CN206050040U - 基于改进z源逆变器的新能源船舶电路推进装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置，包含：光伏电池组；最大功率跟踪系统，其与光伏电池组相连；第一DC‑DC变换器；动力电池组，其与第一DC‑DC变换器串联后与直流母线相连；Z源逆变器，其电路连接于最大功率跟踪系统和第一DC‑DC变换器，并通过光伏电池组和/或动力电池组向Z源逆变器输电；推进电机，其与Z源逆变器相连；光伏电池组和/或动力电池组通过Z源逆变器输电至推进电机，并使得推进电机转动，或，推进电机转动发电产生的电能经由Z源逆变器输出至动力电池组。本实用新型实现动力电池和太阳能光伏电池的柔性切换供电，保证这种内河船舶的正常航行。

Description

基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置
技术领域
本实用新型涉及新能源船舶领域，特别涉及一种基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置。
背景技术
对于船舶引起的污染，IMO以及越来越多的国家和地区正积极采取各种有效措施以减少船舶废气对大气的污染。大力发展船舶节能新技术，积极开发和采用节能新船型和先进动力系统，鼓励采用新技术、新材料、新工艺和新结构提高船舶设计制造水平。本实用新型将新能源应用到内河船舶动力系统中，改变传统柴油动力船舶，推机系统采用电力推进，具有可实现船舶烟气零排放，将产生显著的节能节支效果，同时船舶操纵性能好、低噪声、能量转换效率高，可以获得最优的动力特性。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置，实现动力电池和太阳能光伏电池的柔性切换供电，保证这种内河船舶的正常航行。
为了实现以上目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置，其特点是，包含：
光伏电池组；
最大功率跟踪系统，其与光伏电池组相连；
第一DC-DC变换器；
动力电池组，其与第一DC-DC变换器串联后与最大功率跟踪系统电路相连；
Z源逆变器，其电路连接于最大功率跟踪系统和第一DC-DC变换器，并通过所述的光伏电池组和/或动力电池组向Z源逆变器输电；
推进电机，其与Z源逆变器相连；
所述的光伏电池组和/或动力电池组通过Z源逆变器输电至推进电机，并使得推进电机转动，或，
所述的推进电机转动发电产生的电能经由Z源逆变器输出至动力电池组。
所述的动力电池组串联一充电器。
所述的Z源逆变器通过直流母线电路连接于最大功率跟踪系统和第一DC-DC变换器。
该装置还包含：
第二DC-DC变换器、DC-AC变换器，其分别连接于直流母线；
低压电子设备，其连接于第二DC-DC变换器；
交流负载，其连接于DC-AC变换器。
所述的光伏电池组包含若干个光伏电池，其以串联、并联或串并联方式电连接。
所述的动力电池组包含若干个动力电池，其以串联、并联或串并联方式电连接。
所述的改进Z源逆变器包含：
三相IGBT组，其一端与光伏电池组的一端相连，另一端与第一电容和第二电感串联后与光伏电池组的另一端相连，且三相IGBT组的另一端与第二电容和第一电感串联后与光伏电池组的另一端相连；
第三电容，其并接在光伏电池组的两端；
二极管，其一端分别电路连接第一电感和第二电容，其另一端分别电路连接第二电感和第一电容。
所述的每相IGBT组含一个下桥臂IGBT与一个上桥臂IGBT；推进电机的三相端分别对应电路连接到一相IGBT组中下桥臂的IGBT的集电极和上桥臂的IGBT的发射极。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
本实用新型可实现船舶烟气零排放、低噪声、能量转换效率高、动力特性优，还利用Z源逆变器独特的升降压机制来可以克服传统电压和电流逆变器的不足，但传统Z源变流器直流链电感的加入增加了系统的体积、重量和成本，本实用新型提出Z源拓扑能够有效减小Z源网络中元件的大小而不会增加电路结构的复杂性，在新能源领域电压变化比较大的场合特别适用。
附图说明
图1为本实用新型一种基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置的结构示意图；
图2为本实用新型一种基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置的电路原理图；
图3为本实用新型Z源逆变器的控制框图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本实用新型做进一步阐述。
如图1所示，一种基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置，包含：光伏电池组1；最大功率跟踪系统2，其与光伏电池组1相连；第一DC-DC变换器4；动力电池组5，其与第一DC-DC变换器4串联后与最大功率跟踪系统2电路相连；Z源逆变器3，其电路连接于最大功率跟踪系统2和第一DC-DC变换器4，并通过所述的光伏电池组1和/或动力电池组5向Z源逆变器3输电；推进电机M，其与Z源逆变器3相连；所述的光伏电池组1和/或动力电池组5通过Z源逆变器3输电至推进电机M，并使得推进电机M转动，或，所述的推进电机转动发电产生的电能经由Z源逆变器输出至动力电池组。
上述的动力电池组还连接于岸电6，并由所述的岸电6对动力电池组充电。
上述的动力电池组串联一充电器。Z源逆变器通过直流母线电路9连接于最大功率跟踪系统和第一DC-DC变换器。
该推进装置还包含：第二DC-DC变换器7、DC-AC变换器8，其分别连接于直流母线9；低压电子设备10，其连接于第二DC-DC变换器7；交流负载11，其连接于DC-AC变换器8。
上述的光伏电池组1包含若干个光伏电池，其以串联、并联或串并联方式电连接。
上述的动力电池组5包含若干个动力电池，其以串联、并联或串并联方式电连接，该动力电池为锂电池。
在具体实施例中，还包含4个电子开关（S1、S2、S3、S4），具体电路连接关系请参见图1。并通过电源控制器控制4个电子开关。
如图2所示，上述的Z源逆变器3包含：三相IGBT组，其一端与光伏电池组的一端相连，另一端与第一电容C1和第二电感L2串联后与光伏电池组的另一端相连，且三相IGBT组的另一端与第二电容C2和第一电感L1串联后与光伏电池组的另一端相连；第三电容C，其并接在光伏电池组的两端；二极管31，其一端分别电路连接第二电感L2和第一电容C1，其另一端分别电路连接第一电感L1和第二电容C2。
上述的每相IGBT组含一个下桥臂IGBT与一个上桥臂IGBT；推进电机的三相端分别对应电路连接到一相IGBT组中下桥臂的IGBT的集电极和上桥臂的IGBT的发射极。
三相IGBT组包含六个IGBT：第一IGBT321、第二IGBT322、第三IGBT323、第四IGBT324、第五IGBT325和第六IGBT326。第一IGBT321和第二IGBT322组成一相IGBT组，第一IGBT321为上桥臂IGBT，第二IGBT322为下桥臂IGB；第三IGBT323和第四IGBT324组成一相IGBT组，第三IGBT323为上桥臂IGBT，第四IGBT324为下桥臂IGBT；第五IGBT325和第六IGBT326组成一相IGBT组，第五IGBT325为上桥臂IGBT，第六IGBT326为下桥臂IGBT。
第一IGBT321发射极连接第二IGBT322集电极，第三IGBT323发射极连接第四IGBT324集电极，第五IGBT325发射极连接第六IGBT326集电极。
第一IGBT321与第二IGBT322之间设有U端，第三IGBT323与第四IGBT324之间设有V端。第五IGBT325和第六IGBT326之间设有W端。推进电机M分别与U、V、W端相连。
在船舶靠泊停航时，由岸电或光伏电池组对动力电池组进行充电，储存电能；船舶正常航行时，由动力电池组和光伏电池组对新能源船舶的直流微电网进行供电，光伏电池组配有最大功率跟踪系统MPPT，光伏电池组输出功率在最大功率附近，使能量的转换效率最佳；在船舶航行中一旦动力电池的储能用尽或自身发生故障，光伏电池发电系统继续向船舶直流电网输送电能，同时电源管理系统将自动卸载一些次要负载，保证主推进系统仍就正常运行，维持船舶的基本的运行工况。如果船舶制动减速时，推进电机变为发推进电机，系统还可将制动能量回馈给动力电池。光伏电池组在能量富裕时还可为动力电池充电。这种新电源电力推进船舶，可实现船舶烟气零排放，将产生显著的节能节支效果，提高系统效率。同时，动力电池与光伏电池组的混合能源方式，保证了新能源船舶的航行安全，符合和满足船级社对电力推进船舶的技术规范。
能源的管理和两种能量的自动切换均由电源管理系统的CPU完成的，由现场的传感器实时检测动力电池、光伏电池组和推进电机的一些基本参数，并将这些信号实时送到电源管理系统的CPU中，这样控制器的CPU实时得到动力电池的储存能量的信息，为能量的自动切换做准备。
图2是由Z源逆变器控制的船舶电力推进系统，和传统的Z源逆变器相比， Z源网络和逆变桥臂的位置互换，带来的优点是Z源电容电压极性与输入电压是一致的，这样在得到同样的直流侧峰值电压时 Z源电容电压能大大减小，同时对启动冲击电流具有抑制能力，避免了启动冲击电流对逆变桥造成的损坏。
由于新能源船舶微电网，光伏模块和动力电池的输出直流电压变化很大，对系统的功率调整电路要求较高，以光伏电池组为甚，电网电压跌落会造成调速系统故障，造成新能源船舶巨大的损失。所以本实用新型利用Z源逆变器独特的升压功能能够承受系统电网电压跌落，同时在光伏电池供电时，它的特性曲线受光照强度和环境温度的影响很大，为了充利用输出功率，必须对其进行最大功率跟踪(MPPT)控制以减少能量损失。
图3是Z源逆变器的控制框图，采用Z源直流链电压闭环控制，参考电压与直流链电压VPN比较后作为控制器的输入，控制器的输出作为控制直通信号的产生，最后将直通信号与逆变侧调制控制信号相结合，就能得到开关管的控制信号控制逆变桥，控制推进电机的速度，其中推进电机的控制策略我们采用直接转矩控制，如图2所示。这种控制方式输出电压没有稳态误差，并且实现简单。
综上所述，本实用新型一种基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置，实现动力电池和太阳能光伏电池的柔性切换供电，保证这种内河船舶的正常航行。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置，其特征在于，包含：
光伏电池组；
最大功率跟踪系统，其与光伏电池组相连；
第一DC-DC变换器；
动力电池组，其与第一DC-DC变换器串联后与最大功率跟踪系统电路相连；
Z源逆变器，其电路连接于最大功率跟踪系统和第一DC-DC变换器，并通过所述的光伏电池组和/或动力电池组向Z源逆变器输电；
推进电机，其与Z源逆变器相连；
所述的光伏电池组和/或动力电池组通过Z源逆变器输电至推进电机，并使得推进电机转动，或，
所述的推进电机转动发电产生的电能经由Z源逆变器输出至动力电池组。
2.如权利要求1所述的基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置，其特征在于，所述的动力电池组还连接于岸电，并由所述的岸电对动力电池组充电。
3.如权利要求1所述的基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置，其特征在于，所述的动力电池组串联一充电器。
4.如权利要求1所述的基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置，其特征在于，所述的Z源逆变器通过直流母线电路连接于最大功率跟踪系统和第一DC-DC变换器。
5.如权利要求4所述的基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置，其特征在于，还包含：
第二DC-DC变换器、DC-AC变换器，其分别连接于直流母线；
低压电子设备，其连接于第二DC-DC变换器；
交流负载，其连接于DC-AC变换器。
6.如权利要求1所述的基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置，其特征在于，所述的光伏电池组包含若干个光伏电池，其以串联、并联或串并联方式电连接。
7.如权利要求1所述的基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置，其特征在于，所述的动力电池组包含若干个动力电池，其以串联、并联或串并联方式电连接。
8.如权利要求1所述的基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置，其特征在于，所述的Z源逆变器包含：
三相IGBT组，其一端与光伏电池组的一端相连，另一端与第一电容和第二电感串联后与光伏电池组的另一端相连，且三相IGBT组的另一端与第二电容和第一电感串联后与光伏电池组的另一端相连；
第三电容，其并接在光伏电池组的两端；
二极管，其一端分别电路连接第一电感和第二电容，其另一端分别电路连接第二电感和第一电容。
9.如权利要求8所述的基于改进Z源逆变器的新能源船舶电路推进装置，其特征在于，所述的每相IGBT组含一个下桥臂IGBT与一个上桥臂IGBT；推进电机的三相端分别对应电路连接到一相IGBT组中下桥臂的IGBT的集电极和上桥臂的IGBT的发射极。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107069895A (zh) * 2017-06-08 2017-08-18 广东广新海洋工程装备研究院有限公司 一种内河支线船舶
CN111490561A (zh) * 2020-05-22 2020-08-04 上海海事大学 一种船舶光伏发电并网系统
CN114248898A (zh) * 2021-12-27 2022-03-29 中国船舶重工集团公司第七0五研究所 一种双余度推进装置和水下航行器
CN115195984A (zh) * 2022-06-29 2022-10-18 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种针对大容量电动船的动力系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107069895A (zh) * 2017-06-08 2017-08-18 广东广新海洋工程装备研究院有限公司 一种内河支线船舶
CN111490561A (zh) * 2020-05-22 2020-08-04 上海海事大学 一种船舶光伏发电并网系统
CN114248898A (zh) * 2021-12-27 2022-03-29 中国船舶重工集团公司第七0五研究所 一种双余度推进装置和水下航行器
CN115195984A (zh) * 2022-06-29 2022-10-18 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种针对大容量电动船的动力系统
CN115195984B (zh) * 2022-06-29 2024-05-24 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种针对大容量电动船的动力系统

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