[发明专利]利用柴油发电机余热的船舶热电联产优化控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种利用柴油发电机余热的船舶供电与供汽联动系统的优化控制系统及控制方法，该控制系统包括传感器、热电联产控制器、蒸汽轮机发电机发电量PID控制器。热电联产控制器通过传感器获取全船蒸汽供热需求和用电需求，计算柴油发电机和燃油锅炉燃油消耗量并发出燃油控制信号，同时向蒸汽轮机发电机的发电量PID控制器发出设定值信号，从而控制船舶柴油发电机、燃油锅炉、废气锅炉、蒸汽轮机发电机等设备的运行工况，满足全船蒸汽供热需求和用电需求。与现有技术相比，本发明这种优化控制系统及控制方法能够在满足全船蒸汽供热和供电的条件下控制总燃油费用最低，或总CO₂排放值最低，从而达到降低营运成本或节能减排目的。

技术领域

本发明涉及船舶柴油发电机废气利用和蒸汽轮机发电机发电领域，尤其涉及利用柴油发电机余热的船舶供电与供汽联动系统的优化控制系统和控制方法。

背景技术

大型豪华邮轮是近些年快速发展的船型之一。该船型由于吨位大，人员多，大型耗能娱乐项目多，导致该类船舶能耗巨大。巨大的耗能系统使得该类船舶在供电系统与蒸汽系统比普通船舶更为复杂。普通船舶通常由柴油机和锅炉组成船舶供电系统与蒸汽系统，且这两个系统通常相互独立，但许多大型豪华船舶的供电系统与蒸汽系统通常由多个柴油发电机、多个废热锅炉、多个燃油锅炉和蒸汽轮机发电机共同组成，而且两个系统之间的设备相互联动。在大型豪华船舶航行过程中，当供电系统与蒸汽系统负荷发生变化时，这两个系统不同的控制和管理模式会导致这两个系统消耗不同的燃油消耗量和导致不同的总燃油费用，并产生不同的总CO₂总排放，不当的控制和管理模式甚至可能造成蒸汽过剩等能源浪费。

发明内容

本发明提供一种利用柴油发电机余热的船舶供电与供汽联动系统的优化控制系统和控制方法，通过计算和控制柴油发电机和燃油锅炉的燃油消耗量，以消除或降低热电联产供需不平衡造成的影响，避免造成能源浪费，并达到降低运营成本或排放的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种利用柴油发电机余热的船舶热电联产控制方法，包括以下步骤：

检测船舶的电网电能需求参数、蒸汽供热参数、废气锅炉中废气参数；

热电联产控制器根据检测信号确定船舶的电网用电需求和蒸汽供热需求，再计算满足船舶蒸汽供热和供电需求，且计算柴油发电机和燃油锅炉燃油费之和最低，或者柴油发电机和燃油锅炉总CO₂排放值最低的情况下的柴油发电机的燃油消耗量和燃油锅炉燃油消耗量；

热电联产控制器根据计算结果向柴油发电机和燃油锅炉所对应的燃油控制器发送第一控制信号和第二控制信号，分别调节柴油发电机和燃油锅炉的燃油消耗量；

热电联产控制器向蒸汽轮机发电机发电量PID控制器发出发电量设定值信号，蒸汽轮机发电机发电量PID控制器根据发电量设定值信号调节蒸汽轮机发电机进口阀门开度，以控制蒸汽轮机发电机发电量，使全船的蒸汽供热量和发电量满足全船的供电和供热需求。

接上述技术方案，其中所述电网需求和供热参数包括电网的有功功率、无功功率、视在功率和总谐波畸变率，蒸汽供热总管实时质量流量和总管压力。所述的废气锅炉中废气参数指的是进入废气锅炉的废气进口温度和废气锅炉的废气出口温度。

接上述技术方案，所述全船蒸汽供热量指的是燃油锅炉产生的蒸汽和废气锅炉产生的蒸汽减去蒸汽轮机发电机蒸汽消耗量的剩余蒸汽，即用于辅机运行和油类加热等蒸汽，不包括蒸汽轮机发电机发电所用的蒸汽。所述的全船发电量指的是柴油发电机的发电量以及蒸汽轮机发电机发电量。

接上述技术方案，该方法还包括步骤：

监测所述的船舶实时运行参数，根据该实时运行参数产生第三控制信号，用于控制滤波器滤除电网的谐波，所述运行参数包括有功功率、无功功率、视在功率和总谐波畸变率。