[发明专利]直流组网的船舶混合动力推进系统的控制方法

权利要求书

1.一种直流组网的船舶混合动力推进系统的控制方法，其中，船舶混合动力推进系统包括左舷和右舷两个推进单元，推进单元包括直流母线，直流母线上连接有发电机供电机构、轴带推进机构、电池供电机构和负载机构，左舷和右舷的直流母线通过电力电子开关连接；

发电机供电机构包括主柴油发电机和辅柴油发电机，主柴油发电机通过供电线路依次与主断路器、整流模块、熔断器连接，该供电线路最后与直流母线相连接；辅柴油发电机通过供电线路依次与辅断路器、整流模块、熔断器连接，该供电线路最后与直流母线相连接；

电池供电机构包括与直流母线通过两根储电电线连接的斩波模块，斩波模块与电感滤波模块相连接，电感滤波模块与其中一根储电电线之间通过连接电线设有蓄电池，连接电线上设有蓄电池断路器，储电电线上设有熔断器；

轴带推进机构包括轴带电机，轴带电机通过用电线路与直流母线相连接，用电线路上由轴带电机开始依次设有断路器、变频模块、熔断器；轴带电机的输出轴与三端齿轮箱的第一输入端相连接；三端齿轮箱的输出端与螺旋桨相连接，三端齿轮箱的第二输入端通过离合器与柴油推进主机的输出轴相连接，变频模块设有第一温度传感器，在变频模块和断路器之间的线路上设有第一交流电压传感器，在断路器和轴带电机之间的线路上设有第一交流电流传感器，轴带电机处设有第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和转速传感器；第一温度传感器、第一交流电压传感器、第一交流电流传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器以及转速传感器与轴带推进机构控制模块电联接；

负载机构包括与直流母线通过接入导线相连接的负载逆变模块，正负极接入导线上都设有熔断器，负载逆变模块的输出端与负载电路的负载断路器输入端相连接，负载断路器与交流母线相连接，交流母线通过分流导线与船舶电力系统中的各个用电负载模块相连接，分流导线上在用电负载模块与交流母线间设有分断路器；负载逆变模块的输出端和负载断路器的输入端之间设有第二交流电压传感器，负载断路器的输出端设有第二交流电流传感器，第二交流电压传感器和第二交流电流传感器与负载控制模块电联接；

该控制方法具体包括以下步骤：

步骤1、航行路线规划

操作人员根据船舶航行的目的地，结合航行图，规划船舶航行路线，根据航段为正常航行段、或环保要求严格航行段、或高速航行段、或低速航行段、或逆水航行段将从出发地A₁航行到目的地A_n(n≥2)的航线分为n-1个航段，长度为S1、S2……Sn-1；

步骤2、发电机启动与直流母线预充

辅柴油发电机启动运转，当辅柴油发电机转速达到预设值后，进入正常工作状态，经预充回路为直流母线预充电，当直流母线电压达到1050～1075V之间时，辅断路器闭合，辅柴油发电机产生的交流电经由整流模块将交流电转换为直流电，为直流母线正常供电；

步骤3、日用负载运转

直流母线预充完成后，通过逆变模块将直流母线提供的直流电转换成日用负载所需的交流电；负载断路器、分断路器及分断路器闭合为日用负载供电；

步骤4、推进系统启动

航海雷达监测船舶启动环境为正常航行海域环境并传输给主控制器后，主控制器向轴带推进机构控制模块发送主机模式启动指令；接着，轴带推进机构控制模块启动，并运行在启动档转速；然后，轴带推进机构控制模块控制柴油推进主机提速，当柴油推进主机的转速达到工作档转速时，轴带推进机构控制模块闭合离合器，螺旋桨旋转，推进系统启动，船舶开始从出发地A₁点航行；

步骤5、对混合动力推进系统进行监测及调整

航海雷达监测船舶运行环境以进行推进模式切换，推进模式切换控制过程，具体如下：

步骤a、主控制器从航行路线中获取各航段的长度，构成距离矩阵s＝[s₁，s₂，s₃，s₄，...，s_n-2，s_n-1]；

步骤b、主控制器根据不同航段的行驶要求，生成整个航线的推进模式切换过程：将主机模式切换到主机停止工作且船舶推进功率完全靠轴带电机提供的PTH模式，代号记为0H；PTH模式切换到主机与轴带电机同时工作的PTI模式，代号记为HI；PTI模式切换到PTH模式，代号记为IH；……；PTI模式切换到主机模式，代号记为IO；主机模式单独停止，代号记为OS；并生成模式切换代号矩阵o；

步骤c、主控制器根据航线所包含的航段数量构建系数矩阵I，I＝[i₁，i₂，...，i_n-2，i_n-1]^T，其为1行n-1列的列矩阵；并初始化系数矩阵I＝[1，0，0，0，...，0，0]^T；

步骤d、主控制器根据航线构建距离系数矩阵T＝[t₁，t₂，...，t_n-2，t_n-1]^T，其为1行n-1列的列矩阵；并初始化距离系数矩阵T＝[1，0，0，0，...，0，0]^T；

步骤e、计数器所计数值a置1；

步骤f、获取船舶推进模式交界点即当前推进模式与下个推进模式的交界点距离出发地A的距离w，单位为m：w＝s*T；

步骤g、获取混合动力船舶距离出发地A的距离L，单位为m；

g-1、混合动力船舶从出发地A点出发时，通过船用GPS获取其所处位置的经纬度(θ₁，θ₂)，并把获取的经纬度数据存放于主控制器内指定位置a₁(x₁，y₁)；

g-2、混合动力船舶在行驶过程中，每隔ΔT时间通过船用GPS获取其所处位置的经纬度，并把获取的经纬度数据存放于主控制器内指定位置a₂(x₂，y₂)、a₃(x₃，y₃)、……、a_j(x_j，y_j)；

g-3、通过如下转换公式，求得各经纬度坐标a_j(x_j，y_j)对应的直角坐标A_j(X_j，Y_j，Z_j)；

r₁表示地球半径；

g-4、获取两相邻经纬度坐标a_j(x_j，y_j)和a_j+1(x_j+1，y_j+1)之间的距离l_j：

首先，主控制器通过如下公式，计算坐标A_j和坐标A_j+1之间的距离

然后，把坐标A_j和坐标A_j+1对应的经纬度坐标具体数值代入上式，化简可得

g-5、通过如下公式获取混合动力船舶距离出发地A的距离L

L＝(l₁+l₂+…+l_j)；

步骤h、主控制器进行条件判断：|w-L|≤h是否成立，式中h为模式切换过程中所需距离：若成立，开始执行步骤i至步骤m；若不成立，回到步骤g；

步骤i、主控制器获取模式切换代号p₁＝o*I；然后，主控制器根据模式切换代号，控制相关设备完成相应的模式切换过程；

步骤j、计数器所计数值a加1；

步骤k、主控制器对计数器数值a进行条件判断：a≤n-1是否成立：若成立，执行步骤m至步骤o；若不成立，表示船舶到达目的地，结束；

步骤m、主控制器把系数矩阵I中第a列的值置为1，其余列的值置为0；

步骤n、主控制器把距离系数矩阵T中第a列的值置为1，其余列的值保持不变；

步骤o、回到步骤f循环执行，直至船舶到达目的地。