[发明专利]基于混合动力RTG的双向DC-DC变换器控制系统与方法

说明书

本发明公开一种基于混合动力RTG的双向DC‑DC变换器控制系统及方法，控制系统包括锂电池组、柴油发电机组、电动机负载；所述柴油发电机组通过整流器连接到直流母线排；电动机负载通过逆变器挂接在直流母线排上；所述锂电池组通过双向DC‑DC变换器连接到直流母线排；控制方法首先通过上层控制模块根据RTG实际工况和锂电池组工作特性预先确定直流母线排工作电压参考值和锂电池组充电电流参考值；切换控制模块根据RTG实时对外做功功率P以及锂电池组实时SOC进行升、降压控制模式的切换控制。本发明降低了RTG的能耗，同时提高了能量转换效率。

技术领域

本发明属于港机混合动力装置领域，特别是一种基于混合动力RTG的双向DC-DC变换器控制系统与方法。

背景技术

随着环境问题和能源危机的日益严重，国际社会对环保、低耗、节能的要求不断提高。为保护环境，解决能源安全问题，减少对石油能源的依赖，我国也一直在大力发展清洁能源运输装备。

近年来，我国港口集装箱吞吐量已连续多年保持世界第一，轮胎式集装箱起重机(RTG)已成为我国集装箱港区堆场的主要装卸运输设备，这种设备的主要优点是机动灵活性好，能够全堆场调动，还具有装卸效率高、空间利用率高等特点。但传统RTG普遍以柴油发动机为动力，使用中不可避免地产生大量氮化物、硫化物、碳化物等混合废气，成为目前集装箱港区最主要的污染排放源。

轮胎式集装箱门式起重机基本上可分为两种工作状态：驱动状态和再生反馈状态，在传统起重机中再生反馈的能量都由制动电阻消耗。传统的轮胎式集装箱门式起重机使用恒转速的柴油发电机组供电，发电机组在高速运行时会产生稳定的工频交流电源，此时电力电源可供给整个轮胎式集装箱门式起重机的电气设备使用。但在作业过程中经常出现怠工情况，即发电机组高速运行而不进行装卸工作，造成了大量的能源浪费，而发电机组的怠速时段不会产生稳定的电源，因此怠速状态下发动机的燃油消耗无法得到转换利用。另外由于RTG采用柴油发电机组供电，在启动时突加载荷，发电机组的功率响应跟不上，造成电压和频率突降，不但会造成燃油燃烧不充分，排放出黑烟，而且对电力系统的运行造成冲击，容易损坏电气设备，影响起重机的工作寿命。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于混合动力RTG的双向DC-DC变换器控制系统与方法，以降低RTG的能耗，同时提高了能量转换效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于混合动力RTG的双向DC-DC变换器控制系统，包括锂电池组、柴油发电机组、电动机负载；所述柴油发电机组通过整流器连接到直流母线排；电动机负载通过逆变器挂接在直流母线排上；所述锂电池组通过双向DC-DC变换器连接到直流母线排；

所述双向DC-DC变换器，用于当锂电池组对电动机负载供能时，将锂电池组的电压进行升压连到直流母线排，并保持直流母线排电压稳定，从而供RTG正常工作使用；当能量分别从柴油发电机端和电动机负载端反馈到直流母线排时，将直流母线排上的电压进行降压给锂电池组进行充电。

一种基于混合动力RTG的双向DC-DC变换器控制方法，包括以下步骤：上层控制模块根据RTG实际工况和锂电池组工作特性预先确定母线排工作电压参考值和锂电池组充电电流参考值；

切换控制模块根据RTG实时对外做功功率P以及锂电池组实时SOC进行升、降压控制模式的切换控制。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)采用锂电池组作为储能模块，通过采用恒压控制和均流控制，使RTG工作电压和锂电池组充电电流更加稳定，保障了RTG的正常工作运行，提高了设备的使用寿命，并且降低了柴油发电机的功率，使RTG能耗也大幅降低。

(2)采用三相交错并联双向DC-DC变换器作为变换电路拓扑结构，并通过均流控制，使电感体积大幅降低，实现了变换电路的轻量化。