[发明专利]光伏混合动力龙门起重机的能量管理系统和管理方法

说明书

本发明提出了光伏混合动力龙门起重机的能量管理系统和管理方法，该系统在原有的锂电池混合动力系统的基础之上，通过引入光伏系统，调整了能源结构。该方法则依赖于光伏混合动力龙门起重机能量系统实现；包括3个步骤：能量系统初始参数设置、预测算法对光伏系统进行控制、光伏系统对整体系统进行实时控制。同时针对不断变化的外界条件以及能源的多样性，采用功率预测的方式取代扰动观察法、增量电导法以及恒压追踪法等传统的最大功率点跟踪方式，通过实际与预测相结合，解决了光伏系统的最大功率点跟踪问题，实现了光伏系统对整体系统的控制。

技术领域：

本发明涉及自动化技术，具体是一种光伏混合动力龙门起重机能量管理系统以及相应的能量管理方法。

背景技术：

在港口作业中，货物一般都是由标准集装箱进行操作，因此对于集装箱的装卸与堆放是一直都在研究的重要问题。起重机系统作为港口行业的主要运载系统，关乎到港口整体的运输能力和运输效率。因此降低能耗，减少传统柴油机发电组的燃料消耗与环境污染问题，是目前急需解决的问题。

目前起重机系统多利用超级电容、飞轮和锂电池等作为新动力源来减少柴油发电机组的容量，以便于更有效地控制起重机系统。其中，超级电容与锂电池作为混合动力系统的重要组成部分被广泛的应用，但是两者都有很明显的缺点。其中超级电容的内阻和功率密度都比较高，但是体积较大，而且使能量密度相对较低，在使用不当的时候还容易造成内耗状况，带来不必要的麻烦。飞轮与超级电容特性相似，而且价格偏高，容易产生不必要的能量损耗。锂电池与超级电容相比虽然拥有相对较高的能量密度，但是只是比较适用于工作电流较小的环境，若处于电流较大的工作环境下，其充放电效率会较低，使用寿命缩短，且价格昂贵。目前并没有一个更加合理绿色的混合动力系统为龙门起重机进行供能。

发明内容：

为了克服以上问题，本发明提供了一种光伏混合动力龙门起重机能量管理系统以及一种光伏混合动力龙门起重机能量管理方法。本发明的技术方案如下：

光伏混合动力龙门起重机的能量管理系统，对能量系统进行搭建，系统的主要参数设置基于实际的龙门起重机，参数确定依据常规起重机作业时的平均功率一般只有60-80kW左右。动力电池作为主电源，在辅助柴电机组不开机的情况下，其装机容量能够满足起重机起升机构连续运行2小时的需用电量，因此锂电的配置容量约在120 kWh～160kWh。为了满足RTG动力系统所需的电压和功率等级的要求，对额定容量50Ah、电压3.2V(充放电截止电压3.6V/2.5V)的单体电池进行4串4并组成的电池模块，共计50个电池模块串联成为128kwh的电池组。光伏系统则是通过计算可知起重机顶层拥有的空间为126平方米，每一块光伏板的面积为1.63平方米，因此可以搭建一个60块光伏板串并联而成的光伏电池板，首先将12个光伏板进行串联，总长度为19.68m，再将5个串联好的组合板块进并联，宽度为4.95m。经过计算理论上可以搭建一个15.9kw的太阳能电池阵列。因此预设挂光伏系统输出功率选择为15kw。因此最终确定各参数分别为光伏系统的预设功率为15KW，锂电池组128KWh，柴油发电机组输出功率35KW，负载电机即起升结构功率为160KW。