CN102290850A - 太阳能和风能互补渔船应急供电系统 - Google Patents

太阳能和风能互补渔船应急供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种渔船应急供电装置，特别是基于太阳能和风能互补发电的渔船应急供电装置。包含一套太阳能发电装置和一套风能发电装置，其特征是：从太阳能电池板发出的直流电一部分通过蓄电池储存，一部分经逆变装置逆变为交流电，为太阳能配电箱供电；风能发电装置发出的交流电经整流装置整流为直流后，一部分储存在蓄电池，一部分再经逆变装置转换为交流电，为风能配电箱供电；太阳能配电箱和风能配电箱的另一端与主配电箱中的主母线连接，由主母线发电机供电。风能发电的整流装置还包含用于控制输出电压的单相有源功率因数电路。装置带有采用太阳能与风能供电方式相互补充，使用方便，节约能源，能够保证渔船在应急情况下正常供电。

Description

太阳能和风能互补渔船应急供电系统
技术领域
本发明涉及渔船应急供电装置，特别是基于太阳能和风能互补发电的渔船应急供电系统。
背景技术
在渔船电力推进系统中，常用燃气轮机、汽轮机、柴油机作为发电机组，这些电力推进系统不仅消耗大量的能源，而且会污染环境。当渔船离开陆地，且常规能源发出的电能供应不足的紧急情况下，渔民和渔船的安全就受到很多挑战，而开发海上资源是个很好的弥补措施。在海上，风能和太阳能资源很丰富，这些可再生能源的发电模式既可以在紧要关头为渔船提供应急电源，节省常规能源，又不污染环境。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供基于太阳能和风能互补发电的渔船应急供电装置，能够保证渔船在应急情况下正常供电，同时达到较好的节能效益。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：采用太阳能和风能互补发电的渔船应急供电装置，包括主母线发电机、主配电箱、应急母线发电机和应急配电箱，主配电箱连接有太阳能发电系统和风能发电系统。太阳能发电系统包括太阳能电池板1、蓄电池4和逆变装置5，太阳能电池板1输出端分别与蓄电池4和逆变装置5输入端相连，逆变装置5输出端与太阳能配电箱9输入端相连。风能发电系统包括风能发电装置11、整流装置15、蓄电池18、逆变装置19和风能配电箱21，风能发电装置11输出端与整流装置15输入端相连，整流装置15输出端分别与蓄电池18和逆变装置19输入端相连，逆变装置19输出端与风能配电箱21输入端相连；太阳能配电箱9和风能配电箱21的输出端与渔船主配电箱29中的主母线连接。
从太阳能电池板1发出的直流电一部分通过蓄电池4储存，一部分经逆变装置5逆变为交流电，将直流电压逆变成三相的线电压为380V，交流电压经过滤波器后，滤掉直流成分，为太阳能配电箱9供电；风能发电装置11发出的交流电经整流装置15整流为直流后，一部分储存在蓄电池18，一部分再经逆变装置19转换为交流电，为风能配电箱21供电。配电箱9和配电箱21的另一端与主配电箱29中的主母线连接，应急情况下为主母线供电负载30供电。而正常情况下，由主母线发电机25为主母线供电带动负载30，同时通过主母线为应急配电箱36的应急母线供电，带动应急负载35。
为了使风能发电装置输出稳定、符合要求的电压，所述风能发电系统的整流装置15中还设有包括电流内环单元46和电压外环单元52、用于控制输出电压的单相有源功率因数电路。电流内环单元46由减法器47和普通滞环电流控制器45连接而成，滞环电流控制45的入端与减法器47相连、出端与整流装置中晶体管40的基极相连；电压外环单元52包括增益单元48、乘法器49、减法器50和PI调节器51，减法器50的入端与风能发电装置11相连、出端与PI调节器51入端相连，乘法器49的入端与增益单元48和PI调节器51出端相连、出端与电流内环单元的减法器47入端相连。
电压外环单元52的任务是得到可以实现控制目标的电感电流指令值                                                
Figure 2011102537101100002DEST_PATH_IMAGE001
。预定输出电压信号
Figure 53385DEST_PATH_IMAGE002
与实测的输出电压信号u0输入减法器50得到差值，经PI调节器51后输出电感电流的幅值指令
Figure 2011102537101100002DEST_PATH_IMAGE003
。测量到整流桥的出口电压ud除以其幅值Um后，通过增益单元48可以得到表示ud的波形量
Figure 125378DEST_PATH_IMAGE004
。
Figure 942024DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 679036DEST_PATH_IMAGE004
通过乘法器49相乘，便可以得到电感电流的指令值
Figure 15470DEST_PATH_IMAGE001
，它可以直接控制输出电压u0。电流内环单元46的任务是通过控制晶体管40门极的通断，使实际的电感电流
Figure 2011102537101100002DEST_PATH_IMAGE005
跟踪其给定值
Figure 507632DEST_PATH_IMAGE001
。电流
Figure 483678DEST_PATH_IMAGE005
与
Figure 837430DEST_PATH_IMAGE001
经减法器47，得到差值
Figure 480901DEST_PATH_IMAGE006
，若大于规定的上限，则令晶体管40导通，以增大
Figure 417425DEST_PATH_IMAGE005
；若差值
Figure 558557DEST_PATH_IMAGE006
小于规定的下限
Figure 56534DEST_PATH_IMAGE008
（
Figure 375651DEST_PATH_IMAGE008
<0）,则令晶体管40关断，以减小
Figure 591869DEST_PATH_IMAGE005
。通过滞环电流控制45，可以保证实际的电感电流
Figure 536691DEST_PATH_IMAGE005
在其指令值
Figure 702224DEST_PATH_IMAGE001
附近波动，波动的大小与设定的
Figure 644773DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 145024DEST_PATH_IMAGE007
有关。通过控制，可保证输出电压始终在预定电压值附近波动调整。
为了控制整个系统各部分的正常工作，所述太阳能电池板1、风能发电装置11、蓄电池4和18、配电箱9和21、逆变装置5和19、整流装置15、以及其它各装置之间，均设有控制它们断开和接通的空气开关；太阳能配电箱9和风能配电箱21与渔船主配电箱29之间，也设有控制它们断开和接通的空气开关。逆变装置5与太阳能配电箱9之间，还设有电感7与电容器8，形成滤波电路，交流电压经过滤波器后，滤掉直流成分，为太阳能配电箱9供电。
本发明的有益效果：
（1）能够保证渔船在应急情况下正常供电。在渔船发生紧急情况下，可以启动太阳能和风能供电装置，在海上太阳能和风能的资源很充足，可以充分保证渔船在应急情况下正常供电。
（2）节约能源开支，环境效益良好。设渔船是500吨级别，渔船在航行状态，所需总功率是125 kW，发电机的负荷率是69%，则风力发电机所选功率是180kW ,如太阳能和风能供电3个小时，则可节约375度电，即节约运行成本225元，成本回收期较短。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明风能输出电压整流装置电路示意图。
图中各元件依次表示：1-太阳能电池，2、3-空气开关，4-蓄电池，5-逆变装置，6-空气开关，7-电感，8-电容器，9-太阳能配电箱，10-空气开关，11-风能发电装置，14-空气开关，15-整流装置，16、17-空气开关，18-蓄电池，19-逆变装置，20-空气开关，21-风能配电箱，22、23、24-空气开关，25-主母线发电机，26、27、28-空气开关，29-主配电箱，30-主母线供电负载，31-应急母线发电机，32-空气开关，33-转换开关，34-空气开关，35-应急母线负载，36-应急配电箱，37-交流电源，38-二极管，39-电感，40-晶体管，41-二极管，42-电容，43-输出负载，44-电阻，45-滞环电流控制器，46-电流内环单元，47-减法器，48-增益单元，49-乘法器，50-减法器，51-PI调节器，52-电压外环单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述，但本发明的保护范围不限于所述内容。
如图1所示，本采用太阳能和风能互补发电的渔船应急供电装置，包括主母线发电机、主配电箱、应急母线发电机和应急配电箱。主配电箱连接有太阳能发电系统和风能发电系统；太阳能发电系统包括太阳能电池板1、蓄电池4和逆变装置5，太阳能电池板1输出端分别与蓄电池4和逆变装置5输入端相连，逆变装置5输出端与太阳能配电箱9输入端相连；风能发电系统包括风能发电装置11、整流装置15、蓄电池18、逆变装置19和风能配电箱21，风能发电装置11输出端与整流装置15输入端相连，整流装置15输出端分别与蓄电池18和逆变装置19输入端相连，逆变装置19输出端与风能配电箱21输入端相连；太阳能配电箱9和风能配电箱21的输出端与渔船主配电箱29中的主母线连接。
如图2所示，本系统风能发电系统的整流装置15中还设有包括电流内环单元46和电压外环单元52、用于控制输出电压的单相有源功率因数电路。电流内环单元46由减法器47和滞环电流控制器45连接而成，滞环电流控制45入端与减法器47相连、出端与整流装置中晶体管40的基极相连；电压外环单元52包括增益单元48、乘法器49、减法器50和PI调节器51，减法器50入端与风能发电装置11相连、出端与PI调节器51入端相连，乘法器49入端与增益单元48和PI调节器51出端相连、出端与电流内环单元的减法器47入端相连。
本系统的太阳能电池板1、风能发电装置11、蓄电池4和18、配电箱9和21、逆变装置5和19、整流装置15、以及其它各装置之间，均设有控制它们断开和接通的空气开关2、3、6、10、14、16、17、20、22、23、24；太阳能配电箱9和风能配电箱21与渔船主配电箱29之间，也设有控制它们断开和接通的空气开关。逆变装置（5）与太阳能配电箱（9）之间，设有电感（7）与电容器（8）。
使用时，将太阳能电池板1固定在角铁上，角铁用螺栓固定在渔船甲板上，风能装置11固定在甲板上。从太阳能电池板1发出的直流电一部分通过蓄电池4储存，一部分经逆变装置5逆变为交流电，将直流电压逆变成三相的线电压为380V，交流电压经过滤波器后，滤掉直流成分，为太阳能配电箱9供电；风能发电装置11发出的交流电经整流装置15整流为直流后，一部分储存在蓄电池18，一部分再经逆变装置19转换为交流电，为风能配电箱21供电。配电箱9和配电箱21的另一端与主配电箱29中的主母线连接，应急情况下为主母线供电负载30供电。而正常情况下，由主母线发电机25为主母线供电带动负载30，同时通过主母线为应急配电箱36的应急母线供电，带动应急负载35。在主母线发电机能源、太阳能、风能都无法保障的极端情况时，由常规能源发电机31为应急母线供电，带动负载35，全方位考虑了渔船的安全。

Claims (4)

1.一种太阳能和风能互补渔船应急供电系统，包括主母线发电机、主配电箱、应急母线发电机和应急配电箱，其特征是：主配电箱连接有太阳能发电系统和风能发电系统；太阳能发电系统包括太阳能电池板（1）、蓄电池（4）和逆变装置（5），太阳能电池板（1）输出端分别与蓄电池（4）和逆变装置（5）输入端相连，逆变装置（5）输出端与太阳能配电箱（9）输入端相连；风能发电系统包括风能发电装置（11）、整流装置（15）、蓄电池（18）、逆变装置（19）和风能配电箱（21），风能发电装置（11）输出端与整流装置（15）输入端相连，整流装置（15）输出端分别与蓄电池（18）和逆变装置（19）输入端相连，逆变装置（19）输出端与风能配电箱（21）输入端相连；太阳能配电箱（9）和风能配电箱（21）的输出端与渔船主配电箱（29）中的主母线连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能和风能互补渔船应急供电系统，其特征是：太阳能电池板（1）、风能发电装置（11）、蓄电池（4）和（18）、配电箱（9）和（21）、逆变装置（5）和（19）、整流装置（15）、以及其它各装置之间，均设有控制它们断开和接通的空气开关；太阳能配电箱（9）和风能配电箱（21）与渔船主配电箱（29）之间，也设有控制它们断开和接通的空气开关。
3.根据权利要求1所述的太阳能和风能互补渔船应急供电系统，其特征是：逆变装置（5）与太阳能配电箱（9）之间，设有电感（7）与电容器（8），构成滤波电路。
4.根据权利要求1、2或3所述的太阳能和风能互补渔船应急供电系统，其特征是：风能发电系统的整流装置（15）连接有包括电流内环单元（46）和电压外环单元（52）、用于控制输出电压的单相有源功率因数电路；电流内环单元（46）由减法器（47）和滞环电流控制器（45）连接而成，滞环电流控制（45）入端与减法器（47）相连、出端与整流装置中晶体管（40）的基极相连；电压外环单元（52）包括增益单元（48）、乘法器（49）、减法器（50）和PI调节器（51），减法器（50）入端与风能发电装置（11）相连、出端与PI调节器（51）入端相连，乘法器（49）入端与增益单元（48）和PI调节器（51）出端相连、出端与电流内环单元的减法器（47）入端相连。
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