；

直流母線排輸出的電能分為兩部分，一部分用于滿足全船靠岸期間的用電需求，另一部分用于向蓄電池儲能系統(tǒng)充電；

同時，監(jiān)控及能源管理總模塊判斷風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和波浪能發(fā)電系統(tǒng)輸出的總電能是否滿足蓄電池儲能系統(tǒng)和全船用電需求，如果不滿足，則起動岸電系統(tǒng)，使岸電系統(tǒng)向直流母線排輸出差額電能。

各個系統(tǒng)的運行方式具體為：

參考圖3，船舶多類型能源管理系統(tǒng)包括監(jiān)控及能源管理總模塊，監(jiān)控及能源管理總模塊與柴油發(fā)電控制器、風力發(fā)電控制器、波浪能發(fā)電控制器、光伏發(fā)電控制器、儲能控制器、岸電控制器、各個可控DC/AC逆變器、各個可控DC/DC斬波器、各個可控AC/DC整流器均通過通訊線連接；

船舶多類型能源管理系統(tǒng)包括監(jiān)控及能源管理總模塊以及6個管理子模塊，分別為柴油發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊、風力發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊、光伏發(fā)電系統(tǒng)管 理子模塊、波浪能發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊、蓄電池儲能系統(tǒng)管理子模塊和岸電系統(tǒng)管理子模塊；監(jiān)控及能源管理總模塊分別與各個管理子模塊連接。

每個管理子模塊進行各自的系統(tǒng)檢測與參數(shù)顯示，進行各自系統(tǒng)的自動起動準備與自動起動邏輯鑒別。

(1)監(jiān)控及能源管理總模塊通過風力發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊起動并運行風力發(fā)電系統(tǒng)，風力發(fā)電系統(tǒng)的起動及運行方式為：

風力渦輪機和永磁發(fā)電機統(tǒng)稱為風力發(fā)電機組；風力發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊控制風力發(fā)電機起動過程控制。當風力發(fā)電機組起動后，風力發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊檢測風力發(fā)電機組的輸出端電壓值，當輸出端電壓值達到交流U₂＝400VAC±10VAC時，表明風力發(fā)電機組已成功起動；然后，風力發(fā)電機組輸出端電流經(jīng)過可控AC/DC模塊進行穩(wěn)壓控制，整流為直流610VDC±10VDC，最后經(jīng)過自動空氣斷路器并入直流母線排，實現(xiàn)風力發(fā)電機組并網(wǎng)；

另外，在風力發(fā)電系統(tǒng)起動和運行過程中，風力發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊對風機運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行實時監(jiān)控，包括風向、風力、振動和功率；風力發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊還具有大風浪海況下風機保護功能，即：大風浪海況下，自動切除風機并剎車保護。

(2)監(jiān)控及能源管理總模塊通過光伏發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊起動并運行光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的起動及運行方式為：

光伏發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊控制光伏發(fā)電系統(tǒng)起動過程。當光伏發(fā)電系統(tǒng)起動后，光伏發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊檢測光伏發(fā)電組件的輸出端電壓值，當輸出端電壓值達到U₃＝48VDC±5VDC時，表明光伏發(fā)電組件已成功起動；然后，光伏發(fā)電組件輸出端電流經(jīng)過雙向可控DC/DC模塊穩(wěn)壓控制，并變壓為直流610VDC±10VDC，最后經(jīng)過自動空氣斷路器并入直流母線排，實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)；

另外，在光伏發(fā)電系統(tǒng)起動和運行過程中，光伏發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊實時檢測到光伏發(fā)電系統(tǒng)運行狀態(tài)，包括：光照強度、太陽能板溫度、光伏電流和電壓。

(3)監(jiān)控及能源管理總模塊通過波浪能發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊起動并運行波 浪能發(fā)電系統(tǒng)，波浪能發(fā)電系統(tǒng)的起動及運行方式為：

當波浪能發(fā)電系統(tǒng)起動后，波浪能發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊檢測波浪能發(fā)電機組的輸出端電壓值，當輸出端電壓值達到交流電壓U₄＝24VAC±5VAC時，波浪能發(fā)電機組的輸出端電流經(jīng)過可控AC/DC模塊穩(wěn)壓控制，整流為直流610VDC±10VDC，最后經(jīng)過自動空氣斷路器并入直流母線排；

另外，在波浪能發(fā)電系統(tǒng)起動和運行過程中，波浪能發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊對波浪能發(fā)電機組的運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行實時監(jiān)控，包括浪高、振動和功率。波浪能發(fā)電系統(tǒng)只能在船舶拋錨狀況和船舶靠岸狀況使用，對船舶具有減搖功能。

(4)監(jiān)控及能源管理總模塊通過柴油發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊起動并運行柴油發(fā)電系統(tǒng)，柴油發(fā)電系統(tǒng)的起動及運行方式為：

柴油發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊進行船舶電力系統(tǒng)負荷計算，判斷電網(wǎng)儲備裕量是否超過30％，如果電網(wǎng)儲備裕量低于30％，則自動起動柴油發(fā)電系統(tǒng)。當柴油發(fā)電系統(tǒng)起動后，柴油發(fā)電系統(tǒng)管理子模塊檢測柴油發(fā)電機組的輸出端電壓值，當輸出端電壓值達到交流U₁＝440VAC±10VAC，再經(jīng)過可控AC/DC模塊穩(wěn)壓控制，整流為直流610VDC±10VDC，最后經(jīng)過自動空氣斷路器并入直流母線排。

(5)監(jiān)控及能源管理總模塊通過蓄電池儲能系統(tǒng)管理子模塊控制蓄電池儲能系統(tǒng)的運行狀態(tài)，實現(xiàn)以下功能：1、穩(wěn)定直流母線電壓為U_d＝600VDC±10VDC；2、緩沖、平衡負載起停對電網(wǎng)的沖擊；3、調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率峰谷，確保柴油發(fā)電機組工作在最佳效率曲線點范圍內(nèi)；

具體的，蓄電池組通過雙向可控DC/DC、自動空氣斷路器接入直流母線排；當直流母線電壓U_d≤590VDC時，蓄電池組經(jīng)雙向可控DC/DC向直流母線放電；當直流母線電壓U_d≥610VDC時，直流母線電能經(jīng)雙向可控DC/DC向蓄電池組充電；從而維持直流母線電壓U_d＝600VDC±10VDC。

(6)監(jiān)控及能源管理總模塊通過岸電系統(tǒng)管理子模塊起動并運行岸電系統(tǒng)；

實際應(yīng)用中，岸電包括低壓岸電(岸電低于1kV)、中壓岸電(岸電為1kV-52kV)和高壓岸電(岸電高于52kV)三類，本發(fā)明的岸電系統(tǒng)具有自調(diào)節(jié)功能，能自動適應(yīng)不同電壓等級岸電系統(tǒng)。原因為：可調(diào)變壓器(原邊Y→副邊Y+副邊△)將不同 電壓等級的岸電變換為交流690VAC，該可調(diào)變壓器還具有濾波功能。船舶靠岸需要接岸電時，只需按下“接岸電”按鈕即可一鍵啟動，可自動鑒別岸電準備條件、船電岸電連鎖控制，船電岸電短時并網(wǎng)，進行船電向岸電負荷轉(zhuǎn)移，經(jīng)可控AC/DC整流模塊、自動空氣斷路器ACB6并入直流母線排，岸電系統(tǒng)與綠色能源發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)直流母線聯(lián)合為全船供電。

船舶離岸時，只需按下“脫岸電”按鈕即可一鍵啟動，船電岸電短時并網(wǎng)，自動進行岸電向船電負荷轉(zhuǎn)移，當岸電承擔負荷為3％-5％時，自動空氣斷路器ACB6自動從直流母線排上脫開，切除岸電系統(tǒng)工作。

綜上所述，本發(fā)明提供的船舶多類型能源管理系統(tǒng)以及能源管理方法，具有以下創(chuàng)新點和優(yōu)點：

(1)船舶多類型能源管理系統(tǒng)整合了柴油發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、波浪能發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池儲能系統(tǒng)和岸電系統(tǒng)，實現(xiàn)多類供電系統(tǒng)在船舶上的綜合利用；

(2)船舶多類型能源管理系統(tǒng)采用模塊化、分布式設(shè)計，具有易維護和易擴展的優(yōu)點；還可降低船舶電氣設(shè)備重量與尺寸，可在機艙布置靈活，實現(xiàn)綠色能源發(fā)電方便地整合入船舶交直流混合電網(wǎng)系統(tǒng)；

(3)船舶多類型能源管理系統(tǒng)采用交直流混合電網(wǎng)系統(tǒng)集成化技術(shù)方案；

(4)船舶多類型能源管理系統(tǒng)以柴油機效率最佳為目標優(yōu)化管理，提高船舶能效；

(5)蓄電池儲能系統(tǒng)采用可充放電的蓄電池實現(xiàn)直流母線穩(wěn)壓，緩沖、平衡負載起停對電網(wǎng)的沖擊，調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率峰谷，確保柴油發(fā)電機組工作在最佳效率曲線點范圍內(nèi)；

(6)岸電系統(tǒng)具有自動調(diào)節(jié)功能，能自動適應(yīng)不同電壓等級岸電，船舶接岸電或切除岸電，只需一鍵啟動即可實現(xiàn)，操作方便。

當前的船舶能源以柴油發(fā)電為主，雙燃料柴油機發(fā)電和船舶混合動力應(yīng)用不多，單一綠色能源在船舶上應(yīng)用也尚處于實驗階段，缺少船舶多類型能源綜合利用及管理系統(tǒng)的研究和技術(shù)。船舶利用綠色能源嵌入船舶主電網(wǎng)系統(tǒng)，缺少系統(tǒng)集成化設(shè)計和優(yōu)化管理。而本發(fā)明提供的船舶多類型能源管理系統(tǒng)以及 能源管理方法，解決了多類型綠色能源發(fā)電整合入船舶柴油發(fā)電系統(tǒng)的難點，優(yōu)化了船舶多類型能源管理，提高船舶能效，實現(xiàn)節(jié)能減排，達到低碳經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的根本目標；還解決了常規(guī)柴油機發(fā)電恒速下效率低的問題，使柴油機轉(zhuǎn)速隨負荷調(diào)節(jié)，確保柴油機熱效率在最佳范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明提供的船舶多類型能源管理系統(tǒng)填補了多類型綠色能源發(fā)電整合入船舶熱能發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)空白，滿足節(jié)能減排，應(yīng)對全球氣候變暖，可控制溫室氣體排放，保護大氣環(huán)境，促進低碳經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護范圍。