CN110001906B - 船舶全电推进多电源复合利用系统以及供电方法 - Google Patents

船舶全电推进多电源复合利用系统以及供电方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种船舶全电推进多电源复合利用系统以及供电方法，船舶全电推进多电源复合利用系统包括上位计算机、PLC控制单元、电池管理单元、电源变换模块、直流母线排、左推进电机单元、右推进电机单元、柴油发电系统、岸电系统、风力发电系统、太阳能发电系统、第一储能单元和第二储能单元。优点为：本发明的多类型能源复合利用全电推进系统，推进系统的设计与控制更加灵活，成为绿色能源在船舶上综合利用的重要发展方向。弥补低速工况、频繁变动工况动力性和经济性不足，运行工况范围不受限，具有节能、低排放、最低耗油率、推进系统结构简化的优势。

Description

船舶全电推进多电源复合利用系统以及供电方法
技术领域
本发明属于船舶供电配置优化技术领域，具体涉及一种船舶全电推进多电源复合利用系统以及供电方法。
背景技术
船舶环保、节能减排是世界性主题，新能源综合利用是航运领域研究的热点与发展方向。IMO统计数据表明，船舶行业消耗燃油约2.5亿吨/年，船舶废气污染占整个大气污染约10％，部分港口城市甚至高达40％，而硫氧化物年排放量占全球排放总量约13％。目前，燃油仍是船舶的主导能源，因此，这对船舶的节能减排、增效技术提出了新的挑战。如何在保证船舶正常性能的条件下，尽量降低船舶动力消耗，是目前迫切需要解决的事情。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种船舶全电推进多电源复合利用系统以及供电方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种船舶全电推进多电源复合利用系统，包括上位计算机、PLC控制单元、电池管理单元、电源变换模块、直流母线排、左推进电机单元、右推进电机单元、柴油发电系统、岸电系统、风力发电系统、太阳能发电系统、第一储能单元和第二储能单元；
所述上位计算机、所述PLC控制单元、所述电池管理单元和所述电源变换模块通过现场总线联网实现信息共享；
所述直流母线排按从一侧向另一侧方向，串联设置第11隔离开关(ACB11)互锁点和第12隔离开关(ACB12)，从而将所述直流母线排划分为四段，所述直流母线排端点到所述第11隔离开关(ACB11)之间为第1段直流母线排；所述第11隔离开关(ACB11)到所述互锁点之间为第2段直流母线排；所述互锁点到所述第12隔离开关(ACB12)之间为第3段直流母线排；所述第12隔离开关(ACB12)到所述直流母线排另一端点之间为第4段直流母线排；
所述左推进电机单元和所述第一储能单元并联接入所述第1段直流母线排；所述风力发电系统并联接入所述第2段直流母线排；所述柴油发电系统和所述岸电系统并联接入所述互锁点；所述太阳能发电系统并联接入所述第3段直流母线排；所述右推进电机单元和所述第二储能单元并联接入所述第4段直流母线排；
其中，所述第一储能单元包括：第1锂电池组、第4开关(ACB4)和第5直流调压模块(DC5/DC5)；所述第1锂电池组依次通过所述第4开关(ACB4)和所述第5直流调压模块(DC5/DC5)后，并联接入所述第1段直流母线排；
所述风力发电系统包括风力机、增速齿轮、风力永磁发电机、第9整流调压模块(AC9/DC9)和第7开关(ACB7)；所述风力机经所述增速齿轮连接到所述风力永磁发电机；所述风力永磁发电机经所述第9整流调压模块(AC9/DC9)和所述第7开关(ACB7)后，并联接入所述第2段直流母线排；并且，所述第9整流调压模块(AC9/DC9)的输出端还通过第10开关(ACB10)连接到所述第1锂电池组的充电端；
所述左推进电机单元包括左推进电机、第2-1开关(ACB2.1)和第1逆变模块(DC1/AC1)；所述左推进电机依次通过所述第2-1开关(ACB2.1)和所述第1逆变模块(DC1/AC1)后，并联接入所述第1段直流母线排；
所述第二储能单元包括：第2锂电池组、第5开关(ACB5)和第8直流调压模块(DC8/DC8)；所述第2锂电池组依次通过所述第5开关(ACB5)和所述第8直流调压模块(DC8/DC8)后，并联接入所述第4段直流母线排；
所述太阳能发电系统包括太阳能电池板、第10直流调压模块(DC10/DC10)和第8开关(ACB8)；所述太阳能电池板的输出端依次通过所述第10直流调压模块(DC10/DC10)和所述第8开关(ACB8)后，并联接入所述第3段直流母线排；并且，所述第10直流调压模块(DC10/DC10)的输出端还通过第9开关(ACB9)连接到所述第2锂电池组的充电端；
所述右推进电机单元包括右推进电机、第3-2开关(ACB3.2)和第4逆变模块(DC4/AC4)；所述右推进电机依次通过所述第3-2开关(ACB3.2)和所述第4逆变模块(DC4/AC4)后，并联接入所述第4段直流母线排；
所述岸电系统包括岸电箱、第6整流调压模块(AC6/DC6)和第6开关(ACB6)；所述岸电箱的一端用于与岸电连接；所述岸电箱的另一端依次通过所述第6整流调压模块(AC6/DC6)和所述第6开关(ACB6)后，并联接入所述互锁点；
所述柴油发电系统包括：直流母线供电单元、左推进电机供电单元和右推进电机供电单元；所述直流母线供电单元包括：柴油发电机组、第1开关(ACB1.0)、第7整流调压模块(AC7/DC7)和第1-1开关(ACB1.1)；所述柴油发电机组的发电端依次通过所述第1开关(ACB1.0)、所述第7整流调压模块(AC7/DC7)和所述第1-1开关(ACB1.1)后，并联接入所述互锁点；其中，所述第6开关(ACB6)和所述第1-1开关(ACB1.1)存在互锁关系；
所述左推进电机供电单元包括：所述第1开关(ACB1.0)、第2交流变换模块(AC2/AC2)和第2-2开关(ACB2.2)；所述柴油发电机组的发电端依次通过所述第1开关(ACB1.0)、所述第2交流变换模块(AC2/AC2)和所述第2-2开关(ACB2.2)后，连接到左推进电机的用电端；
所述右推进电机供电单元包括：所述第1开关(ACB1.0)、第3交流变换模块(AC3/AC3)和第3-1开关(ACB3.1)；所述柴油发电机组的发电端依次通过所述第1开关(ACB1.0)、所述第3交流变换模块(AC3/AC3)和所述第3-1开关(ACB3.1)后，连接到右推进电机的用电端；
所述电池管理单元分别与所述第1锂电池组和所述第2锂电池组连接；
所述电源变换模块分别与所述第1逆变模块(DC1/AC1)、所述第2交流变换模块(AC2/AC2)、所述第3交流变换模块(AC3/AC3)、所述第4逆变模块(DC4/AC4)、所述第5直流调压模块(DC5/DC5)、所述第6整流调压模块(AC6/DC6)、所述第7整流调压模块(AC7/DC7)、所述第8直流调压模块(DC8/DC8)、所述第9整流调压模块(AC9/DC9)和所述第10直流调压模块(DC10/DC10)连接；
所述PLC控制单元分别与所述第1开关(ACB1.0)、所述第1-1开关(ACB1.1)、所述第2-1开关(ACB2.1)、所述第2-2开关(ACB2.2)、所述第3-1开关(ACB3.1)、所述第3-2开关(ACB3.2)、所述第4开关(ACB4)、所述第5开关(ACB5)、所述第6开关(ACB6)、所述第7开关(ACB7)、所述第8开关(ACB8)、所述第9开关(ACB9)、所述第10开关(ACB10)、所述第11隔离开关(ACB11)和所述第12隔离开关(ACB12)连接。
优选的，还包括LCD液晶显示屏和带无线WIFI的TP触摸屏；所述LCD液晶显示屏和所述带无线WIFI的TP触摸屏分别接入所述现场总线。
优选的，所述第1开关(ACB1.0)、所述第1-1开关(ACB1.1)、所述第2-1开关(ACB2.1)、所述第2-2开关(ACB2.2)、所述第3-1开关(ACB3.1)、所述第3-2开关(ACB3.2)、所述第4开关(ACB4)、所述第5开关(ACB5)、所述第6开关(ACB6)、所述第7开关(ACB7)、所述第8开关(ACB8)、所述第9开关(ACB9)、所述第10开关(ACB10)、所述第11隔离开关(ACB11)和所述第12隔离开关(ACB12)均为空气断路器。
本发明还提供一种基于船舶全电推进多电源复合利用系统的供电方法，太阳能、风能、岸电、锂电池和柴油发电机组联合供电方式包括：太阳能发电和风能发电综合供电模式、船舶靠岸停泊工况时的供电模式、柴油发电机供电模式和锂电池充放电模式；
(一)太阳能发电和风能发电综合供电模式包括：
1)太阳能电池板发出的电通过直流并网操作并网在直流母线排上，再向右推进电机供电，方法为：
所有的太阳能电池板捕集阳光转化为电能，经串并联后获得所需的电压，集中到第10直流调压模块(DC10/DC10)进行电压调整，变换成直流母线电压所需电压等级，再经第8开关(ACB8)后并网在直流母线排上；然后，经第12隔离开关(ACB12)后，再通过第4逆变模块(DC4/AC4)转换为三相交流电60HZ、690VAC，经第3-2开关(ACB3.2)供电给右推进电机；
2)太阳能电池板发出的电直接向第2锂电池组充电，方法为：
所有的太阳能电池板捕集阳光转化为电能，经串并联后获得所需的电压，集中到第10直流调压模块(DC10/DC10)进行电压调整，变换成第2锂电池组所需电压等级，再通过第9开关(ACB9)向第2锂电池组充电；
3)风力发电通过直流并网操作并网在直流母线排上，再向左推进电机供电，方法为：
风力机采用垂直轴型式，布置在船头桅杆上和船尾立柱上，风力机吸收风能，经增速齿轮连接风力永磁发电机，带动风力永磁发电机旋转发电，风力永磁发电机发的电经过第9整流调压模块(AC9/DC9)整流调压，变换成直流母线所需电压等级，再经第7开关(ACB7)后并网在直流母线排上；然后，经第11隔离开关(ACB11)后，再通过第1逆变模块(DC1/AC1)转换为三相交流电60HZ、690VAC，经第2-1开关(ACB2.1)供电给左推进电机；
4)风力机发出的电直接向第1锂电池组充电，方法为：
风力机吸收风能，经增速齿轮连接风力永磁发电机，带动风力永磁发电机旋转发电，风力永磁发电机发的电经过第9整流调压模块(AC9/DC9)整流调压，变换成第1锂电池组所需电压等级，再通过第10开关(ACB10)向第1锂电池组充电；
(二)船舶靠岸停泊工况时的供电模式包括：
1)船舶靠岸停泊期间，太阳能继续向第2锂电池组均衡充电；风能继续向向第1锂电池组均衡充电；
2)岸电供的电通过直流并网操作并网在直流母线排上，然后，一方面给全船供电；另一方面，向第1锂电池组和第2锂电池组均衡充电，方法为：
岸电供电和柴油发电机组供电两者存在互锁，在同一时间，只能选择一个并网在直流母线排上；
岸电供的电通过以下方式并网在直流母线排上：船舶靠岸停泊期间，岸电经岸电箱后，通过第6整流调压模块(AC6/DC6)进行整流和电压调整，变换成直流母线电压所需电压等级，再经第6开关(ACB6)后并网在直流母线排上；然后，一方面给全船供电；另一方面，岸电供的电并网在直流母线排上后，分为两个支路，一个支路经过第11开关(ACB11)后，再通过第5直流调压模块(DC5/DC5)调压到第1锂电池组充电电压，再通过第4开关(ACB4)向第1锂电池组充电；另一个支路经过第12开关(ACB12)后，再通过第8直流调压模块(DC8/DC8)调压到第2锂电池组充电电压，再通过第5开关(ACB5)向第2锂电池组充电；
(三)柴油发电机供电模式包括：
船舶在长时间巡航或作业工况，锂电池组供电能力不足时，柴油发电机组起动并投入工作，船舶用电以柴油发电机组发电为主；在此过程中，太阳能继续向第2锂电池组均衡充电；风能继续向向第1锂电池组均衡充电；
其中，柴油发电机组起动并投入工作包括：
1)柴油发电机组供的电通过直流并网操作并网在直流母线排上，再分别向第1锂电池组和第2锂电池组均衡充电，方法为：
柴油发电机组(DE-G)发出的三相交流电450V经第1开关(ACB1.0)后，再通过第7整流调压模块(AC7/DC7)进行整流和电压调整，变换成直流母线电压所需电压等级，再经第1-1开关(ACB1.1)后并网在直流母线排上；
柴油发电机组供的电并网在直流母线排上后，分为两个支路，一个支路经过第11隔离开关(ACB11)、再通过第5直流调压模块(DC5/DC5)调压到第1锂电池组充电电压，再通过第4开关(ACB4)向第1锂电池组充电；另一个支路经过第12隔离开关(ACB12)、再通过第8直流调压模块(DC8/DC8)调压到第2锂电池组充电电压，再通过第5开关(ACB5)向第2锂电池组充电；
2)柴油发电机组发的电直接向左推进电机和右推进电机供电，方法为：
柴油发电机组(DE-G)发出的三相交流电450V经第1开关(ACB1.0)后，分为两个支路，一个支路的电通过第2交流变换模块(AC2/AC2)调压成三相交流电60HZ、690VAC，再通过第2-2开关(ACB2.2)直接供电给左推进电机；另一个支路的电通过第3交流变换模块(AC3/AC3)调压成三相交流电60HZ、690VAC，再通过第3-1开关(ACB3.1)直接供电给右推进电机；
(四)锂电池充放电模式包括：
1)锂电池充放电工况：
第一储能单元和第二储能单元为两个独立单元，可互为切换；第5直流调压模块(DC5/DC5)为可逆直流调压模块，用于向第1锂电池组充电和放电；第8直流调压模块(DC8/DC8)为可逆直流调压模块，用于向第2锂电池组充电和放电；
锂电池充电工况具体包括：
1a)风力发电并网在直流母线排上后，向第1锂电池组充电；
2a)太阳能电池板发出的电并网在直流母线排上后，向第2锂电池组充电；
3a)柴油发电机组供的电并网在直流母线排上后，分别向第1锂电池组和第2锂电池组充电；
4a)左推进电机制动状态，再生制动发的电经第5直流调压模块(DC5/DC5)调压到第1锂电池组充电电压，再通过第4开关(ACB4)向第1锂电池组充电；
右推进电机制动状态，再生制动发的电经第8直流调压模块(DC8/DC8)调压到第2锂电池组充电电压，再通过第5开关(ACB5)向第2锂电池组充电；
5a)船舶靠岸停泊期间，岸电供的电并网在直流母线排上后，分别向第1锂电池组和第2锂电池组充电；
电池管理单元控制向第1锂电池组或第2锂电池组的充电操作，防止过充；
2)锂电池放电工况具体包括：
电池管理单元控制第1锂电池组和第2锂电池组的放电操作，保证按需供电，防止过度放电：
第1锂电池组的电能经第4开关(ACB4)后，再通过第5直流调压模块(DC5/DC5)变换成船舶直流母线电压690V-710V等级，再通过第1逆变模块(DC1/AC1)变换成三相交流电60HZ、690VAC，再通过第2-1开关(ACB2.1)直接就近供电给左推进电机；
第2锂电池组的电能经第5开关(ACB5)后，再通过第8直流调压模块(DC8/DC8)变换成船舶直流母线电压690V-710V等级，再通过第4逆变模块(DC4/AC4)变换成三相交流电60HZ、690VAC，再通过第3-2开关(ACB3.2)直接就近供电给右推进电机。
本发明提供的船舶全电推进多电源复合利用系统以及供电方法具有以下优点：
本发明的多类型能源复合利用全电推进系统弥补低速工况、频繁变动工况动力性和经济性不足，运行工况范围不受限，具有节能、低排放、最低耗油率、推进系统结构简化的优势。
附图说明
图1为本发明提供的螺旋桨直驱全电推进多电源复合利用系统图；
图2为本发明提供的全回转舵桨全电推进多电源复合利用系统图；
图3为本发明提供的多类型电源供电拓扑图；
图4为本发明提供的太阳能发电和风能发电综合供电模式的流程图；
图5为本发明提供的船舶靠岸停泊工况时的供电模式的流程图；
图6为本发明提供的锂电池充放电模式的流程图；
图7为本发明提供的柴油发电机组起动控制的流程图；
图8为本发明提供的柴油发电机组供电管理的流程图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
节能减排技术、全电推进化成为船舶低耗油率目标实现的重要途径，船舶节能减排最直接最有效的举措是降低燃油消耗，而船舶节油措施包括提高燃烧热效率和绿色能源利用，但提高柴油机热效率几乎达到了极限，通过柴油机减少废气排放已经不能满足最新法规的要求，于是出现了船用低硫燃油、天然气LNG、脱硫塔、脱硝SCR、岸电、风能、太阳能、波浪能等在船上的应用，已成为当今的研究热点。关于这方面的文献很多，尤其是混合动力船舶的研究资料多，但关于柴电机组发电、岸电、蓄电池储能、风能、太阳能及推进可逆电机能量回馈的综合利用尚未出现，本发明不是柴电混合动力类型，而是全电推进多能源复合利用的一种创新系统。
现有技术中，普遍具有以下问题：
(1)船舶油电混合动力多局限于柴油机推进与电推联合、柴油发电机组与蓄电池的联合，而不是以风光储综合利用实现柴油机耗油率最优控制的目标。
(2)油电混合动力多以柴油机为主，绿色能源与储能没有充分利用发挥出来。
(3)柴油发电机组、蓄电池、风能太阳能不同类型能源整合在一起，其电网与控制复杂，造成难以实船推广应用。
(4)国际海事组织(IMO)通过的船舶燃油硫含量≤0.5％的限制公约于2020年1月1日实施，并将燃油含硫量≤0.1％适用标准扩大到12海里领海范围内，这加强了船舶节能减排必须采取的措施是尽量减少燃油消耗，这促使船舶节油需要寻找绿色可替代能源。
绿色航运、船舶环保、节能减排已成为国际社会共同责任！本发明针对船舶全电推进绿色能源复合利用节能减排系统设计，解决船舶最大限度的省油降耗、交直流混合母线电网复杂设计、最优控制技术的发明创造是非常必要的、具有推广应用价值。
船舶全电推进系统设计方法利用风光储及柴油发电机组实现船舶节能减排具有社会效益和经济意义。因此，本发明利用风光储绿色能源实现节能减排，填补本领域节能降耗技术上的空白。本发明涉及拖轮、工程船等船舶新能源综合利用全电推进系统、风光储及其节能减排在船上的应用领域。
本发明所解决的关键问题为：
(1)解决船舶变工况耗油率优化及功率不稳定问题。
(2)利用风光储降低船舶油耗，解决船舶节能减排的问题。
(3)解决风能、太阳能、岸电、蓄电池储能及柴油发电机组不同类型能源交直流并网复杂控制的难题。
本发明优点为：
(1)电动推进取代柴油推进，使推进系统的设计与控制更加灵活，成为绿色能源在船舶上综合利用的重要发展方向。
(2)由于省略了主机，只有柴油发电机组，加上绿色能源、储能的综合利用，使发电柴油机呈现小型化，优化了机舱结构，成为船舶节能降耗的必然选择。
(3)本发明的多类型能源复合利用全电推进系统弥补低速工况、频繁变动工况动力性和经济性不足，运行工况范围不受限，具有节能、低排放、最低耗油率、推进系统结构简化的优势。
(4)本发明的多类型能源复合利用全电推进系统，在低负荷和高负荷工况下维持柴油机或全电系统的最佳效率。
(5)本发明的电源变换模块AC/DC、DC/DC都是双向可控可逆的，
Figure BDA0002044732120000081
Figure BDA0002044732120000082
整流模块与逆变模块分布式组合优化不同类型能源的交直流并网，提高系统的灵活性和功能性。
本发明的组成及工作原理：
(Ⅰ)船舶全电推进多电源复合利用系统
本发明船舶全电推进多电源复合利用系统结构及组成如图1和图2所示：图1为双桨双舵直接推进型船舶，图2为全回转舵桨型船舶，全回转舵桨包括对转桨、L型和Z型推进器。
船舶全电推进多电源复合利用系统包括上位计算机、PLC控制单元、电池管理单元、电源变换模块、直流母线排、左推进电机单元、右推进电机单元、柴油发电系统、岸电系统、风力发电系统、太阳能发电系统、第一储能单元和第二储能单元；还包括LCD液晶显示屏和带无线WIFI的TP触摸屏；所述LCD液晶显示屏和所述带无线WIFI的TP触摸屏分别接入所述现场总线。
各部分主要功能和作用为：
(1)管理与监控系统包括上位计算机、LCD液晶显示屏、带无线WIFI的TP触摸屏和PLC控制单元、电池管理单元，通过现场总线Profibus.net联网实现信息共享。
(2)动力与发电系统包括两套螺旋桨直驱型推进器或全回转舵桨推进器、两套变频推进电机、一套柴油发电机组、一套风力发电系统、一套太阳能发电系统、一套岸电箱、两套储能电池组。
(3)交直流母线系统包括15个ACB框架式空气断路器、2个可控逆变模块DC→AC、3个可控整流模块AC→DC、两个可控交流变换模块AC/AC、3个可控直流变换模块DC/DC。
其中，管理与监控系统的功能如下：
(1)上位计算机实现整个系统的管理与监控，集中了PLC控制单元、运动控制单元及电源变换模块、电池管理单元的所有信息，实现信息共享，能源调度。
(2)LCD液晶显示屏用于系统的集中监测报警，显示设备运行状态、参数值、报警值、预警，实现声光报警及安全保护。
(3)TP触摸屏为便携式可移动显示与操作面板，带无线WIFI，可与热点设备自动联网，读取实时数据，用于值班巡视检查。
(4)PLC控制单元实现系统的逻辑控制与管理，读取推进器、推进电机、柴油发电机组、岸电设备、风力发电设备、太阳能发电单元及储能电池的信息，并对它们进行投入/切除控制、并网程序管理。
(5)运动控制单元及电源变换模块集中管理整流-逆变双向模块AC/DC、交流变换模块AC/AC和直流变换模块DC/DC，控制能量的双向传输，实现能量优化利用。
(6)电池管理单元监控锂电池状态、控制充放电及电池组的电压均衡管理。
图1和图2的硬件构成及设计参数：
①PLC控制单元：电源模块、s7-1500PLC CPU模块、通讯CP模块、数字量输入DI模块、模拟量输入AI模块、数字量输出DO模块、模拟量输出AO、扩展模块ET-200
②运动控制及电源变换模块控制单元：电源模块、运动控制CPU D435模块、3个ALM模块AC→DC、2个滤波电抗器、两个电机驱动DC→AC模块PM、2个CU320模块AC/AC、2个S120模块DC/DC。
③电池管理单元：显示电池参数和曲线的面板、嵌入式控制器。
④其它硬件设计：单台推进电机功率1000kW、690VAC、60HZ，单套锂电池组容量2500kWh、电压450VDC、重量约20吨。柴油发电机组功率2000kW、60HZ、450VAC。交流共母线排电压等级690VAC、60HZ，直流共母线排电压等级690-710VDC。
(Ⅱ)船舶全电推进多电源复合利用系统设计
所述直流母线排按从一侧向另一侧方向，串联设置第11隔离开关ACB11互锁点和第12隔离开关ACB12，从而将所述直流母线排划分为四段，所述直流母线排端点到所述第11隔离开关ACB11之间为第1段直流母线排；所述第11隔离开关ACB11到所述互锁点之间为第2段直流母线排；所述互锁点到所述第12隔离开关ACB12之间为第3段直流母线排；所述第12隔离开关ACB12到所述直流母线排另一端点之间为第4段直流母线排；
所述左推进电机单元和所述第一储能单元并联接入所述第1段直流母线排；所述风力发电系统并联接入所述第2段直流母线排；所述柴油发电系统和所述岸电系统并联接入所述互锁点；所述太阳能发电系统并联接入所述第3段直流母线排；所述右推进电机单元和所述第二储能单元并联接入所述第4段直流母线排；
其中，所述第一储能单元包括：第1锂电池组、第4开关ACB4和第5直流调压模块DC5/DC5；所述第1锂电池组依次通过所述第4开关ACB4和所述第5直流调压模块DC5/DC5后，并联接入所述第1段直流母线排；
所述风力发电系统包括风力机、增速齿轮、风力永磁发电机、第9整流调压模块AC9/DC9和第7开关ACB7；所述风力机经所述增速齿轮连接到所述风力永磁发电机；所述风力永磁发电机经所述第9整流调压模块AC9/DC9和所述第7开关ACB7后，并联接入所述第2段直流母线排；并且，所述第9整流调压模块AC9/DC9的输出端还通过第10开关ACB10连接到所述第1锂电池组的充电端；
所述左推进电机单元包括左推进电机、第2-1开关ACB2.1和第1逆变模块DC1/AC1；所述左推进电机依次通过所述第2-1开关ACB2.1和所述第1逆变模块DC1/AC1后，并联接入所述第1段直流母线排；
所述第二储能单元包括：第2锂电池组、第5开关ACB5和第8直流调压模块DC8/DC8；所述第2锂电池组依次通过所述第5开关ACB5和所述第8直流调压模块DC8/DC8后，并联接入所述第4段直流母线排；
所述太阳能发电系统包括太阳能电池板、第10直流调压模块DC10/DC10和第8开关ACB8；所述太阳能电池板的输出端依次通过所述第10直流调压模块DC10/DC10和所述第8开关ACB8后，并联接入所述第3段直流母线排；并且，所述第10直流调压模块DC10/DC10的输出端还通过第9开关ACB9连接到所述第2锂电池组的充电端；
所述右推进电机单元包括右推进电机、第3-2开关ACB3.2和第4逆变模块DC4/AC4；所述右推进电机依次通过所述第3-2开关ACB3.2和所述第4逆变模块DC4/AC4后，并联接入所述第4段直流母线排；
所述岸电系统包括岸电箱、第6整流调压模块AC6/DC6和第6开关ACB6；所述岸电箱的一端用于与岸电连接；所述岸电箱的另一端依次通过所述第6整流调压模块AC6/DC6和所述第6开关ACB6后，并联接入所述互锁点；
所述柴油发电系统包括：直流母线供电单元、左推进电机供电单元和右推进电机供电单元；所述直流母线供电单元包括：柴油发电机组、第1开关ACB1.0、第7整流调压模块AC7/DC7和第1-1开关ACB1.1；所述柴油发电机组的发电端依次通过所述第1开关ACB1.0、所述第7整流调压模块AC7/DC7和所述第1-1开关ACB1.1后，并联接入所述互锁点；其中，所述第6开关ACB6和所述第1-1开关ACB1.1存在互锁关系；
所述左推进电机供电单元包括：所述第1开关ACB1.0、第2交流变换模块AC2/AC2和第2-2开关ACB2.2；所述柴油发电机组的发电端依次通过所述第1开关ACB1.0、所述第2交流变换模块AC2/AC2和所述第2-2开关ACB2.2后，连接到左推进电机的用电端；
所述右推进电机供电单元包括：所述第1开关ACB1.0、第3交流变换模块AC3/AC3和第3-1开关ACB3.1；所述柴油发电机组的发电端依次通过所述第1开关ACB1.0、所述第3交流变换模块AC3/AC3和所述第3-1开关ACB3.1后，连接到右推进电机的用电端；
所述电池管理单元分别与所述第1锂电池组和所述第2锂电池组连接；
所述电源变换模块分别与所述第1逆变模块DC1/AC1、所述第2交流变换模块AC2/AC2、所述第3交流变换模块AC3/AC3、所述第4逆变模块DC4/AC4、所述第5直流调压模块DC5/DC5、所述第6整流调压模块AC6/DC6、所述第7整流调压模块AC7/DC7、所述第8直流调压模块DC8/DC8、所述第9整流调压模块AC9/DC9和所述第10直流调压模块DC10/DC10连接；
所述PLC控制单元分别与所述第1开关ACB1.0、所述第1-1开关ACB1.1、所述第2-1开关ACB2.1、所述第2-2开关ACB2.2、所述第3-1开关ACB3.1、所述第3-2开关ACB3.2、所述第4开关ACB4、所述第5开关ACB5、所述第6开关ACB6、所述第7开关ACB7、所述第8开关ACB8、所述第9开关ACB9、所述第10开关ACB10、所述第11隔离开关ACB11和所述第12隔离开关ACB12连接。其中，所述第1开关ACB1.0、所述第1-1开关ACB1.1、所述第2-1开关ACB2.1、所述第2-2开关ACB2.2、所述第3-1开关ACB3.1、所述第3-2开关ACB3.2、所述第4开关ACB4、所述第5开关ACB5、所述第6开关ACB6、所述第7开关ACB7、所述第8开关ACB8、所述第9开关ACB9、所述第10开关ACB10、所述第11隔离开关ACB11和所述第12隔离开关ACB12均为空气断路器。
太阳能、风能、岸电、锂电池和柴油发电机组联合供电方式包括：太阳能发电和风能发电综合供电模式、船舶靠岸停泊工况时的供电模式、柴油发电机供电模式和锂电池充放电模式。需要强调的是，本发明这四种模式不是完全独立的，根据实际控制需要，可灵活交叉运行。
图3所示太阳能、风能、岸电、锂蓄电池和柴油发电机组供电拓扑图：
太阳能发电和风力发电既可通过电源变换模块给1#和2#锂电池组充电，也可通过电源变换模块并网在直流母线排上。岸电供电和柴油发电机组供电两者存在互锁，只能选择一个供电，通过整流模块并网在直流母线排上。公共直流母线排上并网的开关合闸时必须执行直流母线并网程序。直流公共母线可给锂电池组供电，当同时给1#和2#锂电池组供电时，开关合闸时必须执行直流母线并网程序。锂电池组和公共直流母线给推进电机供电时，公用逆变模块DC→AC，锂电池组和公共直流母线的开关合闸时必须执行直流母线并网程序。柴油发电机组和锂电池组通过交流母线联合给推进电机供电，供电开关合闸时必须执行交流母线并网程序。图3所示的多电源综合供电交直流电网拓扑结构，功能灵活，供电可重构冗余性高，可靠性高。
参考图1和图2，下面分别对太阳能发电和风能发电综合供电模式、船舶靠岸停泊工况时的供电模式、柴油发电机供电模式和锂电池充放电模式详细介绍：
(一)太阳能发电和风能发电综合供电模式
1)太阳能电池板发出的电通过直流并网操作并网在直流母线排上，再向右推进电机供电，方法为：
太阳能电池板安装在船舶上层建筑周围和顶部，拖轮、工程船露天甲板用太阳能电池板做防雨顶棚，所有的太阳能电池板捕集阳光转化为电能，经串并联后获得所需的电压，集中到第10直流调压模块DC10/DC10进行电压调整，变换成直流母线电压所需电压等级，再经第8开关ACB8后并网在直流母线排上；然后，经第12隔离开关ACB12后，再通过第4逆变模块DC4/AC4转换为三相交流电60HZ、690VAC，经第3-2开关ACB3.2供电给右推进电机；
2)太阳能电池板发出的电直接向第2锂电池组充电，方法为：
所有的太阳能电池板捕集阳光转化为电能，经串并联后获得所需的电压，集中到第10直流调压模块DC10/DC10进行电压调整，变换成第2锂电池组所需电压等级，再通过第9开关ACB9向第2锂电池组充电；
船舶甲板上布置的太阳能电池板采用柔性薄膜型太阳能电池板，这样收放方便，不影响甲板作业。太阳能电池板捕集阳光转化为电能，通过串并联获得所需的电压，经直流调压模块DC10/DC10变换成直流母线电压和锂电池所需电压等级，电池管理单元控制锂电池的充放电程序，防止过充或过度放电。
3)风力发电通过直流并网操作并网在直流母线排上，再向左推进电机供电，方法为：
风力机采用垂直轴型式，布置在船头桅杆上和船尾立柱上，风力机吸收风能，经增速齿轮连接风力永磁发电机，带动风力永磁发电机旋转发电，风力永磁发电机发的电经过第9整流调压模块AC9/DC9整流调压，变换成直流母线所需电压等级，再经第7开关ACB7后并网在直流母线排上；然后，经第11隔离开关ACB11后，再通过第1逆变模块DC1/AC1转换为三相交流电60HZ、690VAC，经第2-1开关ACB2.1供电给左推进电机；
4)风力机发出的电直接向第1锂电池组充电，方法为：
风力机吸收风能，经增速齿轮连接风力永磁发电机，带动风力永磁发电机旋转发电，风力永磁发电机发的电经过第9整流调压模块AC9/DC9整流调压，变换成第1锂电池组所需电压等级，再通过第10开关ACB10向第1锂电池组充电；
垂直轴风力发电机吸收风能，带动永磁发电机PG旋转发电，PG发的电不稳定，需要经过第9整流调压模块AC9/DC9整流调压变换成直流母线和锂电池所需电压等级，电池管理单元控制锂电池的充放电程序，防止过充或过度放电。
太阳能发电和风能发电综合供电模式，具体实现方法包括：
PLC控制单元、电池管理单元和电源变换模块之间通过现场总线profibus.net网络化联系在一起，进行资源共享。PLC控制单元执行强电功能，根据上位计算机管理程序，PLC控制主开关ACB的合闸与分闸。电池管理单元管理第1锂电池组和第2锂电池组的充电、放电及电压均衡。电源变换模块进行风力发电与太阳能发电输出的直流侧调压，控制风力发电的第9整流调压模块AC9/DC9和太阳能发电的第10直流调压模块DC10/DC10给锂电池组提供合适的充电电压，为风力发电与太阳能发电直流公母线并网提供合适的电压。PLC控制风力发电与太阳能发电并网直流共母线排操作，并网的直流电必须电压大小相等、极性相同，PLC鉴别并网条件是否满足并做出相应的调整。
参考图4，具体步骤如下：
步骤1.1，电池管理单元检测第1锂电池组和第2锂电池组是否充满电；如果没有充满电，则继续执行步骤1.2；如果充满电，则执行步骤1.3；
步骤1.2，电源变换模块对第9整流调压模块AC9/DC9进行调节控制，使第9整流调压模块AC9/DC9输出满足第1锂电池组充电要求的电压；然后，PLC控制单元发出指令，使第10开关ACB10合闸，进而实现风能向第1锂电池组充电；
电源变换模块对第10直流调压模块DC10/DC10进行调节控制，使第10直流调压模块DC10/DC10输出满足第2锂电池组充电要求的电压；然后，PLC控制单元发出指令，使第9开关ACB9合闸，进而实现太阳能向第2锂电池组充电；
步骤1.3，当充满电后，PLC控制单元发出指令，使第10开关ACB10和第9开关ACB9分闸，停止向第1锂电池组和第2锂电池组充电；
步骤1.4，PLC控制单元通过以下方式执行太阳能风能与直流母线排的并网操作：
步骤1.4.1，PLC控制单元判断直流母线排是否有电，如果没有电，PLC控制单元控制第7开关ACB7和第8开关ACB8直接合闸送电；如果有电，则执行步骤1.4.2；
步骤1.4.2，电源变换模块对第9整流调压模块AC9/DC9进行调节控制，使第9整流调压模块AC9/DC9输出与直流母线排的电压值相等、极性相同的直流电，为690～710VDC；
电源变换模块对第10直流调压模块DC10/DC10进行调节控制，使第10直流调压模块DC10/DC10输出与直流母线排的电压值相等、极性相同的直流电，为690～710VDC；
步骤1.4.3，PLC控制单元鉴别太阳能和风能调压后输出的直流电是否满足并网条件，如果满足，PLC控制单元发出指令，使第7开关ACB7和第8开关ACB8同时合闸并网在直流母线排上送电。
(二)船舶靠岸停泊工况时的供电模式包括：
1)船舶靠岸停泊期间，太阳能继续向第2锂电池组均衡充电；风能继续向向第1锂电池组均衡充电；
2)岸电供的电通过直流并网操作并网在直流母线排上，然后，一方面给全船供电；另一方面，向第1锂电池组和第2锂电池组均衡充电，方法为：
岸电供电和柴油发电机组供电两者存在互锁，在同一时间，只能选择一个并网在直流母线排上；
岸电供的电通过以下方式并网在直流母线排上：船舶靠岸停泊期间，岸电经岸电箱后，通过第6整流调压模块AC6/DC6进行整流和电压调整，变换成直流母线电压所需电压等级，再经第6开关ACB6后并网在直流母线排上；然后，一方面给全船供电，主要用于照明、生活用电等；另一方面，岸电供的电并网在直流母线排上后，分为两个支路，一个支路经过第11开关ACB11后，再通过第5直流调压模块DC5/DC5调压到第1锂电池组充电电压，再通过第4开关ACB4向第1锂电池组充电；另一个支路经过第12开关ACB12后，再通过第8直流调压模块DC8/DC8调压到第2锂电池组充电电压，再通过第5开关ACB5向第2锂电池组充电；
船舶靠岸停泊工况时的供电模式，参考图5，具体实现方法包括：
步骤2.1，岸电开关，即第6开关ACB6与柴油发电机组开关，即：第1-1开关ACB1.1存在互锁关系，第6开关ACB6与第1-1开关ACB1.1两者不能同时合闸且只能选择其中一个供电。实现方式为：第6开关ACB6的常闭辅助触点串联在第1-1开关ACB1.1的合闸电路或第1-1开关ACB1.1的失压保护电路，第1-1开关ACB1.1的常闭辅助触点串联在第6开关ACB6的合闸电路或第6开关ACB6的失压保护电路，从而实现第6开关ACB6与第1-1开关ACB1.1之间的互锁关系，防止第6开关ACB6与第1-1开关ACB1.1同时合闸，避免岸电与柴油发电机组同时供电；
步骤2.2，船舶靠岸停泊期间，停止柴油发电机组工作并接岸电，岸电箱接上岸电后，PLC控制单元检测岸电箱是否有电，如果没有电，则继续使岸电箱接上岸电，直到使岸电箱有电；
步骤2.3，PLC控制单元通过以下方式执行岸电与直流母线排的并网操作：
步骤2.3.1，PLC控制单元判断直流母线排是否有电，如果没有电，PLC控制单元控制第6开关ACB6直接合闸送电；然后执行步骤2.4；如果有电，则执行步骤2.3.2；
步骤2.3.2，电源变换模块对第6整流调压模块AC6/DC6进行调节控制，使第6整流调压模块AC6/DC6输出与直流母线排的电压值相等、极性相同的直流电，为690～710VDC；
步骤2.3.3，PLC控制单元鉴别岸电转换成的直流电是否满足并网条件，如果满足，PLC控制单元发出指令，使第6开关ACB6合闸送电；然后执行步骤2.4；
步骤2.4，岸电除了为全船供电外，还要为锂电池组充电。PLC控制单元通过以下方式，实现对第1锂电池组和第2锂电池组的充电操作：
步骤2.4.1，PLC控制单元发出指令，使第11隔离开关ACB11和第12隔离开关ACB12合闸；
步骤2.4.2，电源变换模块对第5直流调压模块DC5/DC5进行调节控制，使第5直流调压模块DC5/DC5输出满足第1锂电池组充电要求的电压；
电源变换模块对第8直流调压模块DC8/DC8进行调节控制，使第8直流调压模块DC8/DC8输出满足第2锂电池组充电要求的电压；
步骤2.4.3，PLC控制单元发出指令，使第4开关ACB4合闸，进而向第1锂电池组均衡充电；
PLC控制单元发出指令，使第5开关ACB5合闸，进而向第2锂电池组均衡充电；
其中，在向第1锂电池组和第2锂电池组充电过程中，电池管理单元控制向第1锂电池组或第2锂电池组充电的均衡操作，防止过充。
(三)柴油发电机供电模式包括：
船舶在长时间巡航或作业工况，如拖轮拖带作业、挖泥工程船疏浚作业等情况，锂电池组供电能力不足时，柴油发电机组起动并投入工作，船舶用电以柴油发电机组发电为主；柴油发电机供电与岸电供电存在互锁，两者不能不同时合闸。在此过程中，太阳能继续向第2锂电池组均衡充电；风能继续向向第1锂电池组均衡充电；
柴油发电机组(DE-G)发出的三相交流电450V经第1开关ACB1.0供给全船，分成四路供电：
①.经开关第1开关ACB1.0、第2交流变换模块AC2/AC2调压成三相交流电60HZ、690VAC，通过第2-2开关ACB2.2直接供电给左推进电机。
②经开关第1开关ACB1.0、第3交流变换模块AC3/AC3调压成三相交流电60HZ、690VAC，通过第3-1开关ACB3.1直接供电给右推进电机。
③经开关第1开关ACB1.0、第7整流调压模块AC7/DC7变换成直流母线电压690V-710V，经第1-1开关ACB1.1连接到直流母线排上，再经第11隔离开关ACB11、第5直流调压模块DC5/DC5变换成锂电池充电电压，通过ACB4给第1锂电池组充电。
④经开关第1开关ACB1.0、第7整流调压模块AC7/DC7变换成直流母线电压690V-710V，经第1-1开关ACB1.1连接到直流母线排上，再经第12隔离开关ACB12、第8直流调压模块DC8/DC8变换成锂电池充电电压，通过第5开关ACB5给第2锂电池组充电。
其中，参考图7，柴油发电机组起动并投入工作包括：
1)柴油发电机组供的电通过直流并网操作并网在直流母线排上，再分别向第1锂电池组和第2锂电池组均衡充电，方法为：
柴油发电机组DE-G发出的三相交流电450V经第1开关ACB1.0后，再通过第7整流调压模块AC7/DC7进行整流和电压调整，变换成直流母线电压所需电压等级，再经第1-1开关ACB1.1后并网在直流母线排上；
柴油发电机组供的电并网在直流母线排上后，分为两个支路，一个支路经过第11隔离开关ACB11、再通过第5直流调压模块DC5/DC5调压到第1锂电池组充电电压，再通过第4开关ACB4向第1锂电池组充电；另一个支路经过第12隔离开关ACB12、再通过第8直流调压模块DC8/DC8调压到第2锂电池组充电电压，再通过第5开关ACB5向第2锂电池组充电；
2)柴油发电机组发的电直接向左推进电机和右推进电机供电，方法为：
柴油发电机组DE-G发出的三相交流电450V经第1开关ACB1.0后，分为两个支路，一个支路的电通过第2交流变换模块AC2/AC2调压成三相交流电60HZ、690VAC，再通过第2-2开关ACB2.2直接供电给左推进电机；另一个支路的电通过第3交流变换模块AC3/AC3调压成三相交流电60HZ、690VAC，再通过第3-1开关ACB3.1直接供电给右推进电机；
柴油发电机供电模式，具体实现方法包括两部分，第一部分为柴油发电机组起动控制模式，第二部分为柴油发电机组供电管理模式；
柴油发电机组起动控制由PLC控制单元、电池管理单元控制，其形成的起动指令如下：参考图7，柴油发电机组起动控制模式包括：
步骤4.1，条件1：当左推进电机和右推进电机不运转工作，并且，第1锂电池组储能≤5％Qe，第2锂电池组储能≤5％Qe，其中，第1锂电池组额定容量和第2锂电池组额定容量相等，均为Qe时，发出柴油发电机组起动指令；
条件2：当左推进电机和右推进电机运转，并且，5％Qe＜第1锂电池组储能≤20％Qe，5％Qe＜第2锂电池组储能≤20％Qe，时，发出柴油发电机组起动指令；
条件3，检测到存在人工起动柴电机组指令；
当条件1、条件2和条件3中任意一个条件成立时，并且，满足柴油发电机组起动准备条件及无封锁起动指令时，起动柴油发电机组；其中，柴油发电机组起动准备条件为：燃油压力及温度、润滑油压力及温度、冷却水压力及温度、空气压力及温度均正常；封锁起动指令包括一些柴油机和发电机方面的故障。
步骤4.2，通过第1锂电池组第2锂电池组供电给直流串励电机，起动柴油发电机组；
在柴油发电机组起动过程中，起动定时器检测整个起动过程是否超过30秒，如果超过，则报警并发出禁止起动指令封锁柴油机起动；如果不超过，判断转速传感器能否检测到柴油发电机组转速，如果不能，报警并发出禁止起动指令封锁柴油机起动；如果能，则执行步骤4.3；
步骤4.3，PLC控制单元鉴别起动转速是否大于等于点火转速，其中，点火转速为40％ne，ne为柴油发电机组额定转速；如果否，则发出起动不可能报警并发出禁止起动指令封锁柴油机起动；如果是，则表明柴油发电机组起动成功，撤销起动指令，然后执行步骤4.4；
步骤4.4，起动指令撤销后，PLC控制单元继续进行转速鉴别，判断柴油机转速是否超过点火转速，如果否，表明点火失败，暂停5s后，重新起动柴油机，总计重复起动次数不能超过3次；若起动次数为3次，一直没有点火成功，则发出点火失败报警并发出禁止起动指令封锁柴油机起动；如果点火成功，则执行步骤4.5；
步骤4.5，柴油机点火成功后，保持起动油量下运转2s，然后升速到额定转速720rpm，PLC控制单元判断柴油发电机建压情况，若柴油发电机空载电压≥98％额定电压(450V)，则电压建立成功，执行步骤4.6；否则，超过5s电压还没建立起来，则发出建压失败报警并发出禁止起动指令封锁柴油机起动；
步骤4.6，柴油发电机组电压正常，表明整个起动过程成功，PLC控制单元进行合闸送电程序；
柴油发电机组供电管理是本发明的重点，既给推进电机供电，又给锂电池组供电。参考图8，柴油发电机组供电管理模式包括：
步骤5.1，PLC控制单元成功起动柴油发电机组后，对柴油发电机组进行调速控制，确保柴油发电机组输出电压频率为60±0.1Hz，对柴油发电机组进行调压控制，确保柴油发电机组输出电压为450±5VAC；只有电压和频率在正常范围内，再执行步骤5.2；
步骤5.2，PLC控制单元发出第1开关ACB1.0合闸指令，柴油发电机组对外送电；
运动控制单元通过对第2交流变换模块AC2/AC2和第3交流变换模块AC3/AC3控制，实现对左推进电机的转速和转矩协同控制，以及，实现对右推进电机的转速和转矩协同控制；
然后，PLC控制单元通过以下方式执行柴油发电机组与直流母线排的并网操作：
步骤5.2.1，PLC控制单元判断直流母线排是否有电，如果没有电，PLC控制单元控制第1-1开关ACB1.1直接合闸送电；如果有电，则执行步骤5.2.2；
步骤5.2.2，执行直流并网程序，包括：
电源变换模块调节第7整流调压模块AC7/DC7的输出电压，使第7整流调压模块AC7/DC7输出与直流母线排的电压值相等、极性相同的直流电；
电源变换模块调节第9整流调压模块AC9/DC9的输出电压，使第9整流调压模块AC9/DC9输出与直流母线排的电压值相等、极性相同的直流电；
电源变换模块调节第10直流调压模块DC10/DC10的输出电压，使第10直流调压模块DC10/DC10输出与直流母线排的电压值相等、极性相同的直流电；
然后，PLC控制单元鉴别直流并网准备条件是否满足，即：要求待并电压与直流共母线排电压近似相等，误差不超±5VDC，且正负极性必须相同；如果满足，则PLC控制单元发出第11隔离开关ACB11、第12隔离开关ACB12、第1-1开关ACB1.1、第7开关ACB7和第8开关ACB8的合闸指令，完成直流共母线并网；
步骤5.2.3，电源变换模块调节第5直流调压模块DC5/DC5和第8直流调压模块DC8/DC8输出直流电压450VDC，电池管理单元检测第1锂电池组和第2锂电池组进行按需充电、均衡充电；PLC控制单元根据电池管理单元分析结果发出第4开关ACB4和第5开关ACB5是否合闸的指令。
(四)锂电池充放电模式包括：
1)锂电池充放电工况：
锂电池组是船舶主要能源，为全船供电，锂电池组分为两个独立单元，即：第一储能单元和第二储能单元为两个独立单元，可互为切换；第5直流调压模块DC5/DC5为可逆直流调压模块，用于向第1锂电池组充电和放电；第8直流调压模块DC8/DC8为可逆直流调压模块，用于向第2锂电池组充电和放电；
锂电池充电工况具体包括：
1a)风力发电并网在直流母线排上后，向第1锂电池组充电；
2a)太阳能电池板发出的电并网在直流母线排上后，向第2锂电池组充电；
3a)柴油发电机组供的电并网在直流母线排上后，分别向第1锂电池组和第2锂电池组充电；
4a)左推进电机制动状态，再生制动发的电经第5直流调压模块DC5/DC5调压到第1锂电池组充电电压，再通过第4开关ACB4向第1锂电池组充电；现回馈节能利用。
右推进电机制动状态，再生制动发的电经第8直流调压模块DC8/DC8调压到第2锂电池组充电电压，再通过第5开关ACB5向第2锂电池组充电；现回馈节能利用。
5a)船舶靠岸停泊期间，岸电供的电并网在直流母线排上后，分别向第1锂电池组和第2锂电池组充电；
电池管理单元控制向第1锂电池组或第2锂电池组的充电操作，防止过充；
2)锂电池放电工况具体包括：
电池管理单元控制第1锂电池组和第2锂电池组的放电操作，保证按需供电，防止过度放电：
第1锂电池组的电能经第4开关ACB4后，再通过第5直流调压模块DC5/DC5变换成船舶直流母线电压690V-710V等级，再通过第1逆变模块DC1/AC1变换成三相交流电60HZ、690VAC，再通过第2-1开关ACB2.1直接就近供电给左推进电机；
第2锂电池组的电能经第5开关ACB5后，再通过第8直流调压模块DC8/DC8变换成船舶直流母线电压690V-710V等级，再通过第4逆变模块DC4/AC4变换成三相交流电60HZ、690VAC，再通过第3-2开关ACB3.2直接就近供电给右推进电机。
船舶起动、巡航工况，锂电池组给左/右推进电机供电，船舶作业工况用电量需求大，锂电池组大功率放电，当放电到其额定值的20％附近时，柴油发电机组起动投入工作，锂电池组对柴油发电机组的功率谷峰进行补偿，保障柴油发电机组工作在最高效率区间。第1锂电池组和第2锂电池组通过直流母线排的联络/隔离开关ACB11和ACB12并网，实现互为切换与备用。
锂电池充放电模式，参考图6，具体实现方法包括：
步骤3.1，电池管理单元检测第1锂电池组和第2锂电池组是否充满电；如果没有充满电，则使太阳能发电并向第2锂电池组充电，以及，使风力发电并向第1锂电池组充电；如果为停泊状态并存在岸电，则联合岸电分别向第1锂电池组和第2锂电池组均衡充电，直到第1锂电池组和第2锂电池组充满电，再执行步骤3.2；
步骤3.2，PLC控制单元判断左推进电机和右推进电机是否有运转指令，若没有左推进电机和右推进电机的起动指令，表明船舶当前为停泊工况；若有左推进电机和右推进电机的起动指令，表明船舶准备进入推进工况，系统先判断锂电池组准备条件，条件满足的情况下，优先选择锂电池组供电。执行步骤3.3；
步骤3.3，优先使第1锂电池组和第2锂电池组投入工作，包括：
步骤3.3.1，PLC控制单元断开第11隔离开关ACB11和第12隔离开关ACB12；
步骤3.3.2，PLC控制单元使第4开关ACB4和第5开关ACB5合闸；
电源变换模块控制第5直流调压模块DC5/DC5输出690-710VDC到直流共母线排，控制第8直流调压模块DC8/DC8输出690-710VDC到直流共母线排；
此处，由于第11隔离开关ACB11和第12隔离开关ACB12断开，第1锂电池组和第2锂电池组相对独立，不需并网；
步骤3.3.3，PLC控制单元鉴别当前柴油发电机组是否运转，如果否，则执行步骤3.3.4；如果是，则执行步骤3.3.5；
步骤3.3.4，第1锂电池组起动左推进电机并单独为左推电机供电；同时，第2锂电池组起动右推进电机并单独为右推电机供电，方法为：
电源变换模块调节第1逆变模块DC1/AC1输出交流电690VAC，再控制第2-1开关ACB2.1合闸，从而实现第1锂电池组起动左推进电机并单独为左推电机供电；
电源变换模块调节第4逆变模块DC4/AC4输出交流电690VAC，再控制第3-2开关ACB3.2合闸，从而实现第2锂电池组起动右推进电机并单独为右推电机供电；
运动控制单元根据驾驶台指令控制左推进电机和右推进电机的转速和转矩，实现船舶操纵控制，至此结束流程；
步骤3.3.5，第1锂电池组、第2锂电池组与柴油发电机组进行交流并网联合给左推进电机和右推进电机供电。
本发明提供的船舶全电推进多电源复合利用系统以及供电方法，柴油发电机和锂电池组联合推进能量：太阳能发电和风力发电继续为锂电池组均衡充电。效率最优的前提是尽量使用太阳能、风能发电，其次是保持柴油机效率工作在最佳区域，这就是尽可能利用锂电池组提供的电能。锂电池组单独供电或锂电池组与柴油发电机组联合供电，其中联合供电是技术的难点和重点。
柴油机DE驱动同步发电机G发电60HZ、450VAC，经第1开关ACB1.0、第2交流变换模块AC2/AC2和所述第3交流变换模块AC3/AC3调压至三相交流电60HZ、690VAC，ACB2.2和ACB3.1给左/右推进电机供电；
第1锂电池组的电能经第4开关ACB4后，再通过第5直流调压模块DC5/DC5变换成船舶直流母线电压690V-710V等级，再通过第1逆变模块DC1/AC1变换成三相交流电60HZ、690VAC，再通过第2-1开关ACB2.1直接就近供电给左推进电机；
第2锂电池组的电能经第5开关ACB5后，再通过第8直流调压模块DC8/DC8变换成船舶直流母线电压690V-710V等级，再通过第4逆变模块DC4/AC4变换成三相交流电60HZ、690VAC，再通过第3-2开关ACB3.2直接就近供电给右推进电机。
柴油发电机和锂电池联合给推进电机供电，两组开关ACB2.1和ACB2.2不能同时合闸、ACB3.1和ACB3.2不能同时合闸，必须经过交流并网程序后才能合闸，并网程序由PLC控制单元完成。
柴油发电机与锂电池组联合供电，推进电机工作在高负荷或连续工作时间太长时以柴油发电机组供电为主，柴油发电机组保持在额定负荷高效率工作区间，负荷变化时通过锂电池组进行负荷补偿，维持柴油发电机组最佳耗油率。锂电池组平衡变动负荷，保持柴油发电机组供电工作在高效率、低耗油率区且稳定，因此，锂电池组可能工作在充电状态，也可能工作放电状态，这是本发明的技术核心和创新点。
本发明提供的船舶全电推进多电源复合利用系统以及供电方法具有以下优点：
(1)电动推进取代柴油推进，使推进系统的设计与控制更加灵活，成为绿色能源在船舶上综合利用的重要发展方向。
(2)由于省略了主机，只有柴油发电机组，加上绿色能源、储能的综合利用，使发电柴油机呈现小型化，优化了机舱结构，成为船舶节能降耗的必然选择。
(3)本发明的多类型能源复合利用全电推进系统弥补低速工况、频繁变动工况动力性和经济性不足，运行工况范围不受限，具有节能、低排放、最低耗油率、推进系统结构简化的优势。
(4)本发明的多类型能源复合利用全电推进系统，在低负荷和高负荷工况下维持柴油机或全电系统的最佳效率。
(5)本发明的电源变换模块AC/DC、DC/DC都是双向可控可逆的，
Figure BDA0002044732120000221
Figure BDA0002044732120000222
整流模块与逆变模块分布式组合优化不同类型能源的交直流并网，提高系统的灵活性和功能性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种船舶全电推进多电源复合利用系统的供电方法，其特征在于，船舶全电推进多电源复合利用系统包括上位计算机、PLC控制单元、电池管理单元、电源变换模块、直流母线排、左推进电机单元、右推进电机单元、柴油发电系统、岸电系统、风力发电系统、太阳能发电系统、第一储能单元和第二储能单元；
所述上位计算机、所述PLC控制单元、所述电池管理单元和所述电源变换模块通过现场总线联网实现信息共享；
所述直流母线排按从一侧向另一侧方向，串联设置第11隔离开关（ACB11）、互锁点和第12隔离开关（ACB12），从而将所述直流母线排划分为四段，所述直流母线排端点到所述第11隔离开关（ACB11）之间为第1段直流母线排；所述第11隔离开关（ACB11）到所述互锁点之间为第2段直流母线排；所述互锁点到所述第12隔离开关（ACB12）之间为第3段直流母线排；所述第12隔离开关（ACB12）到所述直流母线排另一端点之间为第4段直流母线排；
所述左推进电机单元和所述第一储能单元并联接入所述第1段直流母线排；所述风力发电系统并联接入所述第2段直流母线排；所述柴油发电系统和所述岸电系统并联接入所述互锁点；所述太阳能发电系统并联接入所述第3段直流母线排；所述右推进电机单元和所述第二储能单元并联接入所述第4段直流母线排；
其中，所述第一储能单元包括：第1锂电池组、第4开关（ACB4）和第5直流调压模块（DC5/DC5）；所述第1锂电池组依次通过所述第4开关（ACB4）和所述第5直流调压模块（DC5/DC5）后，并联接入所述第1段直流母线排；
所述风力发电系统包括风力机、增速齿轮、风力永磁发电机、第9整流调压模块（AC9/DC9）和第7开关（ACB7）；所述风力机经所述增速齿轮连接到所述风力永磁发电机；所述风力永磁发电机经所述第9整流调压模块（AC9/DC9）和所述第7开关（ACB7）后，并联接入所述第2段直流母线排；并且，所述第9整流调压模块（AC9/DC9）的输出端还通过第10开关（ACB10）连接到所述第1锂电池组的充电端；
所述左推进电机单元包括左推进电机、第2-1开关（ACB2.1）和第1逆变模块（DC1/AC1）；所述左推进电机依次通过所述第2-1开关（ACB2.1）和所述第1逆变模块（DC1/AC1）后，并联接入所述第1段直流母线排；
所述第二储能单元包括：第2锂电池组、第5开关（ACB5）和第8直流调压模块（DC8/DC8）；所述第2锂电池组依次通过所述第5开关（ACB5）和所述第8直流调压模块（DC8/DC8）后，并联接入所述第4段直流母线排；
所述太阳能发电系统包括太阳能电池板、第10直流调压模块（DC10/DC10）和第8开关（ACB8）；所述太阳能电池板的输出端依次通过所述第10直流调压模块（DC10/DC10）和所述第8开关（ACB8）后，并联接入所述第3段直流母线排；并且，所述第10直流调压模块（DC10/DC10）的输出端还通过第9开关（ACB9）连接到所述第2锂电池组的充电端；
所述右推进电机单元包括右推进电机、第3-2开关（ACB3.2）和第4逆变模块（DC4/AC4）；所述右推进电机依次通过所述第3-2开关（ACB3.2）和所述第4逆变模块（DC4/AC4）后，并联接入所述第4段直流母线排；
所述岸电系统包括岸电箱、第6整流调压模块（AC6/DC6）和第6开关（ACB6）；所述岸电箱的一端用于与岸电连接；所述岸电箱的另一端依次通过所述第6整流调压模块（AC6/DC6）和所述第6开关（ACB6）后，并联接入所述互锁点；
所述柴油发电系统包括：直流母线供电单元、左推进电机供电单元和右推进电机供电单元；所述直流母线供电单元包括：柴油发电机组、第1开关（ACB1.0）、第7整流调压模块（AC7/DC7）和第1-1开关（ACB1.1）；所述柴油发电机组的发电端依次通过所述第1开关（ACB1.0）、所述第7整流调压模块（AC7/DC7）和所述第1-1开关（ACB1.1）后，并联接入所述互锁点；其中，所述第6开关（ACB6）和所述第1-1开关（ACB1.1）存在互锁关系；
所述左推进电机供电单元包括：所述第1开关（ACB1.0）、第2交流变换模块（AC2/AC2）和第2-2开关（ACB2.2）；所述柴油发电机组的发电端依次通过所述第1开关（ACB1.0）、所述第2交流变换模块（AC2/AC2）和所述第2-2开关（ACB2.2）后，连接到左推进电机的用电端；
所述右推进电机供电单元包括：所述第1开关（ACB1.0）、第3交流变换模块（AC3/AC3）和第3-1开关（ACB3.1）；所述柴油发电机组的发电端依次通过所述第1开关（ACB1.0）、所述第3交流变换模块（AC3/AC3）和所述第3-1开关（ACB3.1）后，连接到右推进电机的用电端；
所述电池管理单元分别与所述第1锂电池组和所述第2锂电池组连接；
所述电源变换模块分别与所述第1逆变模块（DC1/AC1）、所述第2交流变换模块（AC2/AC2）、所述第3交流变换模块（AC3/AC3）、所述第4逆变模块（DC4/AC4）、所述第5直流调压模块（DC5/DC5）、所述第6整流调压模块（AC6/DC6）、所述第7整流调压模块（AC7/DC7）、所述第8直流调压模块（DC8/DC8）、所述第9整流调压模块（AC9/DC9）和所述第10直流调压模块（DC10/DC10）连接；
所述PLC控制单元分别与所述第1开关（ACB1.0）、所述第1-1开关（ACB1.1）、所述第2-1开关（ACB2.1）、所述第2-2开关（ACB2.2）、所述第3-1开关（ACB3.1）、所述第3-2开关（ACB3.2）、所述第4开关（ACB4）、所述第5开关（ACB5）、所述第6开关（ACB6）、所述第7开关（ACB7）、所述第8开关（ACB8）、所述第9开关（ACB9）、所述第10开关（ACB10）、所述第11隔离开关（ACB11）和所述第12隔离开关（ACB12）连接；
船舶全电推进多电源复合利用系统的供电方法为：太阳能、风能、岸电、锂电池和柴油发电机组联合供电方式包括：太阳能发电和风能发电综合供电模式、船舶靠岸停泊工况时的供电模式、柴油发电机供电模式和锂电池充放电模式；
（一）太阳能发电和风能发电综合供电模式包括：
1）太阳能电池板发出的电通过直流并网操作并网在直流母线排上，再向右推进电机供电，方法为：
所有的太阳能电池板捕集阳光转化为电能，经串并联后获得所需的电压，集中到第10直流调压模块（DC10/DC10）进行电压调整，变换成直流母线电压所需电压等级，再经第8开关（ACB8）后并网在直流母线排上；然后，经第12隔离开关（ACB12）后，再通过第4逆变模块（DC4/AC4）转换为三相交流电60HZ、690VAC，经第3-2开关（ACB3.2）供电给右推进电机；
2）太阳能电池板发出的电直接向第2锂电池组充电，方法为：
所有的太阳能电池板捕集阳光转化为电能，经串并联后获得所需的电压，集中到第10直流调压模块（DC10/DC10）进行电压调整，变换成第2锂电池组所需电压等级，再通过第9开关（ACB9）向第2锂电池组充电；
3）风力发电通过直流并网操作并网在直流母线排上，再向左推进电机供电，方法为：
风力机采用垂直轴型式，布置在船头桅杆上和船尾立柱上，风力机吸收风能，经增速齿轮连接风力永磁发电机，带动风力永磁发电机旋转发电，风力永磁发电机发的电经过第9整流调压模块（AC9/DC9）整流调压，变换成直流母线所需电压等级，再经第7开关（ACB7）后并网在直流母线排上；然后，经第11隔离开关（ACB11）后，再通过第1逆变模块（DC1/AC1）转换为三相交流电60HZ、690VAC，经第2-1开关（ACB2.1）供电给左推进电机；
4）风力机发出的电直接向第1锂电池组充电，方法为：
风力机吸收风能，经增速齿轮连接风力永磁发电机，带动风力永磁发电机旋转发电，风力永磁发电机发的电经过第9整流调压模块（AC9/DC9）整流调压，变换成第1锂电池组所需电压等级，再通过第10开关（ACB10）向第1锂电池组充电；
（二）船舶靠岸停泊工况时的供电模式包括：
1）船舶靠岸停泊期间，太阳能继续向第2锂电池组均衡充电；风能继续向第1锂电池组均衡充电；
2) 岸电供的电通过直流并网操作并网在直流母线排上，然后，一方面给全船供电；另一方面，向第1锂电池组和第2锂电池组均衡充电，方法为：
岸电供电和柴油发电机组供电两者存在互锁，在同一时间，只能选择一个并网在直流母线排上；
岸电供的电通过以下方式并网在直流母线排上：船舶靠岸停泊期间，岸电经岸电箱后，通过第6整流调压模块（AC6/DC6）进行整流和电压调整，变换成直流母线电压所需电压等级，再经第6开关（ACB6）后并网在直流母线排上；然后，一方面给全船供电；另一方面，岸电供的电并网在直流母线排上后，分为两个支路，一个支路经过第11隔离开关（ACB11）后，再通过第5直流调压模块（DC5/DC5）调压到第1锂电池组充电电压，再通过第4开关（ACB4）向第1锂电池组充电；另一个支路经过第12隔离开关（ACB12）后，再通过第8直流调压模块（DC8/DC8）调压到第2锂电池组充电电压，再通过第5开关（ACB5）向第2锂电池组充电；
（三）柴油发电机供电模式包括：
船舶在长时间巡航或作业工况，锂电池组供电能力不足时，柴油发电机组起动并投入工作，船舶用电以柴油发电机组发电为主；在此过程中，太阳能继续向第2锂电池组均衡充电；风能继续向第1锂电池组均衡充电；
其中，柴油发电机组起动并投入工作包括：
1）柴油发电机组供的电通过直流并网操作并网在直流母线排上，再分别向第1锂电池组和第2锂电池组均衡充电，方法为：
柴油发电机组(DE-G) 发出的三相交流电450V经第1开关（ACB1.0）后，再通过第7整流调压模块（AC7/DC7）进行整流和电压调整，变换成直流母线电压所需电压等级，再经第1-1开关（ACB1.1）后并网在直流母线排上；
柴油发电机组供的电并网在直流母线排上后，分为两个支路，一个支路经过第11隔离开关（ACB11）、再通过第5直流调压模块（DC5/DC5）调压到第1锂电池组充电电压，再通过第4开关（ACB4）向第1锂电池组充电；另一个支路经过第12隔离开关（ACB12）、再通过第8直流调压模块（DC8/DC8）调压到第2锂电池组充电电压，再通过第5开关（ACB5）向第2锂电池组充电；
2）柴油发电机组发的电直接向左推进电机和右推进电机供电，方法为：
柴油发电机组(DE-G) 发出的三相交流电450V经第1开关（ACB1.0）后，分为两个支路，一个支路的电通过第2交流变换模块（AC2/AC2）调压成三相交流电60HZ、690VAC，再通过第2-2开关（ACB2.2）直接供电给左推进电机；另一个支路的电通过第3交流变换模块（AC3/AC3）调压成三相交流电60HZ、690VAC，再通过第3-1开关（ACB3.1）直接供电给右推进电机；
（四）锂电池充放电模式包括：
1）锂电池充放电工况：
第一储能单元和第二储能单元为两个独立单元，可互为切换；第5直流调压模块（DC5/DC5）为可逆直流调压模块，用于向第1锂电池组充电和放电；第8直流调压模块（DC8/DC8）为可逆直流调压模块，用于向第2锂电池组充电和放电；
锂电池充电工况具体包括：
1a）风力发电并网在直流母线排上后，向第1锂电池组充电；
2a）太阳能电池板发出的电并网在直流母线排上后，向第2锂电池组充电；
3a）柴油发电机组供的电并网在直流母线排上后，分别向第1锂电池组和第2锂电池组充电；
4a）左推进电机制动状态，再生制动发的电经第5直流调压模块（DC5/DC5）调压到第1锂电池组充电电压，再通过第4开关（ACB4）向第1锂电池组充电；
右推进电机制动状态，再生制动发的电经第8直流调压模块（DC8/DC8）调压到第2锂电池组充电电压，再通过第5开关（ACB5）向第2锂电池组充电；
5a）船舶靠岸停泊期间，岸电供的电并网在直流母线排上后，分别向第1锂电池组和第2锂电池组充电；
电池管理单元控制向第1锂电池组或第2锂电池组的充电操作，防止过充；
2）锂电池放电工况具体包括：
电池管理单元控制第1锂电池组和第2锂电池组的放电操作，保证按需供电，防止过度放电：
第1锂电池组的电能经第4开关（ACB4）后，再通过第5直流调压模块（DC5/DC5）变换成船舶直流母线电压690V-710V等级，再通过第1逆变模块（DC1/AC1）变换成三相交流电60HZ、690VAC，再通过第2-1开关（ACB2.1）直接就近供电给左推进电机；
第2锂电池组的电能经第5开关（ACB5）后，再通过第8直流调压模块（DC8/DC8）变换成船舶直流母线电压690V-710V等级，再通过第4逆变模块（DC4/AC4）变换成三相交流电60HZ、690VAC，再通过第3-2开关（ACB3.2）直接就近供电给右推进电机。
2.根据权利要求1所述的供电方法，其特征在于，太阳能发电和风能发电综合供电模式，具体实现方法包括：
步骤1.1，电池管理单元检测第1锂电池组和第2锂电池组是否充满电；如果没有充满电，则继续执行步骤1.2；如果充满电，则执行步骤1.3；
步骤1.2，电源变换模块对第9整流调压模块（AC9/DC9）进行调节控制，使第9整流调压模块（AC9/DC9）输出满足第1锂电池组充电要求的电压；然后，PLC控制单元发出指令，使第10开关（ACB10）合闸，进而实现风能向第1锂电池组充电；
电源变换模块对第10直流调压模块（DC10/DC10）进行调节控制，使第10直流调压模块（DC10/DC10）输出满足第2锂电池组充电要求的电压；然后，PLC控制单元发出指令，使第9开关（ACB9）合闸，进而实现太阳能向第2锂电池组充电；
步骤1.3，当充满电后，PLC控制单元发出指令，使第10开关（ACB10）和第9开关（ACB9）分闸，停止向第1锂电池组和第2锂电池组充电；
步骤1.4，PLC控制单元通过以下方式执行太阳能风能与直流母线排的并网操作：
步骤1.4.1，PLC控制单元判断直流母线排是否有电，如果没有电，PLC控制单元控制第7开关（ACB7）和第8开关（ACB8）直接合闸送电；如果有电，则执行步骤1.4.2；
步骤1.4.2，电源变换模块对第9整流调压模块（AC9/DC9）进行调节控制，使第9整流调压模块（AC9/DC9）输出与直流母线排的电压值相等、极性相同的直流电，为690～710VDC；
电源变换模块对第10直流调压模块（DC10/DC10）进行调节控制，使第10直流调压模块（DC10/DC10）输出与直流母线排的电压值相等、极性相同的直流电，为690～710VDC；
步骤1.4.3， PLC控制单元鉴别太阳能和风能调压后输出的直流电是否满足并网条件，如果满足，PLC控制单元发出指令，使第7开关（ACB7）和第8开关（ACB8）同时合闸并网在直流母线排上送电。
3.根据权利要求1所述的供电方法，其特征在于，船舶靠岸停泊工况时的供电模式，具体实现方法包括：
步骤2.1，第6开关（ACB6）与第1-1开关（ACB1.1）存在互锁关系，实现方式为：第6开关（ACB6）的常闭辅助触点串联在第1-1开关（ACB1.1）的合闸电路或第1-1开关（ACB1.1）的失压保护电路，第1-1开关（ACB1.1）的常闭辅助触点串联在第6开关（ACB6）的合闸电路或第6开关（ACB6）的失压保护电路，从而实现第6开关（ACB6）与第1-1开关（ACB1.1）之间的互锁关系，防止第6开关（ACB6）与第1-1开关（ACB1.1）同时合闸，避免岸电与柴油发电机组同时供电；
步骤2.2，船舶靠岸停泊期间，停止柴油发电机组工作并接岸电，岸电箱接上岸电后，PLC控制单元检测岸电箱是否有电，如果没有电，则继续使岸电箱接上岸电，直到使岸电箱有电；
步骤2.3，PLC控制单元通过以下方式执行岸电与直流母线排的并网操作：
步骤2.3.1，PLC控制单元判断直流母线排是否有电，如果没有电，PLC控制单元控制第6开关（ACB6）直接合闸送电；然后执行步骤2.4；如果有电，则执行步骤2.3.2；
步骤2.3.2，电源变换模块对第6整流调压模块（AC6/DC6）进行调节控制，使第6整流调压模块（AC6/DC6）输出与直流母线排的电压值相等、极性相同的直流电，为690～710VDC；
步骤2.3.3，PLC控制单元鉴别岸电转换成的直流电是否满足并网条件，如果满足，PLC控制单元发出指令，使第6开关（ACB6）合闸送电；然后执行步骤2.4；
步骤2.4，PLC控制单元通过以下方式，实现对第1锂电池组和第2锂电池组的充电操作：
步骤2.4.1，PLC控制单元发出指令，使第11隔离开关（ACB11）和第12隔离开关（ACB12）合闸；
步骤2.4.2，电源变换模块对第5直流调压模块（DC5/DC5）进行调节控制，使第5直流调压模块（DC5/DC5）输出满足第1锂电池组充电要求的电压；
电源变换模块对第8直流调压模块（DC8/DC8）进行调节控制，使第8直流调压模块（DC8/DC8）输出满足第2锂电池组充电要求的电压；
步骤2.4.3，PLC控制单元发出指令，使第4开关（ACB4）合闸，进而向第1锂电池组充电；
PLC控制单元发出指令，使第5开关（ACB5）合闸，进而向第2锂电池组充电；
其中，在向第1锂电池组和第2锂电池组充电过程中，电池管理单元控制向第1锂电池组或第2锂电池组充电的均衡操作，防止过充。
4.根据权利要求1所述的供电方法，其特征在于，锂电池充放电模式，具体实现方法包括：
步骤3.1，电池管理单元检测第1锂电池组和第2锂电池组是否充满电；如果没有充满电，则使太阳能发电并向第2锂电池组充电，以及，使风力发电并向第1锂电池组充电；如果为停泊状态并存在岸电，则联合岸电分别向第1锂电池组和第2锂电池组均衡充电，直到第1锂电池组和第2锂电池组充满电，再执行步骤3.2；
步骤3.2，PLC控制单元判断左推进电机和右推进电机是否有运转指令，若没有左推进电机和右推进电机的起动指令，表明船舶当前为停泊工况；若有左推进电机和右推进电机的起动指令，表明船舶准备进入推进工况，执行步骤3.3；
步骤3.3，优先使第1锂电池组和第2锂电池组投入工作，包括：
步骤3.3.1，PLC控制单元断开第11隔离开关（ACB11）和第12隔离开关（ACB12）；
步骤3.3.2，PLC控制单元使第4开关（ACB4）和第5开关（ACB5）合闸；
电源变换模块控制第5直流调压模块（DC5/DC5）输出690-710VDC到直流母线排，控制第8直流调压模块（DC8/DC8）输出690-710VDC到直流母线排；
此处，由于第11隔离开关（ACB11）和第12隔离开关（ACB12）断开，第1锂电池组和第2锂电池组相对独立，不需并网；
步骤3.3.3，PLC控制单元鉴别当前柴油发电机组是否运转，如果否，则执行步骤3.3.4；如果是，则执行步骤3.3.5；
步骤3.3.4，第1锂电池组起动左推进电机并单独为左推电机供电；同时，第2锂电池组起动右推进电机并单独为右推电机供电，方法为：
电源变换模块调节第1逆变模块（DC1/AC1）输出交流电690VAC，再控制第2-1开关（ACB2.1）合闸，从而实现第1锂电池组起动左推进电机并单独为左推电机供电；
电源变换模块调节第4逆变模块（DC4/AC4）输出交流电690VAC，再控制第3-2开关（ACB3.2）合闸，从而实现第2锂电池组起动右推进电机并单独为右推电机供电；
运动控制单元根据驾驶台指令控制左推进电机和右推进电机的转速和转矩，实现船舶操纵控制，至此结束流程；
步骤3.3.5，第1锂电池组、第2锂电池组与柴油发电机组进行交流并网联合给左推进电机和右推进电机供电。
5.根据权利要求1所述的供电方法，其特征在于，柴油发电机供电模式，具体实现方法包括两部分，第一部分为柴油发电机组起动控制模式，第二部分为柴油发电机组供电管理模式；
柴油发电机组起动控制模式包括：
步骤4.1，条件1：当左推进电机和右推进电机不运转工作，并且，第1锂电池组储能≤5%Qe，第2锂电池组储能≤5%Qe，其中，第1锂电池组额定容量和第2锂电池组额定容量相等，均为Qe时，发出柴油发电机组起动指令；
条件2：当左推进电机和右推进电机运转，并且，5%Qe＜第1锂电池组储能≤20%Qe，5%Qe＜第2锂电池组储能≤20%Qe时，发出柴油发电机组起动指令；
条件3，检测到存在人工起动柴电机组指令；
当条件1、条件2和条件3中任意一个条件成立时，并且，满足柴油发电机组起动准备条件及无封锁起动指令时，起动柴油发电机组；其中，柴油发电机组起动准备条件为：燃油压力及温度、润滑油压力及温度、冷却水压力及温度、空气压力及温度均正常；
步骤4.2，通过第1锂电池组第2锂电池组供电给直流串励电机，起动柴油发电机组；
在柴油发电机组起动过程中，起动定时器检测整个起动过程是否超过30秒，如果超过，则报警并发出禁止起动指令封锁柴油机起动；如果不超过，判断转速传感器能否检测到柴油发电机组转速，如果不能，报警并发出禁止起动指令封锁柴油机起动；如果能，则执行步骤4.3；
步骤4.3，PLC控制单元鉴别起动转速是否大于等于点火转速，其中，点火转速为40%n e，n e为柴油发电机组额定转速；如果否，则发出起动不可能报警并发出禁止起动指令封锁柴油机起动；如果是，则表明柴油发电机组起动成功，撤销起动指令，然后执行步骤4.4；
步骤4.4，起动指令撤销后，PLC控制单元继续进行转速鉴别，判断柴油机转速是否超过点火转速，如果否，表明点火失败，暂停5s后，重新起动柴油机，总计重复起动次数不能超过3次；若起动次数为3次，一直没有点火成功，则发出点火失败报警并发出禁止起动指令封锁柴油机起动；如果点火成功，则执行步骤4.5；
步骤4.5，柴油机点火成功后，保持起动油量下运转2s，然后升速到额定转速720rpm，PLC控制单元判断柴油发电机建压情况，若柴油发电机空载电压≥98%额定电压，额定电压为450V，则电压建立成功，执行步骤4.6；否则，超过5s电压还没建立起来，则发出建压失败报警并发出禁止起动指令封锁柴油机起动；
步骤4.6，柴油发电机组电压正常，表明整个起动过程成功，PLC控制单元进行合闸送电程序；
柴油发电机组供电管理模式包括：
步骤5.1，PLC控制单元成功起动柴油发电机组后，对柴油发电机组进行调速控制，确保柴油发电机组输出电压频率为60±0.1Hz，对柴油发电机组进行调压控制，确保柴油发电机组输出电压为450±5VAC；只有电压和频率在正常范围内，再执行步骤5.2；
步骤5.2，PLC控制单元发出第1开关（ACB1.0）合闸指令，柴油发电机组对外送电；
运动控制单元通过对第2交流变换模块（AC2/AC2）和第3交流变换模块（AC3/AC3）控制，实现对左推进电机的转速和转矩协同控制，以及，实现对右推进电机的转速和转矩协同控制；
然后，PLC控制单元通过以下方式执行柴油发电机组与直流母线排的并网操作：
步骤5.2.1，PLC控制单元判断直流母线排是否有电，如果没有电，PLC控制单元控制第1-1开关（ACB1.1）直接合闸送电；如果有电，则执行步骤5.2.2；
步骤5.2.2，执行直流并网程序，包括：
电源变换模块调节第7整流调压模块（AC7/DC7）的输出电压，使第7整流调压模块（AC7/DC7）输出与直流母线排的电压值相等、极性相同的直流电；
电源变换模块调节第9整流调压模块（AC9/DC9）的输出电压，使第9整流调压模块（AC9/DC9）输出与直流母线排的电压值相等、极性相同的直流电；
电源变换模块调节第10直流调压模块（DC10/DC10）的输出电压，使第10直流调压模块（DC10/DC10）输出与直流母线排的电压值相等、极性相同的直流电；
然后，PLC控制单元鉴别直流并网准备条件是否满足，即：要求待并电压与直流母线排电压近似相等，误差不超±5VDC，且正负极性必须相同；如果满足，则PLC控制单元发出第11隔离开关（ACB11）、第12隔离开关（ACB12）、第1-1开关（ACB1.1）、第7开关（ACB7）和第8开关（ACB8）的合闸指令，完成直流共母线并网；
步骤5.2.3，电源变换模块调节第5直流调压模块（DC5/DC5）和第8直流调压模块（DC8/DC8）输出直流电压450VDC，电池管理单元检测第1锂电池组和第2锂电池组进行按需充电、均衡充电；PLC控制单元根据电池管理单元分析结果发出第4开关（ACB4）和第5开关（ACB5）是否合闸的指令。
6.根据权利要求1所述的供电方法，其特征在于，还包括LCD液晶显示屏和带无线WIFI的TP触摸屏；所述LCD液晶显示屏和所述带无线WIFI的TP触摸屏分别接入所述现场总线。
7.根据权利要求1所述的供电方法，其特征在于，所述第1开关（ACB1.0）、所述第1-1开关（ACB1.1）、所述第2-1开关（ACB2.1）、所述第2-2开关（ACB2.2）、所述第3-1开关（ACB3.1）、所述第3-2开关（ACB3.2）、所述第4开关（ACB4）、所述第5开关（ACB5）、所述第6开关（ACB6）、所述第7开关（ACB7）、所述第8开关（ACB8）、所述第9开关（ACB9）、所述第10开关（ACB10）、所述第11隔离开关（ACB11）和所述第12隔离开关（ACB12）均为空气断路器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TR202022038A2 (tr) * 2020-12-28 2022-07-21 Bma Teknoloji Anonim Sirketi ENERJİ VERİMLİLİĞİ İÇİN BİR YÖNTEM ve SÖZ KONUSU YÖNTEME GÖRE ÇALIŞAN BİR DONANIM
CN113212723A (zh) * 2021-03-22 2021-08-06 大连海事大学 一种智能船舶分布式综合能源管理系统及能源管理方法
CN113937747A (zh) * 2021-11-26 2022-01-14 中船动力研究院有限公司 直流组网船舶混动实验室的能量控制系统及其控制方法
WO2023171678A1 (ja) * 2022-03-09 2023-09-14 住友重機械マリンエンジニアリング株式会社 船舶
CN114797454A (zh) * 2022-04-21 2022-07-29 四川能节环保科技有限公司 一种利用管囱气流发电减排二氧化碳多功能装备

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101585406A (zh) * 2009-07-03 2009-11-25 宜昌发中船务有限公司 带有蓄电池的综合能源充电型长途全电动船
KR20110105463A (ko) * 2010-03-19 2011-09-27 삼성중공업 주식회사 하이브리드 전력 시스템 및 이를 장착한 선박
CN202156534U (zh) * 2011-07-28 2012-03-07 上海海事大学 一种多能源混合动力的船舶电力推进系统
CN102358412B (zh) * 2011-07-28 2013-10-23 上海海事大学 多能源混合动力的船舶电力推进系统及其实施方法
KR101373874B1 (ko) * 2013-03-29 2014-03-12 사단법인 한국선급 연료전지를 포함한 선박 전기동력원의 제어 시스템
CN205489618U (zh) * 2016-01-18 2016-08-17 武汉理工大学 基于超级电容和蓄电池的电力推进船舶复合储能系统
CN106809363A (zh) * 2016-01-28 2017-06-09 上海冠图电气科技有限公司 船舶多类型能源管理系统以及能源管理方法
CN106816874B (zh) * 2016-01-28 2024-02-27 上海冠图电气科技有限公司 基于交直流复合电网的船舶岸电系统以及供电方法
CN205921396U (zh) * 2016-07-28 2017-02-01 青岛创统科技发展有限公司 一种具有岸电和能量回馈功能的复合电源
CN106364651B (zh) * 2016-10-10 2018-07-17 长沙绿航节能科技有限公司 一种船舶综合电力推进系统及使用方法
CN109256793B (zh) * 2017-07-14 2024-04-09 周锡卫 一种多功能储能移动式船舶岸电系统的控制方法
CN209938908U (zh) * 2019-04-29 2020-01-14 达器船用推进器(江苏)有限公司 船舶全电推进多电源复合利用系统

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