專利名稱：船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，本發(fā)明還涉及船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的使用方法。
背景技術(shù)：
電力推進(jìn)系統(tǒng)是一種先進(jìn)的船舶推進(jìn)方式。這種推進(jìn)方式能夠提高船舶的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，具有操縱性能好、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，可以降低船舶的廢氣排放，減少船舶的燃料能源消耗，同時(shí)可以獲得較好的動(dòng)力特性。電力推進(jìn)船舶的動(dòng)力主電源，一般是輸出電壓為低壓(500V及其以下)或中壓(500V以上IOkV以下)的柴油機(jī)-發(fā)電機(jī)組(簡稱柴電機(jī)組)。為了實(shí)現(xiàn)電力推進(jìn)船舶的節(jié)能減排，對于中小型電力推進(jìn)內(nèi)河船舶，可采用新能源技術(shù)，如采用蓄電池、燃料電池等清潔能源為電力推進(jìn)系統(tǒng)供電。目前，船舶電力推進(jìn)的各類試驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)大致可分為三類第一類是電力推進(jìn)船舶的動(dòng)力裝置實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括了電源系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)；第二類是電力推進(jìn)船舶的控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，主要用于船舶電力推進(jìn)的控制、測試實(shí)驗(yàn)；第三類是電力推進(jìn)船舶的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，提供虛擬可視化環(huán)境，用于仿真電力推進(jìn)船舶的操縱、控制、故障診斷等。對于第一類實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，中國專利200710036256. 2公開了一種船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其中為電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供電力能源的裝置為柴電機(jī)組和超級電容器，其超級電容器主要作用是吸收實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制動(dòng)能量，使實(shí)驗(yàn)裝置節(jié)能。中國專利200710036257. 2公開了一種包括由控制系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、負(fù)載系統(tǒng)和交流供電系統(tǒng)組成的船舶電力推進(jìn)試驗(yàn)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為交流變頻電機(jī)，負(fù)載系統(tǒng)為直流電機(jī)模擬螺旋槳負(fù)載。對于第二類實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，中國專利 200710036258. 7公開了一種船舶電力推進(jìn)試驗(yàn)控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)主要完成試驗(yàn)系統(tǒng)的控制與監(jiān)測管理，未涉及試驗(yàn)系統(tǒng)的供電電源。中國專利200910056341. X，公開了一種船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)控制與研發(fā)平臺，由市電提供實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電力，用于船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究、系統(tǒng)測試和功能開發(fā)。對于第三類實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，中國專利2006101483 . 5公開了一種船舶電力推進(jìn)虛擬仿真方法，通過仿真系統(tǒng)控制臺，對虛擬船舶及其虛擬吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。中國專利200610148325. X公開了一種船舶電力推進(jìn)虛擬仿真方法，通過仿真系統(tǒng)控制臺，實(shí)現(xiàn)船舶虛擬駕駛?cè)S可視化仿真。上述現(xiàn)有技術(shù)中的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的試驗(yàn)范圍單一，不夠經(jīng)濟(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的試驗(yàn)范圍單一的問題而提出的一種船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，實(shí)驗(yàn)平臺由電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置、驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)控制臺三大部分組成。其中，電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置包括了柴電機(jī)組、蓄電池、燃料電池和市電電源。根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)要求，可以選擇柴電機(jī)組，蓄電池，蓄電池和柴電機(jī)組，燃料電池和蓄電池，市電電源等5種不同供電模式。而電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置包括了由交流和直流推進(jìn)電機(jī)、負(fù)載電機(jī)組成的二套獨(dú)立運(yùn)行的電力推進(jìn)裝置。根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)要求，可以選擇交流或直流雙機(jī)雙槳推進(jìn)，交流或直流單機(jī)單槳推進(jìn)，交直流混合推進(jìn)等5種不同推進(jìn)模式。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題可通過如下技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)—種船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，包括電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置、 電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置、電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)控制臺；所述電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置和電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置通過供電電網(wǎng)和回饋電網(wǎng)連接，所述電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)控制臺分別與電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置、電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置連接；所述電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置包括實(shí)驗(yàn)室市電電源，柴電機(jī)組，蓄電池組和燃料電池組，所述實(shí)驗(yàn)室市電電源、柴電機(jī)組和蓄電池組分別通過一開關(guān)連接到供電電網(wǎng)上，所述燃料電池組通過一開關(guān)連接到蓄電池組上，所述實(shí)驗(yàn)室市電電源還連接回饋電網(wǎng)；所述電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置包括相互獨(dú)立的第一電力推進(jìn)裝置和第二電力推進(jìn)裝置，所述第一、第二電力推進(jìn)裝置均包括直流推進(jìn)電機(jī)、交流推進(jìn)電機(jī)和推進(jìn)負(fù)載，所述兩組直流推進(jìn)電機(jī)、交流推進(jìn)電機(jī)以及推進(jìn)負(fù)載都為同軸連接，所述直流推進(jìn)電機(jī)、交流推進(jìn)電機(jī)均分別通過一開關(guān)連接到供電電網(wǎng)上，所述兩推進(jìn)負(fù)載連接回饋電網(wǎng)；所述電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)控制臺分別連接電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置中的市電電源、柴電機(jī)組、蓄電池組和燃料電池組以及1號電力推進(jìn)裝置和2號電力推進(jìn)裝置。所述實(shí)驗(yàn)室市電電源包括連接的電源分/合閘裝置和電源監(jiān)控器，所述柴電機(jī)組包括連接的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、同步發(fā)電機(jī)組成的機(jī)組本體和發(fā)電機(jī)組控制器，所述蓄電池組包括連接的蓄電池本體和用于充放電控制的蓄電池AC/DC雙向變流器，所述燃料電池組包括燃料電池裝置以及分別與其連接的燃料電池控制器、DC/DC單向變流器，所述電源分/合閘裝置，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、同步發(fā)電機(jī)組成的機(jī)組本體，蓄電池AC/DC雙向變流器分別通過斷路器連接到供電電網(wǎng)上，所述DC/DC單向變流器通過斷路器連接到蓄電池本體上。所述兩直流推進(jìn)電機(jī)均連接直流驅(qū)動(dòng)器并由其進(jìn)行調(diào)速控制，所述兩交流推進(jìn)電機(jī)均連接推進(jìn)變頻器并由其進(jìn)行調(diào)速控制，所述兩推進(jìn)負(fù)載均為交流電機(jī)并都連接負(fù)載變頻器，由負(fù)載變頻器進(jìn)行控制，所述兩直流驅(qū)動(dòng)器，兩推進(jìn)變頻器均通過斷路器連接到供電電網(wǎng)上，所述兩負(fù)載變頻器均通過斷路器連接到回饋電網(wǎng)上。所述電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)控制臺包括控制計(jì)算機(jī)，與控制計(jì)算機(jī)連接的兩個(gè)電力推進(jìn)操縱控制器、顯示屏幕、打印機(jī)、外置存儲器和擴(kuò)展接口板卡，所述控制計(jì)算機(jī)通過一根控制總線連接電源監(jiān)控器、發(fā)電機(jī)組控制器、蓄電池AC/DC雙向變流器、燃料電池控制器、DC/DC 單向變流器，通過另一根控制總線分別連接兩直流驅(qū)動(dòng)器、兩推進(jìn)變頻器、兩負(fù)載變頻器。所述電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置的供電模式有如下幾種a.柴電機(jī)組供電模式，將柴電機(jī)組的斷路器合閘，其余供電組的斷路器處于分閘狀態(tài)，此時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺提供了一個(gè)常規(guī)柴電機(jī)組船舶電站的電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境；b.蓄電池供電模式，將蓄電池組的斷路器合閘，其余供電組的斷路器處于分閘狀態(tài)，此時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺提供了一個(gè)純電動(dòng)船舶電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境；c.蓄電池與柴電機(jī)組混合供電模式，將蓄電池組和柴電機(jī)組的斷路器都合閘，其余供電組斷路器處于分閘狀態(tài)，此時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺提供了一個(gè)蓄電池和柴電機(jī)組混合供電的船舶電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境；d.燃料電池與蓄電池混合供電模式，將蓄電池組和燃料電池組的斷路器合閘，其余供電組斷路器處于分閘狀態(tài)，此時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺提供了一個(gè)燃料電池與蓄電池混合供電的船舶電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境；e.實(shí)驗(yàn)室市電電源供電模式，將實(shí)驗(yàn)室市電電源的斷路器合閘，其余供電組組斷路器處于分閘狀態(tài)，在此供電模式下，可以進(jìn)行船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的普通實(shí)驗(yàn)研究。所述電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的驅(qū)動(dòng)模式有如下幾種a.交流雙機(jī)雙槳模式，將1號電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和交流推進(jìn)電機(jī)以及2號電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和交流推進(jìn)電機(jī)接通，為交流推進(jìn)雙機(jī)雙槳模式；通過實(shí)驗(yàn)控制臺分別給出推進(jìn)操縱命令，實(shí)現(xiàn)交流推進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制，以及推進(jìn)負(fù)荷的模擬控制；b.直流推進(jìn)雙機(jī)雙槳模式，將1號電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和直流流推進(jìn)電機(jī)以及2號電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和直流推進(jìn)電機(jī)接通，為直流推進(jìn)雙機(jī)雙槳模式；通過實(shí)驗(yàn)控制臺分別給出推進(jìn)操縱命令，實(shí)現(xiàn)直流推進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制，以及推進(jìn)負(fù)荷的模擬控制；c.交流推進(jìn)單機(jī)單槳模式，將任意一電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和交流推進(jìn)電機(jī)接通，為交流推進(jìn)單機(jī)單槳模式；通過實(shí)驗(yàn)控制臺給出相對應(yīng)的交流單機(jī)單槳推進(jìn)操縱命令， 實(shí)現(xiàn)交流推進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制，以及推進(jìn)負(fù)荷的模擬控制；d.直流推進(jìn)單機(jī)單槳模式，將任意一電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和直流推進(jìn)電機(jī)接通，為直流推進(jìn)單機(jī)單槳模式；通過實(shí)驗(yàn)控制臺給出相對應(yīng)的直流單機(jī)單槳推進(jìn)操縱命令， 實(shí)現(xiàn)直流推進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制，以及推進(jìn)負(fù)荷的模擬控制；e.交直流混合推進(jìn)驅(qū)動(dòng)模式，將任意一電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和交流推進(jìn)電機(jī)接通，同時(shí)另一套電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和直流推進(jìn)電機(jī)接通，為交流電機(jī)直流電機(jī)推進(jìn)混合推進(jìn)模式；通過實(shí)驗(yàn)控制臺給出相對應(yīng)的交直流推進(jìn)操縱命令，實(shí)現(xiàn)交直流推進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制，以及推進(jìn)負(fù)荷的模擬控制。本發(fā)明提出的船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺及方法大大提高了電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的靈活性，拓展了電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)或試驗(yàn)的功能范圍，尤其是能夠?qū)π履茉?如蓄電池供電、燃料電池供電等)電力推進(jìn)技術(shù)開展實(shí)驗(yàn)研究，使電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)平臺達(dá)到多用途實(shí)驗(yàn)的目的。而實(shí)驗(yàn)平臺的推進(jìn)模擬負(fù)載電機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，再生電能被回饋到市電，大幅度降低了大功率電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的能耗，節(jié)能效果明顯。


圖1為船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺組成框圖。圖2為電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置組成框圖。圖3為電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置組成框圖。圖4為電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)控制臺組成框圖及控制框圖。圖5為交流推進(jìn)雙機(jī)雙槳驅(qū)動(dòng)模式示意框圖。圖6為直流推進(jìn)雙機(jī)雙槳驅(qū)動(dòng)模式示意框圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的組成結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。由電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置100、電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置200和電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)控制臺300三大部分組成。電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置100，主要包括實(shí)驗(yàn)室市電電源110，柴電機(jī)組120、蓄電池組 130和燃料電池組140。電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置200，包括了電力推進(jìn)1號電力推進(jìn)裝置210 和2號電力推進(jìn)裝置220，其中211和221為推進(jìn)負(fù)載，212和222為直流推進(jìn)電機(jī)，213和 223為交流推進(jìn)電機(jī)，推進(jìn)電機(jī)與負(fù)載同軸連接。電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置100與電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置200之間通過供電電網(wǎng)410和回饋電網(wǎng)420連接；電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置100、 電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置200與電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)控制臺300之間分別通過現(xiàn)場總線510和520 連接。(1)電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置組成結(jié)構(gòu)圖1中的電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置100的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化如圖2所示。實(shí)驗(yàn)室市電電源110包括了電源分/合閘裝置111和電源監(jiān)控器112 ；柴電機(jī)組120包括了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和同步發(fā)電機(jī)組成機(jī)組本體121以及發(fā)電機(jī)組控制器122 ；蓄電池組130包括了蓄電池本體131以及蓄電池AC/DC雙向變流器(充放電控制器)132 ；燃料電池組140包括了燃料電池裝置141、燃料電池控制器142以及DC/DC單向變流器143。實(shí)驗(yàn)室市電電源110、柴電機(jī)組120、蓄電池組130分別通過斷路器600、610、620 連接到供電電網(wǎng)410上，而燃料電池組140通過斷路器630連接到蓄電池本體131上?；仞侂娋W(wǎng)420用于推進(jìn)負(fù)載211和221的再生電能回饋，直接連接到電源分/合閘裝置111 上。根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)要求，可以選擇柴電機(jī)作為主電源供電，蓄電池作為主電源供電，蓄電池和柴電機(jī)混合供電，燃料電池和蓄電池混合供電，實(shí)驗(yàn)室市電源作為主電源供電等不同供電方式。(2)電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置組成結(jié)構(gòu)圖1中的電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置200的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化如圖3所示。1號電力推進(jìn)裝置210和2號電力推進(jìn)裝置220為對稱的兩套獨(dú)立裝置。兩套裝置的供電由供電電網(wǎng)410分別通過斷路器650和660、670和680供給。 兩套電力推進(jìn)裝置中，交流推進(jìn)電機(jī)213和223分別由推進(jìn)變頻器216和2 進(jìn)行調(diào)速控制；直流推進(jìn)電機(jī)212和222分別由直流驅(qū)動(dòng)器215和225進(jìn)行調(diào)速控制；推進(jìn)負(fù)載 211和221由交流電機(jī)模擬，分別由推進(jìn)負(fù)載變頻器214和2M進(jìn)行推進(jìn)負(fù)載控制，推進(jìn)負(fù)載211和221始終工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，再生電能通過斷路器640和690進(jìn)入回饋電網(wǎng)420。 1號和2號電力推進(jìn)裝置，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)要求，可以選擇交流推進(jìn)驅(qū)動(dòng)，直流推進(jìn)驅(qū)動(dòng)，單機(jī)單槳、雙機(jī)雙槳等不同運(yùn)行方式。(3)電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)控制臺組成結(jié)構(gòu)圖1中的電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)控制臺300的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化如圖4所示?？刂朴?jì)算機(jī)310通過現(xiàn)場總線510連接電力推進(jìn)供電試驗(yàn)裝置100中的市電電源監(jiān)控器112，發(fā)電機(jī)組控制器122、蓄電池AC/DC雙向變流器132、燃料電池控制器142及DC/DC單向變流器 143?？刂朴?jì)算機(jī)310通過現(xiàn)場總線520連接電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置200中的推進(jìn)負(fù)載變頻器214和224，直流驅(qū)動(dòng)器215和225，推進(jìn)變頻器216和226。
實(shí)驗(yàn)控制臺控制計(jì)算機(jī)310的外部設(shè)備，包括電力推進(jìn)操縱控制器(車鐘)320和 330，分別對應(yīng)于1號和2號電力推進(jìn)裝置；顯示屏幕340、打印機(jī)350、外置存儲器360和擴(kuò)展接口板卡370。(4)實(shí)驗(yàn)平臺多模式供電方法實(shí)驗(yàn)平臺可用于船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)及其應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)。根據(jù)不同供電對象試驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)要求，實(shí)驗(yàn)平臺的電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置100可以選擇柴電機(jī)作為主電源供電，蓄電池作為主電源供電，蓄電池和柴電機(jī)混合供電，燃料電池和蓄電池混合供電，實(shí)驗(yàn)室市電電源作為主電源供電等不同供電模式。通過電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)控制臺300控制不同的供電模式。a.柴電機(jī)組供電模式當(dāng)實(shí)驗(yàn)研究對象為柴電機(jī)組電力推進(jìn)系統(tǒng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺啟用柴電機(jī)組供電模式， 圖2中柴電機(jī)組120的斷路器610合閘，而斷路器600和620處于分閘狀態(tài)。此時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺提供了一個(gè)常規(guī)柴電機(jī)組船舶電站的電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。b.蓄電池供電模式蓄電池用作動(dòng)力裝置主電源時(shí)，稱之為動(dòng)力電池。以磷酸鐵鋰離子電池作為動(dòng)力電池，無環(huán)境污染，能量密度高，通過岸電進(jìn)行充電儲能。當(dāng)實(shí)驗(yàn)研究對象為動(dòng)力電池船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺啟用蓄電池供電模式，圖2中蓄電池組130的斷路器620合閘， 而斷路器600、610和630處于分閘狀態(tài)。此時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺提供了一個(gè)純電動(dòng)環(huán)保船舶電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。c.蓄電池與柴電機(jī)組混合供電模式蓄電池供電的純電動(dòng)船舶，需要岸電充電，因此續(xù)航能力受到限制。而以蓄電池作為主電源，柴電機(jī)組作為輔助電源的混合動(dòng)力船舶則可彌補(bǔ)這一缺陷。當(dāng)實(shí)驗(yàn)研究對象為動(dòng)力電池和柴電機(jī)組混合供電的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺啟用蓄電池與柴電機(jī)組混合供電模式，圖2中柴電機(jī)組120和蓄電池組130的斷路器610及620合閘，而斷路器600 和630處于分閘狀態(tài)。此時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺提供了一個(gè)蓄電池和柴電機(jī)組混合供電的船舶電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。d.燃料電池與蓄電池混合供電模式燃料電池以氫能為原料，因此是一種清潔能源。燃料電池船舶將是一種完整意義上的零排放綠色船舶。但由于燃料電池自身的特點(diǎn)，通常須與蓄電池并聯(lián)運(yùn)行。因此當(dāng)實(shí)驗(yàn)研究對象為燃料電池船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺須啟用燃料電池與蓄電池混合供電模式，圖2中蓄電池組130和燃料電池組140的斷路器620及630合閘，而斷路器600和610 處于分閘狀態(tài)。此時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺提供了一個(gè)燃料電池與蓄電池混合供電的船舶電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。e.實(shí)驗(yàn)室市電電源供電模式圖2中實(shí)驗(yàn)室市電電源110的斷路器600合閘，而斷路器610和620處于分閘狀態(tài)。在此供電模式下，可以進(jìn)行船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的普通實(shí)驗(yàn)研究。(5)實(shí)驗(yàn)平臺多模式驅(qū)動(dòng)方法實(shí)驗(yàn)平臺的電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置200可提供船舶電力推進(jìn)多種驅(qū)動(dòng)模式。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究對象不同，通過圖3中的斷路器640、650、660、670、680、690的不同通斷狀態(tài)的組合，可得到六種不同的電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑缦卤硭尽?br> 權(quán)利要求
1.一種船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于，包括電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置、電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置、電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)控制臺；所述電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置和電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置通過供電電網(wǎng)和回饋電網(wǎng)連接， 所述電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)控制臺分別與電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置、電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置連接；所述電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置包括實(shí)驗(yàn)室市電電源，柴電機(jī)組，蓄電池組和燃料電池組， 所述實(shí)驗(yàn)室市電電源、柴電機(jī)組和蓄電池組分別通過一開關(guān)連接到供電電網(wǎng)上，所述燃料電池組通過一開關(guān)連接到蓄電池組上，所述實(shí)驗(yàn)室市電電源還連接回饋電網(wǎng)；所述電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置包括相互獨(dú)立的第一電力推進(jìn)裝置和第二電力推進(jìn)裝置， 所述第一、第二電力推進(jìn)裝置均包括直流推進(jìn)電機(jī)、交流推進(jìn)電機(jī)和推進(jìn)負(fù)載，所述兩組直流推進(jìn)電機(jī)、交流推進(jìn)電機(jī)以及推進(jìn)負(fù)載都為同軸連接，所述直流推進(jìn)電機(jī)、交流推進(jìn)電機(jī)均分別通過一開關(guān)連接到供電電網(wǎng)上，所述兩推進(jìn)負(fù)載連接回饋電網(wǎng)；所述電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)控制臺分別連接電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置中的市電電源、柴電機(jī)組、 蓄電池組和燃料電池組以及1號電力推進(jìn)裝置和2號電力推進(jìn)裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)室市電電源包括連接的電源分/合間裝置和電源監(jiān)控器，所述柴電機(jī)組包括連接的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、同步發(fā)電機(jī)組成的機(jī)組本體和發(fā)電機(jī)組控制器，所述蓄電池組包括連接的蓄電池本體和用于充放電控制的蓄電池AC/DC雙向變流器，所述燃料電池組包括燃料電池裝置以及分別與其連接的燃料電池控制器、DC/DC單向變流器，所述電源分/合閘裝置，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、同步發(fā)電機(jī)組成的機(jī)組本體，蓄電池AC/DC雙向變流器分別通過斷路器連接到供電電網(wǎng)上，所述DC/DC單向變流器通過斷路器連接到蓄電池本體上。
3.如權(quán)利要求2所述的船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于，所述兩直流推進(jìn)電機(jī)均連接直流驅(qū)動(dòng)器并由其進(jìn)行調(diào)速控制，所述兩交流推進(jìn)電機(jī)均連接推進(jìn)變頻器并由其進(jìn)行調(diào)速控制，所述兩推進(jìn)負(fù)載均為交流電機(jī)并都連接負(fù)載變頻器，由負(fù)載變頻器進(jìn)行控制，所述兩直流驅(qū)動(dòng)器，兩推進(jìn)變頻器均通過斷路器連接到供電電網(wǎng)上，所述兩負(fù)載變頻器均通過斷路器連接到回饋電網(wǎng)上。
4.如權(quán)利要求3所述的一種船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于，所述電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)控制臺包括控制計(jì)算機(jī)，與控制計(jì)算機(jī)連接的兩個(gè)電力推進(jìn)操縱控制器、顯示屏幕、打印機(jī)、外置存儲器和擴(kuò)展接口板卡，所述控制計(jì)算機(jī)通過一根控制總線連接電源監(jiān)控器、發(fā)電機(jī)組控制器、蓄電池AC/DC雙向變流器、燃料電池控制器、DC/DC單向變流器，通過另一根控制總線分別連接兩直流驅(qū)動(dòng)器、兩推進(jìn)變頻器、兩負(fù)載變頻器。
5.一種如權(quán)利要求1所述船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的使用方法，其特征在于，所述電力推進(jìn)供電試驗(yàn)裝置的供電模式有如下幾種a.柴電機(jī)組供電模式，將柴電機(jī)組的斷路器合間，其余供電組的斷路器處于分間狀態(tài)， 此時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺提供了一個(gè)常規(guī)柴電機(jī)組船舶電站的電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境；b.蓄電池供電模式，將蓄電池組的斷路器合閘，其余供電組的斷路器處于分閘狀態(tài)，此時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺提供了一個(gè)純電動(dòng)船舶電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境；c.蓄電池與柴電機(jī)組混合供電模式，將蓄電池組和柴電機(jī)組的斷路器都合間，其余供電組斷路器處于分閘狀態(tài)，此時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺提供了一個(gè)蓄電池和柴電機(jī)組混合供電的船舶電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境；d.燃料電池與蓄電池混合供電模式，將蓄電池組和燃料電池組的斷路器合間，其余供電組斷路器處于分閘狀態(tài)，此時(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺提供了一個(gè)燃料電池與蓄電池混合供電的船舶電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境；e.實(shí)驗(yàn)室市電電源供電模式，將實(shí)驗(yàn)室市電電源的斷路器合閘，其余供電組組斷路器處于分閘狀態(tài)，在此供電模式下，可以進(jìn)行船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的普通實(shí)驗(yàn)研究。
6. 一種如權(quán)利要求1所述船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的使用方法，其特征在于，所述電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)裝置的驅(qū)動(dòng)模式有如下幾種a.交流雙機(jī)雙槳模式，將1號電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和交流推進(jìn)電機(jī)以及2號電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和交流推進(jìn)電機(jī)接通，為交流推進(jìn)雙機(jī)雙槳模式；通過實(shí)驗(yàn)控制臺分別給出推進(jìn)操縱命令，實(shí)現(xiàn)交流推進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制，以及推進(jìn)負(fù)荷的模擬控制；b.直流推進(jìn)雙機(jī)雙槳模式，將1號電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和直流流推進(jìn)電機(jī)以及2 號電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和直流推進(jìn)電機(jī)接通，為直流推進(jìn)雙機(jī)雙槳模式；通過實(shí)驗(yàn)控制臺分別給出推進(jìn)操縱命令，實(shí)現(xiàn)直流推進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制，以及推進(jìn)負(fù)荷的模擬控制；c.交流推進(jìn)單機(jī)單槳模式，將任意一電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和交流推進(jìn)電機(jī)接通， 為交流推進(jìn)單機(jī)單槳模式；通過實(shí)驗(yàn)控制臺給出相對應(yīng)的交流單機(jī)單槳推進(jìn)操縱命令，實(shí)現(xiàn)交流推進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制，以及推進(jìn)負(fù)荷的模擬控制；d.直流推進(jìn)單機(jī)單槳模式，將任意一電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和直流推進(jìn)電機(jī)接通， 為直流推進(jìn)單機(jī)單槳模式；通過實(shí)驗(yàn)控制臺給出相對應(yīng)的直流單機(jī)單槳推進(jìn)操縱命令，實(shí)現(xiàn)直流推進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制，以及推進(jìn)負(fù)荷的模擬控制；e.交直流混合推進(jìn)驅(qū)動(dòng)模式，將任意一電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和交流推進(jìn)電機(jī)接通，同時(shí)另一套電力推進(jìn)裝置的推進(jìn)負(fù)載和直流推進(jìn)電機(jī)接通，為交流電機(jī)直流電機(jī)推進(jìn)混合推進(jìn)模式；通過實(shí)驗(yàn)控制臺給出相對應(yīng)的交直流推進(jìn)操縱命令，實(shí)現(xiàn)交直流推進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制，以及推進(jìn)負(fù)荷的模擬控制。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種船舶電力推進(jìn)多模式混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺及方法，實(shí)驗(yàn)平臺由電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置、驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)控制臺三大部分組成。其中，電力推進(jìn)供電實(shí)驗(yàn)裝置包括了柴電機(jī)組、蓄電池、燃料電池和市電電源。根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)要求，可以選擇柴電機(jī)組，蓄電池，蓄電池和柴電機(jī)組，燃料電池和蓄電池，市電電源等5種不同供電模式。而電力推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置包括了由交流和直流推進(jìn)電機(jī)、負(fù)載電機(jī)組成的二套獨(dú)立運(yùn)行的電力推進(jìn)裝置。根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)要求，可以選擇交流或直流雙機(jī)雙槳推進(jìn)，交流或直流單機(jī)單槳推進(jìn)，交直流混合推進(jìn)等5種不同推進(jìn)模式。本發(fā)明拓展了船舶電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)的功能范圍，并且推進(jìn)負(fù)載電機(jī)的再生電能被回饋，節(jié)能效果明顯。
文檔編號G01M15/04GK102183371SQ201110053690
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者康偉, 沈愛弟, 牛王強(qiáng), 高迪駒, 黃輝 申請人:上海海事大學(xué)