太阳能游览船舶能量管理控制技术研究

【摘要】：随着旅游经济的蓬勃发展，水上旅游越来越成为城市旅游的发展方向。然而，大部分现有游览船舶采用柴油机推进，将不可避免产生环境污染和气体排放，从而恶化游区的生态环境。因此，交通部在“十二五”规划中已确定新能源船舶为水路交通科技进步的新方向。 太阳能是一种最具开发价值的可再生能源，在对环保要求较高的旅游观光船，太阳能的应用确有其独到优势：1）游览观光的目的在于享受与观看沿途风景，船舶运行所需要的功率小；2）游览船舶乘坐环境更优雅舒适，更符合游客的需求；3）游览船舶采用电力推进，易实现运动控制，可靠性高。 几个发达国家都进行太阳能游艇的研发并有实船营业运行，但国内研究应用开发还刚刚起步。因此，本文借鉴和吸取国内外学者在该领域的研究成果，结合太阳能船舶电力系统的特点，在福建省科技重点项目（2012D035）和厦门市科技项目（3502Z20103021）支持下，研究太阳能游览船舶的联合供电系统结构、能源分配控制等关键技术，主要安排如下： 首先，提出太阳能游船的整船电力系统架构，分析能源管理需求，针对新能源游船电力供应特点设计基于不同工况的能量管理控制策略，并使用Simulink进行控制策略的仿真分析。 其次，系统数据通信和上位机监控的实现。通过CAN总线作为底层数据的采集和上传以及工业以太网进行数据的实时上传触摸监控装置。通过两种总线协议将整个能量管理系统连成一体，数据传输透明，为控制策略及复杂算法的实现提供保障，同时所用接口灵活便于进行系统扩展。 再次，基于PLC的太阳能游览船舶能量控制系统的研发及实船应用分析。把太阳能发电系统、蓄电池储能系统、负载系统的数据都汇集到CAN总线上，中央控制器PLC根据总线上的数据按照既定的控制策略，进行能量自适应分配，在实现系统可靠运行的条件下尽可能的提高游艇能量利用效率，保证负载可靠运行。实船航行实验数据显示，提出新能源游船能量管理系统使各能量源能量流动有序，按照既定策略运行，提高了航程。 最后，根据实船运行数据分析，当电池SOC下降时，电池电压随之下降，当低于额定电压后，电池将不再继续放电，蓄电池储存的能量无法完全释放。进行双向能量变换器的设计，研究大功率直流变换器拓扑结构并进行优化，开发基于DSP28335作为控制器的实验装置。结果表明直流变换器输出电压稳定，纹波系数小，满足负载要求，并使能量得到充分利用。 【关键词】：太阳能 观光船舶 能量管理 双向直流变换器
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U665
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题研究的背景、目的和意义10-11
• 1.2 新能源的分类11-12
• 1.3 新能源在船舶上应用的国内外现状12-13
• 1.4 本文研究的主要内容13-14
• 第2章 太阳能游船电力系统分析14-25
• 2.1 太阳能光伏发电系统14-18
• 2.1.1 太阳能概述14-17
• 2.1.2 光伏发电系统组成17-18
• 2.2 太阳能在船舶应用的关键性问题18-23
• 2.2.1 太阳能应用于游览船舶的可行性研究18
• 2.2.2 最大功率点跟踪控制技术18-21
• 2.2.3 电能的存储与转换21-23
• 2.2.4 光伏系统可靠性问题23
• 2.3 太阳能游览船舶电力系统拓扑结构23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 基于 PLC 太阳能游览船舶能源控制系统研发25-42
• 3.1 控制策略分析与仿真25-28
• 3.1.1 太阳能游览船舶能源控制策略分析25
• 3.1.2 控制策略仿真研究25-28
• 3.2 基于 PLC 的能量管理控制系统设计28-30
• 3.2.1 太阳能游船能源控制系统硬件组成28-30
• 3.2.2 控制流程30
• 3.3 基于总线技术数据采集系统设计30-37
• 3.3.1 CAN 总线协议介绍与船舶应用优势31-34
• 3.3.2 CAN 总线通信与数据传输34-35
• 3.3.3 工业以太网通信与数据传输35-37
• 3.4 基于触摸屏的能量管理监控装置的研发37-41
• 3.4.1 监控系统技术介绍37
• 3.4.2 MCGS 工业触摸屏参数介绍37-38
• 3.4.3 MCGS 工业触摸屏组态流程38-39
• 3.4.4 监控系统组态39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 系统调试及数据分析42-47
• 4.1 实船能源控制系统调试42-44
• 4.2 实船运行实验数据分析44-46
• 4.3 本章小结46-47
• 第5章 太阳能游览船舶直流变换器技术研究47-66
• 5.1 问题的提出47
• 5.2 双向升降压 DC-DC 直流变换器设计47-58
• 5.2.1 直流变换器拓扑结构及仿真分析47-50
• 5.2.2 BUCK 电路调试50-55
• 5.2.3 BOOST 电路调试55-58
• 5.3 双向升降压 DC-DC 直流变换器的实现58-65
• 5.3.1 硬件电路设计58-60
• 5.3.2 硬件选型60-64
• 5.3.3 软件编程64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第6章 总结66-68
• 6.1 本文完成的主要工作66
• 6.2 下一步工作的展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-71
• 在学期间发表的学术论文71
• 在学期间的专利申请71

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