[实用新型]电油混合能源转换电驱动船舶的间接型矩阵控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多能源电动船舶的电源组合及推进控制系统，特别是一种电油混合能源转换电驱动船舶的间接型矩阵控制系统，即以发电机组和取用岸电的动力蓄电池组相结合的电油混合能源全电动船舶的、交直流电源直接并联运行的间接型矩阵控制的电站系统，和采用间接型矩阵变换器与直接转矩变频控制相结合的组合式控制策略的推进控制系统叠加形成的间接型矩阵控制系统。

背景技术

混合动力电动汽车具有环保节能和行驶里程较大的优势。混合动力电动船舶具有同样的特性和特殊的用途，例如科学测量船舶、具体为一种经常性频繁进行水文测量的船舶，需要静音工作环境和较大的续航力，以及能够在流水和风浪中定位于一点、或以极低的航速运行的性能，以适应于水文测量的需求。显然，采用热力机推进和发电机组供电都不能实现静音目的，而蓄电池电动船舶缺乏大续航力，唯有电油混合全电动船舶可达到其双重目标。电力推进具有定位航行和低速性能，且能以蓄电池工作于测量工况，而以有噪声的发电机组用于其它工况，从而可同时兼顾静音测量环境和大续航力双重需求，对蓄电池充电可引用岸电，也可采用船电，后者虽然效率低一点，但测量时间不长、而静音环境成为主要矛盾，且双重技术目的得以实现。

然而难题在于混合能源中以燃油为能源的柴油发电机组为交流电，因为发电机交流化是成熟的水陆发电技术，而蓄电池为直流电，两者如何配套和控制？显然将交流电整流为直流电，再转换为交流电的交-直-交方式是一种工作模式，然而由于控制过程必须经过整流滤波环节，所以直流环节需要较大的储能电感或电容器而耗能高且体积较大。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电油混合能源转换电驱动船舶的间接型矩阵控制系统，可以实现交流电与直流电的高效对接和并联运行；并且采用间接型矩阵变换器与直接转矩控制策略相结合，构成组合式控制策略，实现对于推进电动机高效节能的变频无级调速控制。形成混合能源电动船舶优化的电站构成方案和推进控制方式、以及电站与推进控制两者优化配套的总体方案。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种电油混合能源转换电驱动船舶的间接型矩阵控制系统，包括：三相交流柴油发电机组、间接型矩阵变换器、动力蓄电池组、双向PWM开关、三相交流推进电动机、螺旋桨、直接转矩控制变频器、开关换流控制器、速度传感器、充电机，三相交流柴油发电机组与间接型矩阵变换器的输入端AC/DC变换器相连，三相交流推进电动机与间接型矩阵变换器的输出端DC/AC变换器相连，且与螺旋桨机械相连，间接型矩阵变换器的虚拟直流环节箝位电路与双向PWM开关相连，双向PWM开关与动力蓄电池组相连，开关换流控制器与间接型矩阵变换器的输入端AC/DC变换器和输出端DC/AC变换器的开关控制线路相连，直接转矩控制变频器与开关换流控制器、三相交流柴油发电机组、三相交流推进电动机以及速度传感器相连，速度传感器与推进电动机机械相连，具有接交流岸电插口的充电机与动力蓄电池组相连。

所述的间接型矩阵变换器为采用间接空间矢量调制算法的间接型矩阵变频控制器，采用虚拟整流和虚拟逆变相结合的方式进行控制。

所述的间接型矩阵变换器的开关低频传递函数矩阵T可表示为两部分的乘积AB，即：

T=AB;

且B与矩阵输入三相相电压基波矩阵U_iph的乘积为常数C,即：

BU_iph=C；

而A与常数的乘积为矩阵输出线电压基波矩阵U_oL，即：

AC=U_oL；

可得：

U_oL=TUi_ph＝ABU_iph=AC，其中C为常数；

U_iph和U_oL分别为下式：

式中：

U_im是输入相电压幅值；

ω_i是输入电压角频率；

U_om是输出相电压幅值；

ω。是输出电压角频率；

是输出电压与输入电压的相位差。

优化的方案中，所述的间接型矩阵变换器中包括：

由6对两两反并联的逆阻式绝缘栅双极晶体管RB-IGBT构成的6个双向开关，组成一个双向可逆的三相桥式电路，与6个带反并联二极管的绝缘栅双极晶体管IGBT组成的三相桥式逆变电路共同构成RB-IGBT逆阻式双级矩阵变换器。

另一优化的方案中，所述的间接型矩阵变换器中包括：