太陽能游覽船舶能量管理控制技術(shù)研究

【摘要】：隨著旅游經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，水上旅游越來越成為城市旅游的發(fā)展方向。然而，大部分現(xiàn)有游覽船舶采用柴油機(jī)推進(jìn)，將不可避免產(chǎn)生環(huán)境污染和氣體排放，從而惡化游區(qū)的生態(tài)環(huán)境。因此，交通部在“十二五”規(guī)劃中已確定新能源船舶為水路交通科技進(jìn)步的新方向。 太陽能是一種最具開發(fā)價(jià)值的可再生能源，在對環(huán)保要求較高的旅游觀光船，太陽能的應(yīng)用確有其獨(dú)到優(yōu)勢：1）游覽觀光的目的在于享受與觀看沿途風(fēng)景，船舶運(yùn)行所需要的功率??；2）游覽船舶乘坐環(huán)境更優(yōu)雅舒適，更符合游客的需求；3）游覽船舶采用電力推進(jìn)，易實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，可靠性高。 幾個(gè)發(fā)達(dá)國家都進(jìn)行太陽能游艇的研發(fā)并有實(shí)船營業(yè)運(yùn)行，但國內(nèi)研究應(yīng)用開發(fā)還剛剛起步。因此，本文借鑒和吸取國內(nèi)外學(xué)者在該領(lǐng)域的研究成果，結(jié)合太陽能船舶電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，在福建省科技重點(diǎn)項(xiàng)目（2012D035）和廈門市科技項(xiàng)目（3502Z20103021）支持下，研究太陽能游覽船舶的聯(lián)合供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、能源分配控制等關(guān)鍵技術(shù)，主要安排如下： 首先，提出太陽能游船的整船電力系統(tǒng)架構(gòu)，分析能源管理需求，針對新能源游船電力供應(yīng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)基于不同工況的能量管理控制策略，并使用Simulink進(jìn)行控制策略的仿真分析。 其次，系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信和上位機(jī)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)。通過CAN總線作為底層數(shù)據(jù)的采集和上傳以及工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳觸摸監(jiān)控裝置。通過兩種總線協(xié)議將整個(gè)能量管理系統(tǒng)連成一體，數(shù)據(jù)傳輸透明，為控制策略及復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)提供保障，同時(shí)所用接口靈活便于進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。 再次，基于PLC的太陽能游覽船舶能量控制系統(tǒng)的研發(fā)及實(shí)船應(yīng)用分析。把太陽能發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、負(fù)載系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都匯集到CAN總線上，中央控制器PLC根據(jù)總線上的數(shù)據(jù)按照既定的控制策略，進(jìn)行能量自適應(yīng)分配，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的條件下盡可能的提高游艇能量利用效率，保證負(fù)載可靠運(yùn)行。實(shí)船航行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，提出新能源游船能量管理系統(tǒng)使各能量源能量流動(dòng)有序，按照既定策略運(yùn)行，提高了航程。 最后，根據(jù)實(shí)船運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，當(dāng)電池SOC下降時(shí)，電池電壓隨之下降，當(dāng)?shù)陀陬~定電壓后，電池將不再繼續(xù)放電，蓄電池儲(chǔ)存的能量無法完全釋放。進(jìn)行雙向能量變換器的設(shè)計(jì)，研究大功率直流變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并進(jìn)行優(yōu)化，開發(fā)基于DSP28335作為控制器的實(shí)驗(yàn)裝置。結(jié)果表明直流變換器輸出電壓穩(wěn)定，紋波系數(shù)小，滿足負(fù)載要求，并使能量得到充分利用。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 觀光船舶 能量管理 雙向直流變換器
【學(xué)位授予單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：U665
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-14
• 1.1 課題研究的背景、目的和意義10-11
• 1.2 新能源的分類11-12
• 1.3 新能源在船舶上應(yīng)用的國內(nèi)外現(xiàn)狀12-13
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容13-14
• 第2章 太陽能游船電力系統(tǒng)分析14-25
• 2.1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)14-18
• 2.1.1 太陽能概述14-17
• 2.1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)組成17-18
• 2.2 太陽能在船舶應(yīng)用的關(guān)鍵性問題18-23
• 2.2.1 太陽能應(yīng)用于游覽船舶的可行性研究18
• 2.2.2 最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)18-21
• 2.2.3 電能的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換21-23
• 2.2.4 光伏系統(tǒng)可靠性問題23
• 2.3 太陽能游覽船舶電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 基于 PLC 太陽能游覽船舶能源控制系統(tǒng)研發(fā)25-42
• 3.1 控制策略分析與仿真25-28
• 3.1.1 太陽能游覽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 的能量管理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)28-30
• 3.2.1 太陽能游船能源控制系統(tǒng)硬件組成28-30
• 3.2.2 控制流程30
• 3.3 基于總線技術(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)30-37
• 3.3.1 CAN 總線協(xié)議介紹與船舶應(yīng)用優(yōu)勢31-34
• 3.3.2 CAN 總線通信與數(shù)據(jù)傳輸34-35
• 3.3.3 工業(yè)以太網(wǎng)通信與數(shù)據(jù)傳輸35-37
• 3.4 基于觸摸屏的能量管理監(jiān)控裝置的研發(fā)37-41
• 3.4.1 監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)介紹37
• 3.4.2 MCGS 工業(yè)觸摸屏參數(shù)介紹37-38
• 3.4.3 MCGS 工業(yè)觸摸屏組態(tài)流程38-39
• 3.4.4 監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 系統(tǒng)調(diào)試及數(shù)據(jù)分析42-47
• 4.1 實(shí)船能源控制系統(tǒng)調(diào)試42-44
• 4.2 實(shí)船運(yùn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析44-46
• 4.3 本章小結(jié)46-47
• 第5章 太陽能游覽船舶直流變換器技術(shù)研究47-66
• 5.1 問題的提出47
• 5.2 雙向升降壓 DC-DC 直流變換器設(shè)計(jì)47-58
• 5.2.1 直流變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及仿真分析47-50
• 5.2.2 BUCK 電路調(diào)試50-55
• 5.2.3 BOOST 電路調(diào)試55-58
• 5.3 雙向升降壓 DC-DC 直流變換器的實(shí)現(xiàn)58-65
• 5.3.1 硬件電路設(shè)計(jì)58-60
• 5.3.2 硬件選型60-64
• 5.3.3 軟件編程64-65
• 5.4 本章小結(jié)65-66
• 第6章 總結(jié)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
• 致謝68-69
• 參考文獻(xiàn)69-71
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71
• 在學(xué)期間的專利申請71

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