CN108616144A - 基于超级电容高频补偿的船舶新能源发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于超级电容高频补偿的船舶新能源发电系统，包括至少2种新能源发电装置、船用负载、能量管理系统和超级电容；能量管理系统根据各新能源发电装置的功率预测输出特征曲线与船用负载功率预测输入特征曲线的和，得到船舶功率特征曲线，经傅里叶分解，提取船舶功率特征曲线中的高频分量，并驱动超级电容对所提取的高频分量进行功率补偿，降低新能源发电装置间歇性及船用负载突增突卸带来的柴油发电机功率突变，平滑船舶柴油发电机输出功率。本发明将超级电容替代蓄电池作为系统的功率缓冲装置，对船舶功率特性曲线中的高频分量进行功率补偿，有效的降低了建设成本，提高了整个系统的安全可靠性。
Description
技术领域
本发明属于船舶新能源应用技术领域，具体涉及一种基于超级电容高频补偿的船舶新能源发电系统。
背景技术
随着海洋环境污染问题的日益严峻，越来越多的船舶上开始采用新能源发电装置作为柴油发电机组的替代电源，降低柴油发电机的燃油消耗量。但由于新能源发电的间歇性，其输出功率受环境因素的影响较大，呈现出输出功率波动频繁的特性，必须匹配大容量的蓄电池储能装置实现功率缓冲。
2014年，我国在“中远腾飞”轮汽车滚装船上集成光伏并/离网混合供电系统，为船舶12层甲板照明系统供电。该系统匹配了652.8kWh锂电池储能系统，而其总重量达6吨，考虑通风问题，需要至少30m2的安装面积，能源密度低；值得注意的是：大容量的蓄电池储能系统安全维护成本非常巨大，故障发生率较高，并且必须匹配独立的七氟丙烷灭火系统。因此，造成蓄电池储能系统占新能源发电装置在船舶电力系统集成的总成本的34％以上的局面，严重制约了新能源在船舶上的应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于超级电容高频补偿的船舶新能源发电系统，能够降低建设成本，提高整个系统的安全可靠性。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于超级电容高频补偿的船舶新能源发电系统，包括至少2种新能源发电装置、船用负载、能量管理系统和超级电容；其特征在于：
各新能源发电装置通过DC/AC变流器和变压器并网于Bus 2；超级电容通过由能量管理系统控制的双向AC/DC变流器并入Bus2；Bus3为船用负载供电；
所述的能量管理系统根据各新能源发电装置的功率预测输出特征曲线与船用负载功率预测输入特征曲线的和，得到船舶功率特征曲线，经傅里叶分解，提取船舶功率特征曲线中的高频分量，并驱动超级电容对所提取的高频分量进行功率补偿，降低新能源发电装置间歇性及船用负载突增突卸带来的柴油发电机功率突变，平滑船舶柴油发电机输出功率。
按上述方案，所述的新能源发电装置包括光伏发电装置、风能发电装置、燃料电池发电装置、波浪能发电装置、生物能发电装置中的至少2种。
按上述方案，所述的各新能源发电装置的功率预测输出特征曲线，通过各新能源的输出功率特征因数实时比对能量管理系统中船舶所在航线的各特征样本库，预测未来一定时间内的功率曲线而得到。
按上述方案，所述的高频分量为0.01Hz以上分量。
按上述方案，所述的超级电容的总容量根据船舶功率的平滑时间t和船舶功率特征曲线的最大瞬时高频突变量计算所得。
按上述方案，所述的双向AC/DC变流器采用双环控制策略，即外环功率控制、内环电流控制的控制方法；其中内环作为一个自动稳流电源，实现电感电流的自动调节；外环用于控制超级电容吸收或补充输出功率的波动成分，按能量管理系统的指定功率输出。
本发明的有益效果为：将超级电容替代蓄电池作为系统的功率缓冲装置，对船舶功率特性曲线中的高频分量进行功率补偿，有效的降低了建设成本，提高了整个系统的安全可靠性。
附图说明
图1为本发明一实施例的系统框架图。
图2为能量管理系统算法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种基于超级电容高频补偿的船舶新能源发电系统，包括至少2种新能源发电装置、船用负载、能量管理系统和超级电容；如图1和图2所示，各新能源发电装置通过DC/AC变流器和变压器并网于Bus 2；超级电容通过由能量管理系统控制的双向AC/DC变流器并入Bus2；Bus3为船用负载供电；本实施例中，还包括柴油发电机G1、G2并网于Bus1。如图2所示，所述的能量管理系统根据各新能源发电装置的功率预测输出特征曲线与船用负载功率预测输入特征曲线的和，得到船舶功率特征曲线，经傅里叶算法将船舶功率特征曲线分解到频率域，提取船舶功率特征曲线中的高频分量，并驱动超级电容对所提取的高频分量进行功率补偿，降低新能源发电装置间歇性及船用负载突增突卸带来的柴油发电机功率突变，平滑船舶柴油发电机输出功率。
所述的新能源发电装置包括光伏发电装置、风能发电装置、燃料电池发电装置、波浪能发电装置、生物能发电装置中的至少2种。为便于说明，本实施例中包括光伏发电装置、风能发电装置、燃料电池发电装置和波浪能发电装置。
所述的各新能源发电装置的功率预测输出特征曲线，通过各新能源的输出功率特征因数实时比对能量管理系统中船舶所在航线的各特征样本库，预测未来一定时间内的功率曲线而得到。在本实施例中，船舶功率特征曲线F＝FPV+FWind+FFC+FWave+Fload，其中，FPV、FWind、FFC、FWave分别为光伏、风力、燃料电池、波浪能预测功率输出特征曲线，Fload为船用总负载功率预测输入特性曲线。新能源预测功率输出曲线和船用总负载功率预测输入特性曲线是分别利用光照辐射度、风速、浪高浪速、燃料电池输出功率和船舶总负载功率等特征因数实时比对能量管理系统中该航线的各特征样本库，预测未来一定时间内(该时间为设定值，例如15min)的功率曲线。例如：光伏辐射度实时比对该航线样本库中辐射度样本，预测未来15min的光伏输出功率曲线。
本实施例中，所述的高频分量为0.01Hz以上分量。高频为一个相对值，通常高频分量的频率为0.01-1Hz波段功率分量，此处选取0.01Hz以上分量为设定值，也可以设定为其它高频分量。
所述的超级电容的总容量根据船舶功率的平滑时间t和船舶功率特征曲线的最大瞬时高频突变量计算所得。
所述的双向AC/DC变流器采用双环控制策略，即外环功率控制、内环电流控制的控制方法；其中内环作为一个自动稳流电源，实现电感电流的自动调节；外环用于控制超级电容吸收或补充输出功率的波动成分，按能量管理系统的指定功率输出。
本发明的工作原理：太阳能、风能、燃料电池和波浪能等新能源发电装置通过AD/DC变流器、变压器并网于Bus 2，能源管理系统根据各新能源发电装置的功率输出特征曲线和船用负载功率输入特征曲线，得到船舶功率特征曲线，经傅里叶分解，提取功率特征曲线中的高频分量，并驱动超级电容对提取的高频分量进行功率补偿，降低新能源发电装置间歇性及船用负载突增突卸带来的柴油发电机功率突变，实现平滑船舶柴油发电机输出功率的目的。
本发明装置特点：针对蓄电池储能系统在船舶新能源技术上的缺陷，将超级电容替代蓄电池作为系统的功率缓冲装置，有效的降低了建设成本，提高了整个系统的安全可靠性。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于超级电容高频补偿的船舶新能源发电系统，包括至少2种新能源发电装置、船用负载、能量管理系统和超级电容；其特征在于：
各新能源发电装置通过DC/AC变流器和变压器并网于Bus 2；超级电容通过由能量管理系统控制的双向AC/DC变流器并入Bus2；Bus3为船用负载供电；
所述的能量管理系统根据各新能源发电装置的功率预测输出特征曲线与船用负载功率预测输入特征曲线的和，得到船舶功率特征曲线，经傅里叶分解，提取船舶功率特征曲线中的高频分量，并驱动超级电容对所提取的高频分量进行功率补偿，降低新能源发电装置间歇性及船用负载突增突卸带来的柴油发电机功率突变，平滑船舶柴油发电机输出功率。
2.根据权利要求1所述的基于超级电容高频补偿的船舶新能源发电系统，其特征在于：所述的新能源发电装置包括光伏发电装置、风能发电装置、燃料电池发电装置、波浪能发电装置、生物能发电装置中的至少2种。
3.根据权利要求1所述的基于超级电容高频补偿的船舶新能源发电系统，其特征在于：所述的各新能源发电装置的功率预测输出特征曲线，通过各新能源的输出功率特征因数实时比对能量管理系统中船舶所在航线的各特征样本库，预测未来一定时间内的功率曲线而得到。
4.根据权利要求1所述的基于超级电容高频补偿的船舶新能源发电系统，其特征在于：所述的高频分量为0.01Hz以上分量。
5.根据权利要求1所述的基于超级电容高频补偿的船舶新能源发电系统，其特征在于：所述的超级电容的总容量根据船舶功率的平滑时间t和船舶功率特征曲线的最大瞬时高频突变量计算所得。
6.根据权利要求1或5所述的基于超级电容高频补偿的船舶新能源发电系统，其特征在于：所述的双向AC/DC变流器采用双环控制策略，即外环功率控制、内环电流控制的控制方法；其中内环作为一个自动稳流电源，实现电感电流的自动调节；外环用于控制超级电容吸收或补充输出功率的波动成分，按能量管理系统的指定功率输出。
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