CN112711248A - 一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台及其控制方法 - Google Patents

一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台及其控制方法 Download PDF

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CN112711248A
CN112711248A CN202110041359.3A CN202110041359A CN112711248A CN 112711248 A CN112711248 A CN 112711248A CN 202110041359 A CN202110041359 A CN 202110041359A CN 112711248 A CN112711248 A CN 112711248A
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electric
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范立云
徐舒航
刘宇阳
徐超
都坤
沈崇崇
李宏铖
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Harbin Engineering University
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Harbin Engineering University
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0208Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the configuration of the monitoring system
    • G05B23/0213Modular or universal configuration of the monitoring system, e.g. monitoring system having modules that may be combined to build monitoring program; monitoring system that can be applied to legacy systems; adaptable monitoring system; using different communication protocols
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B71/00Designing vessels; Predicting their performance

Abstract

本发明的目的在于提供一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台及其控制方法,电力测功机通过第一离合器、第一扭矩法兰连接第一齿轮,电动机通过第二离合器、第二扭矩法兰连接第二齿轮,气体机通过第三离合器、第三扭矩法兰连接第三齿轮,发电机通过第四离合器、第四扭矩法兰连接第四齿轮,蓄电池连接试验台直流主网,外接电源连接试验台交流副网并通过变电装置连接蓄电池,发电机、电动机分别连接试验台直流主网,电力测功机通过变频器连接试验台直流主网。本发明能够实现气体机与电动机单独或协同驱动电力测功机,大大减少了污染气体的排放。同时实现了试验台各设备的监测控制,提高了试验台的操控性,减少了投入成本。

Description

一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台及其 控制方法
技术领域
本发明涉及的是一种试验台及其控制方法,具体地说是船舶动力试验台及其控制方法。
背景技术
电力推进作为未来船舶动力发展的趋势,具有高效、清洁、可靠等优点。但是电池容量的限制,导致制造成本高昂、充电时间长、续航力短、冗余度低,目前仍难于满足现实需要。而且,受发电方式、功率密度以及储能技术的影响,现阶段的纯电动船舶并不能达到高性能的速度、加速度和自控性,其续航能力也受其电池容量制约,船舶电网能够为电力推进提供持续的能量输出,但是传统的电网柴发机组定速发电效率低,长期处于低负荷工况,燃料浪费严重。
混合动力船舶兼有传统内燃机推进船舶和纯电力推进船舶的优点:相比于内燃机推进船舶,可根据灵活根据负荷调整工作模式,实现了全工况下的最优推进效率,冗余性好,动力性优;相比于纯电力推进船舶,初期投入成本低,且续航能力强。船舶的混合动力技术,解决能源问题与技术不成熟之间矛盾,实现了燃料的高效利用,为船舶从传统的机械式推进过渡到纯电力推进提供了可行性方案。
发明内容
本发明的目的在于提供不仅能提升船舶能效,而且可以有效减少排放的一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台及其控制方法。
本发明的目的是这样实现的:
本发明一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台,其特征是:包括气体机、电力测功机、电动机、发电机、齿轮箱、蓄电池,齿轮箱里设置第一-第四齿轮,第一齿轮与第三齿轮同轴,第一齿轮与第二齿轮啮合,第三齿轮与第四齿轮啮合,电力测功机通过第一离合器、第一扭矩法兰连接第一齿轮,电动机通过第二离合器、第二扭矩法兰连接第二齿轮,气体机通过第三离合器、第三扭矩法兰连接第三齿轮,发电机通过第四离合器、第四扭矩法兰连接第四齿轮,蓄电池连接试验台直流主网,外接电源连接试验台交流副网并通过变电装置连接蓄电池,发电机、电动机分别连接试验台直流主网,电力测功机通过变频器连接试验台直流主网。
本发明还可以包括:
1、还包括试验台动力控制系统,所述试验台动力控制系统包括部件整合控制器、气体机控制器、发电机控制器、电动机控制器和蓄电池控制器,气体机控制器连接气体机,发电机控制器连接发电机,电动机控制器连接电动机,蓄电池控制器连接蓄电池,气体机控制器、发电机控制器、电动机控制器和蓄电池控制收集传输的信号通过CAN线汇总到部件整合控制器。
2、还包括试验台架检测系统,所述试验台架检测系统包括电力测功机控制器、气耗仪和排放分析仪,电力测功机控制器连接电力测功机,气耗仪、排放分析仪连接气体机,电力测功机控制器、气耗仪和排放分析仪收集传输的信号通过CAN线汇总到部件整合控制器。
3、采用单纯机械推进模式、机械发电推进模式、单一电力推进模式、混合推进模式或外接电源充电模式;|
单纯机械推进模式时,气体机通过第三离合器和第三扭矩法兰与齿轮箱输入端轴连接,齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,电力测功机通过变频器与试验台直流主网相连,实现电能回馈;
机械发电推进模式时,气体机通过第三离合器和第三扭矩法兰与齿轮箱输入端轴连接,齿轮箱输出端通过第四扭矩法兰和第四离合器连接到发电机,进而接入试验台直流主网为蓄电池充电,另一路通过齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,电力测功机通过变频器与试验台直流主网相连,实现电能回馈;
单一电力推进模式时,蓄电池接入试验台直流主网,为电动机供电,带动第二离合器和第二扭矩法兰轴连接齿轮箱,并从齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,电力测功机通过变频器与试验台直流主网相连,实现电能回馈;
混合推进模式时,气体机通过第三离合器和第三扭矩法兰与齿轮箱输入端轴连接,齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,同时蓄电池接入试验台直流主网,为电动机供电,带动第二离合器和第二扭矩法兰轴连接齿轮箱,并从齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,电力测功机通过变频器与试验台直流主网相连,实现电能回馈;
外接电源充电模式时,外接电源与试验台交流副网相连,连接蓄电池为其充电。
本发明一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台控制方法,其特征是:
当试验台需求转矩大于气体机外特性转矩,蓄电池组SOC大于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间下限时,气体机与电动机共同工作,气体机工作在外特性点并输出最大转矩,剩余转矩由并入后的电动机补足;
当试验台需求转矩大于气体机高效率区最小转矩,小于等于气体机外特性转矩,蓄电池组SOC大于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,仅气体机工作在高效率区并输出船舶需求转矩;
当试验台需求转矩大于气体机高效率区最小转矩,小于等于气体机外特性转矩,蓄电池组SOC小于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,气体机工作在外特性点并输出最大转矩,除满足船舶需求转矩外,利用剩余转矩带动发电机发电;
当试验台需求转矩大于电机外特性转矩,小于等于气体机高效率区最小转矩,蓄电池组SOC大于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,仅气体机工作并输出船舶需求转矩;
当试验台需求转矩大于电机外特性转矩,小于等于气体机高效率区最小转矩,蓄电池组SOC小于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,气体机工作在高效率区的最小转矩点,除满足船舶需求转矩外,利用剩余转矩带动发电机发电;
当试验台需求转矩小于等于电机外特性转矩,蓄电池组SOC大于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间下限时,仅电动机工作并输出船舶需求转矩;
当试验台需求转矩小于等于电机外特性转矩,蓄电池组SOC小于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间下限时,气体机工作在高效率区的最小转矩点,除满足船舶需求转矩外,利用剩余转矩带动发电机发电;
当试验台需求转矩为0,蓄电池组SOC小于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,气体机、发电机和电动机都不工作,蓄电池通过外接电源连接试验台交流副网并通过整流装置进行充电。
本发明的优势在于:
1.本发明提出一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台,设置有气体机、发电机,电力测功机,电动机,功率覆盖范围广,可以满足船舶在各种工况下的动力需求,具有明显技术效果如下:首先,混联式系统结合了串联式、并联式的特点。发动机可单独带动负载,可同时带动发电机给蓄电池充电。电动机可单独带动负载,也可与发动机共同驱动负载。本试验台能量传递效率高,并且结构可靠,驱动电机模拟船上螺旋桨驱动系统,这样使试验台布置更加紧凑,节约成本;其次,本试验台电网采用直流主网加交流副网的组合方式,使得试验台电网更加灵活,功能性更强;采用电力测功机可通过整流装置连接直流电网进行电能反馈,使能源更好地利用,从而达到节约能源的效果。
2.本发明提出一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台,采用高压直流并网方式有下面几个优点:1.采用高压直流并网方式,由于电压等级较高,单位面积上导线的载流量会降低,这样能减少EV线缆直径,一方面可以降低铜的使用量,另一方面可以提高系统稳定性;2.利用高压直流并网方式,将原动机和船用动力驱动力解耦,这样能使得船用内燃机工作更加平稳和高效,也有利于进一步提高内燃机的燃烧热效率;3.采用高压直流并网方式,引入动力电池系统这样系统在停机或者靠岸状态时,避免发动机起动,直接使用岸接电源或者动力电池供电,来满足船上电气设备用电,进一步的提高系统经济性;4.采用高压直流并网方式,可以实现能源系统的互联,更容易实现能源补给和船对的规模化运营;5.采用直流耦合方式,将来系统可以融合多种能源系统的耦合,例如,太阳能光伏发电方式的引入,或其他发电设备的引入,提高系统的灵活性和兼容性。
3.本发明提出一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台,能够为各部件包括发动机、电动机、蓄电池等提供单独的实际环境的测试,也可以进行整船的性能测试,如动力性测试、经济性测试、排放性测试等。可以根据不同的试验要求调整研发试验台,从而达到试验目的,解决实际需求;试验台可以对每一个部件进行测试得出性能评估。对于要求整体试验,只需提出对测试条件的要求,模块化的试验台可以提供要求的测试环境,因为试验台可以根据需求进行重新组合;动态试验的核心技术可以通过试验台来解决。例如,模拟混合动力船舶模式切换、启动、加减速和停车。模拟仿真仅提供理论上的指导,针对主要问题的解决方案需要在试验台上反复进行测试和调整;混合动力试验台可进行全船控制器的试验。这包括控制策略的协调与优化、混合动力船舶环境下控制器硬件的各种兼容性等;混合动力试验台可以完成船舶的动态性能测试,经济及排放污染测试可以通过工况周期作业完成。
4.试验台的监测控制系统包括安防检测系统、驾驶员控制器、上位机,实时控制器、数采系统1、数采系统2、DACU(变电装置控制器)、ADCU(整流装置控制器)和VCU(部件整合控制器);试验台动力控制系统;试验台架检测系统。本发明的监测控制系统不仅可以监测控制试验台的各个部件,而且可以检测试验台的烟气、水电状态,全方位的保障了实验的精准性和实验人员的安全性。
5.本发明提出一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台,所描述能量管理系统,其能量管理策略包含8种模式。所述技术效果体现如下:能量管理主要功能为协调驱动系统(包括日常用电设备)和源动力系统之间的协调,实现功率的合理分配,同时,优化发动机能耗问题;管理蓄电池SOC,为了避免在能量突变情况下对动力电池的损伤,也能进一步提高动力电池的续航能力,提高系统容错机制。
6.在本试验台架可以进行包含发动机、电机等的部分性能及控制策略测试,且整个混联试验台采用模块化思路搭建,可以在此试验台实现串联式、并联式和混联式混合动力的研究,使试验台更加的多能化和全面化。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的试验台监控系统示意图;
图3为本发明的试验台能量管理策略示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
结合图1-3,本发明一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台,包括变频器1、整流装置2a、2b、2c、整流装置控制器3、台架控制器4、数采系统5a、5b、电力测功机6、发电机控制器7a、电力测功机控制器7b、电动机控制器7c、电动机8、外接电源9、离合器10a、10b、10c、10d、扭矩法兰11a、11b、11c、11d、齿轮箱12、变电装置13、变电装置控制器14、部件整合控制器15、驾驶员控制器16、安防监测系统17、上位机18、蓄电池控制器19、气体机20、气体机控制器21、发电机22、气耗仪23、排放分析仪24、蓄电池25。其连接关系为:气体机20通过离合器10c和扭矩法兰11c与齿轮箱12轴连接,进而通过扭矩法兰11a和离合器10a驱动电力测功机6。电动机8经过离合器10b和扭矩法兰11b轴连接到齿轮箱12,发电机22经过离合器10d和扭矩法兰11d轴连接到齿轮箱12。蓄电池25与试验台直流主网相连,外接电源9连接到试验台交流副网并通过变电装置13连接蓄电池25,为其充电;发电机22通过整流装置2c与试验台直流电网连接,电动机8通过整流装置2b与试验台直流电网相连,电力测功机6通过变频器1和整流装置2a与试验台直流电网相连。
参加图2,试验台监控系统包括,安防检测系统17、驾驶员控制器16、上位机18、台架控制器4、数采系统5a、5b、变电装置控制器14、整流装置控制器3和部件整合控制器15;试验台动力控制系统;试验台架检测系统。
试验台动力控制系统包括气体机控制器21、发电机控制器7a、电动机控制器7c和蓄电池控制器19。气体机控制器21、发电机控制器7a、电动机控制器7c和蓄电池控制器19收集传输的信号通过CAN线汇总到部件整合控制器15,进而通过CAN总线传输到台架控制器4以及上位机18进行分析、监控和研究。
试验台架检测系统包括电力测功机控制器7b、气耗仪23和排放分析仪24。电力测功机控制器7b、气耗仪23和排放分析仪24收集传输的信号通过CAN线汇总到部件整合控制器15,进而通过CAN总线传输到台架控制器4以及上位机18进行分析、监控和研究。
本实施例中,发动机20选用纯天然气发动机,电力测功机24优选具有高效率、高功率密度、寿命长等优点直流永磁同步电机,蓄电池16优选功率密度高、体积重量小的磷酸铁锂电池。
本发明的工作模式主要以下几种工作模式:
单纯机械推进模式:气体机20通过离合器10c和扭矩法兰11c与齿轮箱12输入端轴连接,齿轮箱12输出端通过扭矩法兰11a和离合器10a连接到电力测功机6,为其提供动力。电力测功机6通过变频器1和整流装置2a与试验台直流主网相连,实现电能回馈。
机械发电推进模式:气体机20通过离合器10c和扭矩法兰11c与齿轮箱12输入端轴连接,齿轮箱12输出端通过扭矩法兰11d和离合器10d连接到发电机22,使其发电,进而通过整流装置2c接入试验台直流主网为蓄电池25充电。另一路通过齿轮箱12输出端通过扭矩法兰11a和离合器10a连接到电力测功机6,为其提供动力。电力测功机6通过变频器1和整流装置2a与试验台直流主网相连,实现电能回馈。
单一电力推进模式:蓄电池25接入试验台直流主网,通过变电装置2b为电动机8供电,带动离合器10b和扭矩法兰11b轴连接齿轮箱12,并从齿轮箱12输出端通过扭矩法兰11a和离合器10a连接到电力测功机6,为其提供动力。电力测功机6通过变频器1和整流装置2a与试验台直流主网相连,实现电能回馈。
混合推进模式:气体机20通过离合器10c和扭矩法兰11c与齿轮箱12输入端轴连接,齿轮箱12输出端通过扭矩法兰11a和离合器10a连接到电力测功机6,为其提供动力。同时蓄电池25接入试验台直流主网,通过变电装置2b为电动机8供电,带动离合器10b和扭矩法兰11b轴连接齿轮箱12,并从齿轮箱12输出端通过扭矩法兰11a和离合器10a连接到电力测功机6,为其提供动力。电力测功机6通过变频器1和整流装置2a与试验台直流主网相连,实现电能回馈。
外接电源充电模式:外接电源9与试验台交流副网相连,通过整流装置13连接蓄电池16为其充电。
本发明提供的一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台控制方法,包含8种能量分配模式:
模式1:当试验台需求转矩大于天然气发动机外特性转矩,蓄电池组SOC大于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间下限时,天然气发动机与电动机共同工作,天然气发动机工作在外特性点并输出最大转矩,剩余转矩由并入后的电动机补足。
模式2:当试验台需求转矩大于天然气发动机高效率区最小转矩,小于等于天然气发动机外特性转矩,蓄电池组SOC大于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,仅天然气发动机工作在高效率区并输出船舶需求转矩。
模式3:当试验台需求转矩大于天然气发动机高效率区最小转矩,小于等于天然气发动机外特性转矩,蓄电池组SOC小于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,天然气发动机工作在外特性点并输出最大转矩,除满足船舶需求转矩外,利用剩余转矩带动发电机发电。。
模式4:当试验台需求转矩大于电机外特性转矩,小于等于天然气发动机高效率区最小转矩,蓄电池组SOC大于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,仅天然气发动机工作并输出船舶需求转矩。
模式5:当试验台需求转矩大于电机外特性转矩,小于等于天然气发动机高效率区最小转矩,蓄电池组SOC小于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,天然气发动机工作在高效率区的最小转矩点,除满足船舶需求转矩外,利用剩余转矩带动发电机发电。
模式6:当试验台需求转矩小于等于电机外特性转矩,蓄电池组SOC大于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间下限时,仅电动机工作并输出船舶需求转矩。
模式7:当试验台需求转矩小于等于电机外特性转矩,蓄电池组SOC小于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间下限时,天然气发动机工作在高效率区的最小转矩点,除满足船舶需求转矩外,利用剩余转矩带动发电机发电。
模式8:当试验台需求转矩为0,蓄电池组SOC小于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,天然气发动机、发电机和电动机都不工作,蓄电池通过外接电源连接试验台交流副网并通过整流装置进行充电。
本发明提供的一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台,电力测功机可通过整流装置连接直流主网进行电能反馈,使能源更好地利用,从而达到节约能源的效果。
本发明提供的一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台,整个混联试验台采用模块化思路搭建,可以在此试验台实现串联式、并联式和混联式混合动力的研究,使试验台更加的多能化和全面化。

Claims (6)

1.一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台,其特征是:包括气体机、电力测功机、电动机、发电机、齿轮箱、蓄电池,齿轮箱里设置第一-第四齿轮,第一齿轮与第三齿轮同轴,第一齿轮与第二齿轮啮合,第三齿轮与第四齿轮啮合,电力测功机通过第一离合器、第一扭矩法兰连接第一齿轮,电动机通过第二离合器、第二扭矩法兰连接第二齿轮,气体机通过第三离合器、第三扭矩法兰连接第三齿轮,发电机通过第四离合器、第四扭矩法兰连接第四齿轮,蓄电池连接试验台直流主网,外接电源连接试验台交流副网并通过变电装置连接蓄电池,发电机、电动机分别连接试验台直流主网,电力测功机通过变频器连接试验台直流主网。
2.根据权利要求1所述的一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台,其特征是:还包括试验台动力控制系统,所述试验台动力控制系统包括部件整合控制器、气体机控制器、发电机控制器、电动机控制器和蓄电池控制器,气体机控制器连接气体机,发电机控制器连接发电机,电动机控制器连接电动机,蓄电池控制器连接蓄电池,气体机控制器、发电机控制器、电动机控制器和蓄电池控制收集传输的信号通过CAN线汇总到部件整合控制器。
3.根据权利要求1或2所述的一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台,其特征是:还包括试验台架检测系统,所述试验台架检测系统包括电力测功机控制器、气耗仪和排放分析仪,电力测功机控制器连接电力测功机,气耗仪、排放分析仪连接气体机,电力测功机控制器、气耗仪和排放分析仪收集传输的信号通过CAN线汇总到部件整合控制器。
4.根据权利要求1或2所述的一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台,其特征是:采用单纯机械推进模式、机械发电推进模式、单一电力推进模式、混合推进模式或外接电源充电模式;|
单纯机械推进模式时,气体机通过第三离合器和第三扭矩法兰与齿轮箱输入端轴连接,齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,电力测功机通过变频器与试验台直流主网相连,实现电能回馈;
机械发电推进模式时,气体机通过第三离合器和第三扭矩法兰与齿轮箱输入端轴连接,齿轮箱输出端通过第四扭矩法兰和第四离合器连接到发电机,进而接入试验台直流主网为蓄电池充电,另一路通过齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,电力测功机通过变频器与试验台直流主网相连,实现电能回馈;
单一电力推进模式时,蓄电池接入试验台直流主网,为电动机供电,带动第二离合器和第二扭矩法兰轴连接齿轮箱,并从齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,电力测功机通过变频器与试验台直流主网相连,实现电能回馈;
混合推进模式时,气体机通过第三离合器和第三扭矩法兰与齿轮箱输入端轴连接,齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,同时蓄电池接入试验台直流主网,为电动机供电,带动第二离合器和第二扭矩法兰轴连接齿轮箱,并从齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,电力测功机通过变频器与试验台直流主网相连,实现电能回馈;
外接电源充电模式时,外接电源与试验台交流副网相连,连接蓄电池为其充电。
5.根据权利要求3所述的一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台,其特征是:采用单纯机械推进模式、机械发电推进模式、单一电力推进模式、混合推进模式或外接电源充电模式;|
单纯机械推进模式时,气体机通过第三离合器和第三扭矩法兰与齿轮箱输入端轴连接,齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,电力测功机通过变频器与试验台直流主网相连,实现电能回馈;
机械发电推进模式时,气体机通过第三离合器和第三扭矩法兰与齿轮箱输入端轴连接,齿轮箱输出端通过第四扭矩法兰和第四离合器连接到发电机,进而接入试验台直流主网为蓄电池充电,另一路通过齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,电力测功机通过变频器与试验台直流主网相连,实现电能回馈;
单一电力推进模式时,蓄电池接入试验台直流主网,为电动机供电,带动第二离合器和第二扭矩法兰轴连接齿轮箱,并从齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,电力测功机通过变频器与试验台直流主网相连,实现电能回馈;
混合推进模式时,气体机通过第三离合器和第三扭矩法兰与齿轮箱输入端轴连接,齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,同时蓄电池接入试验台直流主网,为电动机供电,带动第二离合器和第二扭矩法兰轴连接齿轮箱,并从齿轮箱输出端通过第一扭矩法兰和第一离合器连接到电力测功机,电力测功机通过变频器与试验台直流主网相连,实现电能回馈;
外接电源充电模式时,外接电源与试验台交流副网相连,连接蓄电池为其充电。
6.一种带能量管理系统的气电混联式船舶混合动力试验台控制方法,其特征是:
当试验台需求转矩大于气体机外特性转矩,蓄电池组SOC大于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间下限时,气体机与电动机共同工作,气体机工作在外特性点并输出最大转矩,剩余转矩由并入后的电动机补足;
当试验台需求转矩大于气体机高效率区最小转矩,小于等于气体机外特性转矩,蓄电池组SOC大于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,仅气体机工作在高效率区并输出船舶需求转矩;
当试验台需求转矩大于气体机高效率区最小转矩,小于等于气体机外特性转矩,蓄电池组SOC小于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,气体机工作在外特性点并输出最大转矩,除满足船舶需求转矩外,利用剩余转矩带动发电机发电;
当试验台需求转矩大于电机外特性转矩,小于等于气体机高效率区最小转矩,蓄电池组SOC大于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,仅气体机工作并输出船舶需求转矩;
当试验台需求转矩大于电机外特性转矩,小于等于气体机高效率区最小转矩,蓄电池组SOC小于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,气体机工作在高效率区的最小转矩点,除满足船舶需求转矩外,利用剩余转矩带动发电机发电;
当试验台需求转矩小于等于电机外特性转矩,蓄电池组SOC大于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间下限时,仅电动机工作并输出船舶需求转矩;
当试验台需求转矩小于等于电机外特性转矩,蓄电池组SOC小于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间下限时,气体机工作在高效率区的最小转矩点,除满足船舶需求转矩外,利用剩余转矩带动发电机发电;
当试验台需求转矩为0,蓄电池组SOC小于等于蓄电池组最佳工作性能的荷电状态区间上限时,气体机、发电机和电动机都不工作,蓄电池通过外接电源连接试验台交流副网并通过整流装置进行充电。
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