[发明专利]一种针对太阳能船舶的光伏波动功率低成本抑制方法

说明书

技术领域

本发明主要针对太阳能混合能源船，是一种在船舶在综合运动下采用虚拟同步发电机控制策略，通过引入虚拟惯量从而减少储能的频繁使用，改善了储能的损耗，降低太阳能船的经济成本，属于绿色船舶应用技术领域。

背景技术

当今世界能源结构中，人类所利用的一次能源主要为化石能源，例如石油、、船舶电站主要靠燃烧重油发电，发电成本较高，另外在全球每年碳、氮排放物中，有一定比例是由海洋航运业排放造成的。太阳能等可持续能源与船舶传统发电设备一起混合供电成为船舶供电系统的新趋势，比较这两种电站在经济性上的优劣具有现实意义，对安装太阳能光伏设备的船舶混合电力系统进行经济性评价，需要在综合计算评估太阳能辐射强度、光伏系统投资成本和燃油价格的基础上，对适用性和耐久性做出科学合理的分析以期合理规避潜在资风险。船舶在航行过程中的经纬度会时刻发生变化，同时船舶存在摇摆现象，这就使得对船舶中的光伏板辐照度的实际接收量和传统陆地上是有所差别的，因而船舶光伏系统的输出功率也与陆地系统不同。目前，利用可再生能源作为船舶全部或部分供电设备，多只是借鉴甚至套用陆地光伏系统的经验，并没有考虑船舶上光伏发电装置的特殊性，即没有考虑船舶综合运动对光伏发电设备造成的影响，其中影响船舶运动的六个自由度为横荡、纵荡、沉浮、横摇、纵摇、偏航。

在安装了光伏的绿色船中，光伏发电系统缺少惯性，船舶电力系统也是一个容量相对较小的自主电力系统，并且船舶总负荷接近于电力总容量，船舶工况复杂多变时，功率波动频繁。对融入DG的船舶电力系统来说，新能源随机波动性增加了船舶电力系统的脆性，降低系统的可靠性。一方面，目前在新能源船舶上，主要通过增设储能装置，或者安排可选择性电力负载，来平抑输出电能的波动性。以此来减少新能源对船舶电力系统的冲击，保障电力系统运行的安全性和稳定性，取得了一定的效果。但也存在一定的问题：如果这些波动全用储能来平抑，有可能会陷入频繁的充放电中，大大影响储能的使用寿命，从而增加太阳能船舶的经济成本；另一方面，光伏发电系统通过电力电子变换装置输出电能，传统控制策略有下垂控制、恒频恒压控制、PQ控制，它们都是靠锁相环来跟踪电网频率，从而实时保持系统与光伏阵列输出功率的平衡，其响应快速。然而，也造成了光伏发电系统缺乏足够的惯性，抗扰动能力减弱。尤其应用于船舶这种相对容量较小的系统中，会增加电网的控制难度。

因此，针对太阳能船舶的光伏波动功率低成本抑制方法对船舶在综合运动下造成的波动在节省成本的情况下进行有效的抑制，对含新能源船舶系统的稳定性、提高储能系统的经济性等领域具有重要意义，为绿色船舶能源系统的节省储能空间和减少经济成本提供了新的思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够避免电池组的经常性使用，减少储能装置的体积和充放电次数，节省船舶空间，降低了系统的经济成本，新能源发电设备还可以如同步发电机一样接入船舶电网，借鉴同步发电机的供电系统的经验技术，可以使新能源更好的融入船舶电站，并进行更好的管理和控制的针对太阳能船舶的光伏波动功率低成本抑制方法。

本发明的目的是这样实现的：

根据实际航线，通过历史数据统计生成多场景，并采集船舶的具体参数；对波倾角进行修正，得到船舶横摇角的波动情况；确定船舶在航行中任意时刻的光伏PV板处的地外辐照度；计算光伏板倾斜表面上的辐照度；将船舶综合运动与仅进行平移运动的功率做差，得到船舶在综合运动下的波动功率；采用虚拟惯量吸收第一部分的波动功率，其余的第二部分的波动功率则用电池组来吸收；设定虚拟惯量；得到一种改进之后的变下垂系数工频控制器；调整逆变器的有功出力；控制电池组的充放电深度。

所述的根据实际航线，通过历史数据统计生成多场景，并采集船舶的具体参数是根据实际航线，通过历史数据统计出不同时段不同航段下海况、海上风速、波高、对应风级对船舶横摇产生主要影响参数的范围，并采用超拉丁立方体抽样生成多场景，即船舶综合运动下和船舶仅平移运动两种场景，并统计出某型号船舶的相关参数；所述的对波倾角进行修正是对长峰波随机海浪的分析以及通过海况、浪向对波倾角进行修正，求得船舶横摇运动的横摇角度。