CN105093045A - 一种风光柴储船舶微网系统试验平台 - Google Patents

一种风光柴储船舶微网系统试验平台 Download PDF

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尹赫
程鹏
文书礼
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代金峰
王钊
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Abstract

一种风光柴储船舶微网系统试验平台,涉及新能源船舶电力领域。它为了适应风光柴储船舶微网试验平台的需求。包括船舶运行姿态模拟系统、光源模拟系统、风源模拟系统、太阳能发电系统、风能发电系统、储能系统、直流负载、DC/AC逆变控制系统、交流负载、柴油机发电系统、岸电系统和监控系统。本发明结合新能源船舶微网系统和船舶运行姿态模拟系统模拟船舶上太阳能发电系统和风能发电系统在船舶运行时的发电情况，对未来新能源船舶电力系统研究十分重要。适用于研究与教学。

Description

一种风光柴储船舶微网系统试验平台
技术领域
本发明涉及一种风光柴储船舶微网系统试验平台，构建了一个风光互补船舶微电网络，属于新能源船舶电力领域。
背景技术
为解决化石能源日益枯竭、传统能源对环境污染严重的现状，利用可再生能源成为未来可持续发展的重要支柱；太阳能、风能作为储存范围广泛、易于获取的绿色清洁能源，如何合理而高效地利用太阳能和风能是能源产业的重要课题。风光柴储船舶微网试验平台对未来新能源船舶电力系统的研究十分重要。
发明内容
本发明是为了适应风光柴储船舶微网试验平台的需求，从而提供一种风光柴储船舶微网系统试验平台。
一种风光柴储船舶微网系统试验平台，包括船舶运行姿态模拟系统、光源模拟系统、风源模拟系统、太阳能发电系统、风能发电系统、储能系统、直流负载、DC/AC逆变控制系统、交流负载、柴油机发电系统、岸电系统和监控系统；
太阳能发电系统包括太阳能光伏板和太阳能控制器；
风能发电系统包括风力发电机和风力发电转换设备；
储能系统包括铅酸蓄电池和电池控制器；
太阳能光伏板和风力发电机分别固定在船舶运行姿态模拟系统上，太阳能光伏板接收光源模拟系统产生的光能，太阳能光伏板的输出端连接太阳能控制器的输入端，太阳能控制器的输出端连接直流母线；
风力发电机接收风源模拟系统产生的风能，风力发电机的输出端连接风力发电转换设备的输入端，风力发电转换设备的输出端连接直流母线；
电池控制器用于控制电能在铅酸蓄电池和直流母线间传输；
直流负载的输入端连接直流母线；DC/AC逆变控制系统的输入端连接直流母线，DC/AC逆变控制系统的输出端连接交流母线；
交流负载的输入端连接交流母线；柴油机发电系统的输出端连接交流母线；岸电系统的输入端连接交流母线；
监控系统分别测量交流母线的三相电压、柴油机发电系统的三相电流、交流负载的三相电流、DC/AC逆变控制系统的三相电流、太阳能光伏板的输出电流和输出电压、风力发电机的A相电流和A相电压、B相电流和B相电压，太阳能控制器的输出电压和输出电流，光源模拟系统输出光能的辐照度，风源模拟系统输出的风速和风向，风力发电转换设备的电压和电流，铅酸蓄电池的工作温度，电池控制器的电流和电压，直流母线的电流和电压；
监控系统的控制信号输出端分别连接光源模拟系统、风源模拟系统、太阳能控制器、风力发电转换设备、电池控制器、DC/AC逆变控制系统、直流负载和交流负载的控制信号输入端。
上述船舶运行姿态模拟系统包括两台六自由度摇摆台和两台控制柜。
上述太阳能发电系统还包括光伏电池板单轴跟踪支架和测量系统。
上述风能发电系统还包括测量系统。
上述储能系统还包括测量系统。
上述DC/AC逆变控制系统包括双向变流设备、岸电及柴油发电机接入单元、交流输出单元、交流配电系统。
上述交流负载包括电阻负载、交流电动机。
上述监控系统通过工控机、数据接口板卡和控制模块实现。
上述光源模拟系统包括模拟光源、辐照仪和灯架。
上述风源模拟系统包括变频器、大功率风机、风速传感器和风向传感器。
新能源船舶利用风、光等可再生能源发电，不同于传统发电方式船舶，它对环境友好、化石能源消耗小，新能源船舶势必成为未来船舶产业的发展方向，新能源引入电力系统意味着大电网向微网的转变，本试验平台在研究新能源船舶微网系统的同时，也能研究含新能源的陆上微网系统，不论太阳能和风能都有其资源分布局限性，无风时刻往往阳光充足，阳光不足时风能往往充足，风光互补型新能源船舶大大弥补了可再生能源的间歇性和使用局限性，为维持微网系统的稳定运行，抑制可再生能源发电的波动性和间歇性，引入储能系统是最经济有效的解决手段。
本发明所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台，利用可再生能源与化石能源有机结合，采用模块式结构设计，通过监控系统控制各发电设备、储能装置的投切和负载投入种类和大小可实现光储独立发电系统、风储独立发电系统、风光储互补独立发电系统、风光储柴混合能源微网发电系统、风光储岸电混合能源微网发电系统、柴储发电系统、岸电储能发电系统共七种船舶发电系统模拟运行实验。太阳能光伏板和风力发电机通过紧固机构分别固定在两台六自由度摇摆台上，可用于可再生能源发电设备在船舶运行状态下的电力输出特性的实验。本发明的储能系统既能吸收过剩的可再生能源，也能在可再生能源不足时放电，起到削峰填谷作用，平抑了可再生能源波动性和随机性，本发明为风光互补型微网系统，最大程度的利用了可再生能源，本发明真实反映新能源发电设备在船舶运行环境下输出情况，解决设备装船之前的实物验证工作，可用于船舶风光柴储模拟实验和船舶风光储岸电模拟实验。该试验平台适用于研究与教学，主要研究可再生能源引入船舶后，微网电力潮流变化和新能源在海洋环境下的供电特性。
附图说明
图1是具体实施方式一所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台的结构示意图。
图2是具体实施方式一中的监控系统的控制模块的硬件接口示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台，包括船舶运行姿态模拟系统1、光源模拟系统2、风源模拟系统3、太阳能发电系统、风能发电系统、储能系统、直流负载10、DC/AC逆变控制系统11、交流负载12、柴油机发电系统13、岸电系统14和监控系统15；
太阳能发电系统包括太阳能光伏板4和太阳能控制器7；
风能发电系统包括风力发电机5和风力发电转换设备8；
储能系统包括铅酸蓄电池6和电池控制器9；
太阳能光伏板4和风力发电机5分别固定在船舶运行姿态模拟系统1上，太阳能光伏板4接收光源模拟系统2产生的光能，太阳能光伏板4的输出端连接太阳能控制器7的输入端，太阳能控制器7的输出端连接直流母线；
风力发电机5接收风源模拟系统3产生的风能，风力发电机5的输出端连接风力发电转换设备8的输入端，风力发电转换设备8的输出端连接直流母线；
电池控制器9用于控制电能在铅酸蓄电池6和直流母线间传输；
直流负载10的输入端连接直流母线；DC/AC逆变控制系统11的输入端连接直流母线，DC/AC逆变控制系统11的输出端连接交流母线；
交流负载12的输入端连接交流母线；柴油机发电系统13的输出端连接交流母线；岸电系统14的输入端连接交流母线；
监控系统15分别测量交流母线的三相电压、柴油机发电系统13的三相电流、交流负载12的三相电流、DC/AC逆变控制系统11的三相电流、太阳能光伏板4的输出电流和输出电压、风力发电机5的A相电流和A相电压、B相电流和B相电压，太阳能控制器7的输出电压和输出电流，光源模拟系统2输出光能的辐照度，风源模拟系统3输出的风速和风向，风力发电转换设备8的电压和电流，铅酸蓄电池6的工作温度，电池控制器9的电流和电压，直流母线的电流和电压；
监控系统15的控制信号输出端分别连接光源模拟系统2、风源模拟系统3、太阳能控制器7、风力发电转换设备8、电池控制器9、DC/AC逆变控制系统11、直流负载10和交流负载12的控制信号输入端。
监控系统15通过工控机控制太阳能发电系统4、风能发电系统5、储能系统6、柴油机发电系统13、岸电系统14的投切，光源模拟系统2的辐照强度和风源模拟系统3的风源输出状况，负载投入大小和种类，用于船舶风光柴储模拟实验和船舶风光储岸电模拟实验。监控系统15控制DC/AC逆变控制系统11的工作状态，通过控制电池控制器9控制铅酸蓄电池的投切。
该试验平台能在模拟新能源船舶电力系统运行基础上进行各子系统控制策略和发电设备电力输出特性的研究。直流负载10由发光管舞台灯光和警示灯组成，模拟了船上的主要负载泵类、发电机类和日常用电。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台作进一步说明，本实施方式中，船舶运行姿态模拟系统1包括两台六自由度摇摆台和两台控制柜。
向控制柜分别输入海浪谱信息控制摇摆台进行船舶横荡、纵荡、艏摇、横摇、纵摇和垂荡的六自由度姿态模拟运动。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台作进一步说明，本实施方式中，太阳能发电系统还包括光伏电池板单轴跟踪支架和测量系统。
光伏电池板发出的直流电经太阳能控制器7电力变换及控制后输送到直流母线。可用于可再生能源发电设备在船舶运行状态下的电力输出特性的实验。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台作进一步说明，本实施方式中，风能发电系统还包括测量系统。
风力发电机5发出的交流电经风力发电转换设备8电力变换输送到直流母线。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台作进一步说明，本实施方式中，储能系统还包括测量系统。
铅酸蓄电池充电或放电都要经过电池控制器9与直流母线进行电能交换。在风光能量不足时，储能系统6通过电池控制器9对直流母线放电；在风光能量充足时，储能系统6通过电池控制器9经直流母线充电。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台作进一步说明，本实施方式中，DC/AC逆变控制系统11包括双向变流设备、岸电及柴油发电机接入单元、交流输出单元、交流配电系统。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台作进一步说明，本实施方式中，交流负载12包括电阻负载和交流电动机。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台作进一步说明，本实施方式中，监控系统15通过工控机、数据接口板卡和控制模块实现。
监控系统15通过工控机控制监控系统中的控制模块工作，进而控制光源模拟系统2的光能输出强弱、风源模拟系统3的风能输出强弱、光伏电池板的发电投切、风力发电机投切、铅酸蓄电池投切和整个交流母线投切，实现了整个试验平台的控制。
工控机内嵌入有风光柴储船舶微网系统试验平台软件，该软件实现对试验平台的监测和控制。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台作进一步说明，本实施方式中，光源模拟系统2包括模拟光源、辐照仪和灯架。
模拟光源模拟海洋环境下的太阳光，模拟光源安装在灯架上，灯架下方放置太阳能发电系统，为其提供太阳能。
具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台作进一步说明，本实施方式中，风源模拟系统3包括变频器、大功率风机、风速传感器和风向传感器。
大功率风机模拟海洋环境下的自然风，风机前方放置风能发电系统，为其提供风能。

Claims (10)

1.一种风光柴储船舶微网系统试验平台，其特征在于，包括船舶运行姿态模拟系统(1)、光源模拟系统(2)、风源模拟系统(3)、太阳能发电系统、风能发电系统、储能系统、直流负载(10)、DC/AC逆变控制系统(11)、交流负载(12)、柴油机发电系统(13)、岸电系统(14)和监控系统(15)；
太阳能发电系统包括太阳能光伏板(4)和太阳能控制器(7)；
风能发电系统包括风力发电机(5)和风力发电转换设备(8)；
储能系统包括铅酸蓄电池(6)和电池控制器(9)；
太阳能光伏板(4)和风力发电机(5)分别固定在船舶运行姿态模拟系统(1)上，太阳能光伏板(4)接收光源模拟系统(2)产生的光能，太阳能光伏板(4)的输出端连接太阳能控制器(7)的输入端，太阳能控制器(7)的输出端连接直流母线；
风力发电机(5)接收风源模拟系统(3)产生的风能，风力发电机(5)的输出端连接风力发电转换设备(8)的输入端，风力发电转换设备(8)的输出端连接直流母线；
电池控制器(9)用于控制电能在铅酸蓄电池(6)和直流母线间传输；
直流负载(10)的输入端连接直流母线；DC/AC逆变控制系统(11)的输入端连接直流母线，DC/AC逆变控制系统(11)的输出端连接交流母线；
交流负载(12)的输入端连接交流母线；柴油机发电系统(13)的输出端连接交流母线；岸电系统(14)的输入端连接交流母线；
监控系统(15)分别测量交流母线的三相电压、柴油机发电系统(13)的三相电流、交流负载(12)的三相电流、DC/AC逆变控制系统(11)的三相电流、太阳能光伏板(4)的输出电流和输出电压、风力发电机(5)的A相电流和A相电压、B相电流和B相电压，太阳能控制器(7)的输出电压和输出电流，光源模拟系统(2)输出光能的辐照度，风源模拟系统(3)输出的风速和风向，风力发电转换设备(8)的电压和电流，铅酸蓄电池(6)的工作温度，电池控制器(9)的电流和电压，直流母线的电流和电压；
监控系统(15)的控制信号输出端分别连接光源模拟系统(2)、风源模拟系统(3)、太阳能控制器(7)、风力发电转换设备(8)、电池控制器(9)、DC/AC逆变控制系统(11)、直流负载(10)和交流负载(12)的控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台，其特征在于，所述船舶运行姿态模拟系统(1)包括两台六自由度摇摆台和两台控制柜。
3.根据权利要求1所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台，其特征在于，太阳能发电系统还包括光伏电池板单轴跟踪支架和测量系统。
4.根据权利要求1所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台，其特征在于，风能发电系统还包括测量系统。
5.根据权利要求1所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台，其特征在于，储能系统还包括测量系统。
6.根据权利要求1所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台，其特征在于，DC/AC逆变控制系统(11)包括双向变流设备、岸电及柴油发电机接入单元、交流输出单元、交流配电系统。
7.根据权利要求1所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台，其特征在于，交流负载(12)包括电阻负载和交流电动机。
8.根据权利要求1所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台，其特征在于，监控系统(15)通过工控机、数据接口板卡和控制模块实现。
9.根据权利要求1所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台，其特征在于，光源模拟系统(2)包括模拟光源、辐照仪和灯架。
10.根据权利要求1所述的一种风光柴储船舶微网系统试验平台，其特征在于，风源模拟系统(3)包括变频器、大功率风机、风速传感器和风向传感器。
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