用于混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法及控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法及控制裝置，尤其涉及一種用于船舶的柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法及控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在燃油資源日益匱乏的今天，電力動(dòng)力系統(tǒng)逐漸成為未來船舶技術(shù)的一個(gè)發(fā)展趨勢。電力動(dòng)力系統(tǒng)具有更好的經(jīng)濟(jì)性，且有利于減少船舶對(duì)環(huán)境的污染。然而，與傳統(tǒng)的燃油動(dòng)力系統(tǒng)相比，純電力動(dòng)力系統(tǒng)還無法達(dá)到高性能的速度、加速度和自控性。鑒于這種情況，混合動(dòng)力型船舶，尤其是柴電混合動(dòng)力的船舶，成為了目前船舶技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。
[0003]目前的混合動(dòng)力的船舶通常采用柴油機(jī)和電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力推進(jìn)裝置，即柴電混合動(dòng)力。這種柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖1所示，包括柴油機(jī)1、齒輪箱2、螺旋槳3、電動(dòng)機(jī)4和控制電動(dòng)機(jī)4的變頻器5。其中柴油機(jī)1作為主動(dòng)力推進(jìn)裝置，通過齒輪箱2將機(jī)械能提供到螺旋槳3，從而為船舶提供主要的動(dòng)力。而電動(dòng)機(jī)4作為輔助的動(dòng)力推進(jìn)裝置，在柴油機(jī)1輸出的動(dòng)力不足以應(yīng)對(duì)工況需要時(shí)，被并入到該柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)中，在變頻器5的控制下與柴油機(jī)1 一起工作，從而通過齒輪箱2向螺旋槳3提供更大的動(dòng)力。當(dāng)柴油機(jī)的動(dòng)力足以滿足工況需要時(shí)，電動(dòng)機(jī)4可以從柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)中撤出，僅由柴油機(jī)1提供船舶所需的動(dòng)力。這種電動(dòng)機(jī)被并入柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)從而與柴油機(jī)1一起提供機(jī)械能的過程通常被稱為“并車”。
[0004]然而，在現(xiàn)有的柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)中，并車過程中通常會(huì)引起柴油機(jī)和螺旋槳波動(dòng)等不穩(wěn)定現(xiàn)象，這是由于柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)初期時(shí)轉(zhuǎn)子的起始狀態(tài)并非靜止態(tài)而造成的。電動(dòng)機(jī)是一種把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備，它利用通電線圈(也就是定子繞組)產(chǎn)生作用于轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)并最終使轉(zhuǎn)子達(dá)到所需的設(shè)定轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)通常由變頻器控制，通過變頻器可調(diào)節(jié)輸入到定子繞組中的電流的頻率，從而調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。然而，當(dāng)柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)僅由柴油機(jī)提供動(dòng)力時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子并非靜止，而是隨柴油機(jī)的傳動(dòng)軸空轉(zhuǎn)，并保持與柴油機(jī)的傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速相同。
[0005]在這種情況下，對(duì)于變頻器而言電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是不確知的，此時(shí)利用變頻器向電動(dòng)機(jī)定子繞組提供電流會(huì)導(dǎo)致定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子之間存在較大的轉(zhuǎn)速差，因而使二者并不匹配。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相對(duì)于轉(zhuǎn)子更高時(shí)，會(huì)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生很大的電流，容易導(dǎo)致變頻器過流跳閘。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相對(duì)于轉(zhuǎn)子更低時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)受到定子繞組的反向力的作用，進(jìn)而導(dǎo)致柴油機(jī)的傳動(dòng)軸受到反向力的作用，使柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速突然降低，造成柴油機(jī)和螺旋槳的波動(dòng)。另外，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相對(duì)于轉(zhuǎn)子更低時(shí)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)為發(fā)電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子將向定子繞組反送能量從而給變頻器電容充電，容易使變頻器因電容電壓過壓而跳閘。
[0006]因此，現(xiàn)有的柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)在并車過程中容易發(fā)生過流跳閘、過壓跳閘、柴油機(jī)波動(dòng)等不穩(wěn)定現(xiàn)象。
[0007]另外，由于船舶的使用環(huán)境較為復(fù)雜，水流變化等因素容易對(duì)螺旋槳施加各種方向的作用力，造成柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的下降或上升。因此，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速本身波動(dòng)也較大，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)速差也是波動(dòng)的，這就更加劇了柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)在并車過程中的不穩(wěn)定性。
[0008]此外，在需要將電動(dòng)機(jī)從混合動(dòng)力系統(tǒng)中撤出時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力突然消失，會(huì)使柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速突然增大，同樣會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)和螺旋槳的波動(dòng)。柴油機(jī)和螺旋槳的波動(dòng)容易導(dǎo)致齒輪箱的損壞和船舶配電板的波動(dòng)，影響船舶的整體性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一個(gè)目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法。
[0010]本發(fā)明提供了一種混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法，該混合動(dòng)力系統(tǒng)包括原動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)能夠被選擇為與所述原動(dòng)機(jī)共同向負(fù)載輸出機(jī)械能，所述控制方法包括:
[0011]檢測所述原動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速；
[0012]設(shè)置所述電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)空載負(fù)荷值和目標(biāo)轉(zhuǎn)速，其中所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速被設(shè)置為比所述原動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速大3?10% ;
[0013]啟動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)，當(dāng)所述電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷達(dá)到所述目標(biāo)空載負(fù)荷時(shí)，并車完成。
[0014]本發(fā)明提供的控制方法，可以使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是接近于匹配的，從而可避免過流跳閘、過壓跳閘的發(fā)生，也可避免電動(dòng)機(jī)的并車對(duì)原動(dòng)機(jī)造成的波動(dòng)，即使是在船舶的工況較為復(fù)雜、原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速本身波動(dòng)較大的情況下,也能夠保證電動(dòng)機(jī)并車過程中混合動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0015]根據(jù)本發(fā)明提供的控制方法，其中并車完成后，還包括以下加載步驟:以斜坡函數(shù)逐漸增大所述電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷值。這樣，可防止電動(dòng)機(jī)的突然加載對(duì)原動(dòng)機(jī)機(jī)造成的轉(zhuǎn)速突降。
[0016]根據(jù)本發(fā)明提供的控制方法，其中加載步驟完成后，還包括以下退出并車步驟:以斜坡函數(shù)逐漸減小所述電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷值，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷值降至所述目標(biāo)空載負(fù)荷值時(shí)，使電動(dòng)機(jī)退出所述混合動(dòng)力系統(tǒng)。這樣，可防止電動(dòng)機(jī)的突然卸載對(duì)原動(dòng)機(jī)機(jī)造成的轉(zhuǎn)速突增。
[0017]根據(jù)本發(fā)明提供的控制方法，其中根據(jù)所述原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)振幅而設(shè)置所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速，使所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速被設(shè)置為大于所述原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)振幅，這樣在原動(dòng)機(jī)自身波動(dòng)較大的情況下，也能夠保證電動(dòng)機(jī)并車過程中混合動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0018]根據(jù)本發(fā)明提供的控制方法，其中所述混合動(dòng)力系統(tǒng)中，所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與所述原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持一致。
[0019]根據(jù)本發(fā)明提供的控制方法，其中所述原動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為臨近并車之前的某一時(shí)刻所述原動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。
[0020]根據(jù)本發(fā)明提供的控制方法，其中所述原動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為并車之前的一個(gè)時(shí)間段內(nèi)所述原動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)速。
[0021]根據(jù)本發(fā)明提供的控制方法，其中所述原動(dòng)機(jī)為柴油機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)中的一個(gè)，或其中多個(gè)的結(jié)合。
[0022]根據(jù)本發(fā)明提供的控制方法，所述負(fù)載為船舶的螺旋槳。
[0023]本發(fā)明還提供一種用于混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制裝置該混合動(dòng)力系統(tǒng)包括原動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)能夠被選擇為與所述原動(dòng)機(jī)共同向負(fù)載輸出機(jī)械能，所述控制裝置包括:
[0024]轉(zhuǎn)速檢測裝置，用于檢測所述原動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速；
[0025]參數(shù)設(shè)置裝置，用于設(shè)置所述電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)空載負(fù)荷值，并根據(jù)所述轉(zhuǎn)速檢測裝置所檢測到的所述原動(dòng)機(jī)的所述實(shí)際轉(zhuǎn)速設(shè)置所述電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，使所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速被設(shè)置為比所述原動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速大3?10% ;
[0026]啟動(dòng)裝置，用于根據(jù)所述參數(shù)設(shè)置裝置所設(shè)置的所述目標(biāo)空載負(fù)荷值和所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速啟動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)，并且當(dāng)所述電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷達(dá)到所述目標(biāo)空載負(fù)荷時(shí)，并車完成。
[0027]根據(jù)本發(fā)明提供的控制裝置，其中所述啟動(dòng)裝置為變頻器。
[0028]根據(jù)本發(fā)明提供的控制裝置，其中所述原動(dòng)機(jī)為柴油機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)中的一個(gè)，或其中多個(gè)的結(jié)合。
[0029]根據(jù)本發(fā)明提供的控制裝置，其中所述參數(shù)設(shè)置裝置根據(jù)所述原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)振幅而設(shè)置所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速，使所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速被設(shè)置為大于所述原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)振幅。
[0030]本發(fā)明提供的混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法，可有效避免并車及退出并車過程中發(fā)生的過流跳閘、過壓跳閘、柴油機(jī)波動(dòng)等不穩(wěn)定現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0031]以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，
[0032]圖1為柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)的基本架構(gòu)。
[0033]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制方法的流程圖；
[0034]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]附圖標(biāo)記列表
[0036]1、柴油機(jī)
[0037]2、齒輪箱
[0038]3、螺旋槳
[0039]4、電動(dòng)機(jī)
[0040]5、變頻器
[0041]6、轉(zhuǎn)速檢測裝置
[0042]7、參數(shù)設(shè)置裝置
【具體實(shí)施方式】
[0043]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照【附圖說明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0044]本實(shí)施例提供一種柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法。該柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括柴油機(jī)1、齒輪箱2、螺旋槳3、電動(dòng)機(jī)4和控制電動(dòng)機(jī)4的變頻器5。其中柴油機(jī)1通過齒輪箱2將機(jī)械能提供到螺旋槳3，從而為船舶提供主要的動(dòng)力。在柴油機(jī)1輸出的動(dòng)力不足以應(yīng)對(duì)工況需要時(shí)，電動(dòng)機(jī)4作為輔助的動(dòng)力推進(jìn)裝置，可被并入到該柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)中，在變頻器5的控制下與柴油機(jī)1 一起工作，通過齒輪箱2向螺旋槳3提供動(dòng)力。當(dāng)柴油機(jī)的動(dòng)力足以滿足工況需要時(shí)，電動(dòng)機(jī)4可以從柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)中撤出，僅由柴油機(jī)1提供船舶所需的動(dòng)力。
[0045]如圖2的流程圖所示，本實(shí)施例提供的柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟:
[0046]0)檢測原