电动船舶、电源控制系统及控制方法与流程

本技术涉及船舶电力系统，特别是涉及一种电动船舶、电源控制系统及控制方法。

背景技术：

1、随着电动船舶的发展，作为电动船舶的动力源，箱式电源系统的监测和控制的可靠性尤为关键。船用箱式电源系统的控制系统（以下简称电源控制系统）通过控制器来监测和管理电源系统充放电，并且该控制器通过与其他功能装置（例如温控装置和消防装置等）交互进行状态感知和对应的控制管理，例如对电源系统进行热管理等。

2、目前，主流的电源控制系统是单一控制架构，若该电源控制系统断电或故障，不仅会直接导致控制器对电源系统的输出失控甚至完全中断，而且，电源系统的其他功能系统的状态无法被感知，从而会产生较大的安全隐患。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提出一种电动船舶、电箱控制系统及控制方法，本技术能够针对性地解决现有的问题。

2、基于上述目的，第一方面，本技术提出了一种电源控制系统，电源控制系统包括通过数据传输线路通信互联的第一电源控制架构和第二电源控制架构；第一电源控制架构包括第一控制器以及第一控制器所控制的第一电源系统；第二电源控制架构包括第二控制器以及第二控制器所控制的第二电源系统；数据传输线路用于传输第一控制器与第二控制器相互之间的心跳信号；第一控制器在检测到第二控制器的心跳信号异常的情况下，确定第二控制器处于异常状态；第二控制器在检测到第一控制器的心跳信号异常的情况下，确定第一控制器处于异常状态；异常状态是指无法对所控制的电源系统执行监控与管理的状态；数据传输线路还用于在第一控制器异常状态下，将第二控制器的控制信号发送到第一电源系统，或者，在第二控制器异常状态下，将第一控制器的控制信号发送到第二电源系统。

3、采用本技术的技术方案，通过数据传输线路建立第一电源控制架构与第二电源控制架构之间的直接通信通道，用于传输第一控制器与第二控制器相互之间的心跳信号，使得第一控制器与第二控制器能够基于心跳信号的状态检测对端控制器的运行状态，从而在第一控制器异常状态下，第二控制器的控制信号可经由该数据传输线路发送至第一电源系统，或在第二控制器异常状态下，第一控制器的控制信号可经由该数据传输线路发送至第二电源系统，有利于在控制系统架构层面构建跨架构的控制信号传输路径，能够克服因单一控制器故障导致其下属电源系统完全失控的技术缺陷，从而提升双路电源系统在非对称运行工况下的控制连续性。此外，第一电源控制架构包括第一控制器以及第一控制器所控制的第一电源系统；第二电源控制架构包括第二控制器以及第二控制器所控制的第二电源系统，可见，本技术方案中，双路电源系统电气输出相互独立，通过数据传输线路实现的控制逻辑的跨架构信号传输，当任一路电源系统的电气输出仍处于正常状态但其控制器发生异常时，对侧控制器可通过数据传输线路接管对异常侧电源系统的控制，使得异常侧的电源系统仍可受控运行，有利于避免因单侧控制器异常而直接导致对应电源系统完全失效的风险。

4、在一些实施例中，第一电源控制架构包括第一监控网关；第二电源控制架构包括第二监控网关；在第一控制器与第二控制器均正常运行的状态下，第一监控网关用于将第一控制器的安全控制信号发送到第一电源系统包含的安全管理子系统；第二监控网关用于将第二控制器的安全控制信号发送到第二电源系统包含的安全管理子系统；安全控制信号基于串行通信协议传输。这样一来，在第一控制器与第二控制器均正常运行的状态下，两个控制架构分别独立控制本端连接的安全管理子系统。

5、在一些实施例中，数据传输线路包括第一监控网关和第二监控网关之间的监控链路；在第一控制器与第二控制器均正常运行的状态下，监控链路被配置为将第一电源系统的安全管理子系统和第二电源系统的安全管理子系统的运行状态数据传输到对端控制器，以使第一控制器监测第二电源系统的安全管理子系统的运行状态数据，第二控制器监测第一电源系统的安全管理子系统的运行状态数据。即，尽管在两个控制架构分别独立控制本端安全子系统的情况下，两控制架构还可以双向监测对端安全子系统的运行状况。

6、在一些实施例中，所述监控链路还被配置为：在所述第一控制器异常状态下，经由所述第二监控网关和所述第一监控网关，将所述第二控制器的安全控制信号发送到所述第一电源系统的安全管理子系统；或者，在所述第二控制器异常状态下，经由所述第一监控网关和所述第二监控网关，将所述第一控制器的安全控制信号发送到所述第二电源系统的安全管理子系统。这样一来，利用两个控制架构的监控网关建立跨架构的监控链路，在一侧控制器运行异常时，另一侧运行正常的控制器可以远程监控异常侧的安全管理子系统。

7、在一些实施例中，所述第一电源控制架构包括第一数据总线；所述第二电源控制架构包括第二数据总线；在所述第一控制器与所述第二控制器均正常运行的状态下，所述第一数据总线用于将所述第一控制器的动力控制信号发送到所述第一电源系统包含的动力管理子系统；所述第二数据总线用于将所述第二控制器的动力控制信号发送到所述第二电源系统包含的动力管理子系统；所述动力控制信号基于数据通信协议传输。可见，采用本实现方式，一方面，使用不同的通信接口将动力类设备和安全类设备分别与控制器通信连接，有利于兼顾动力类设备和安全类设备，以及对不同功能属性设备的分类管理，另一方面，在第一控制器与第二控制器均正常运行的状态下，两个控制架构分别独立控制本端连接的动力管理子系统。

8、在一些实施例中，数据传输线路还包括第一数据总线与第二数据总线之间连接的通信总线；通信总线被配置在第一控制器异常状态下，经由第二数据总线和第一数据总线，将第二控制器的动力控制信号发送到第一电源系统的动力管理子系统；或者，在第二控制器异常状态下，经由第一数据总线和第二数据总线，将第一控制器的动力控制信号发送到第二电源系统的动力管理子系统。可见，通过构建跨架构的动力控制链路，在一侧控制器运行异常另一侧控制器运行正常时，运行正常的控制器通过通信总线对异常侧的动力管理子系统进行实时控制，从而对关键负载持续不间断的供电。

9、在一些实施例中，数据传输线路还包括第一控制器和第二控制器之间连接的网络线路；网络线路被配置为传输第一控制器与第二控制器之间的心跳信号。通过在两个控制器之间的网络线路相互传输心跳信号，使得双方电源控制架构可以实时、准确地感知对端控制器的健康状态，有利于快速、可靠地触发控制接管流程。

10、在一些实施例中，第一电源控制架构和第二电源控制架构中均包含网络设备；针对第一电源控制架构和第二电源控制架构中任一电源控制架构，任一电源控制架构中的网络设备与任一电源控制架构中的控制器和监控网关通信连接；网络设备被配置为转发来自控制器和/或监控网关的运行状态数据。采用本实现方式，将来自控制器和监控网关的数据进行整合并转发，有利于电源控制系统的运维和管理。

11、在一些实施例中，任一电源控制架构中的网络设备与人机交互设备通信连接；人机交互设备被配置为显示来自网络设备的运行状态数据。通过将电源控制系统的运行状态数据本地可视化，便于运维人员直观、便捷的查看系统状态和进行本地操作，有利于提升系统的可维护性。

12、第二方面，本技术提出了一种电源控制方法，应用于第一方面任一项所述的电源控制系统，方法包括：第一电源控制架构与第二电源控制架构通过数据传输线路交互运行状态数据，第一电源控制架构的运行状态数据包括第一控制器读取的第一电源系统的运行状态数据，第二电源控制架构的运行状态数据包括第二控制器读取的第二电源系统的运行状态数据；在第一控制器异常状态下，第二控制器通过数据传输线路向第一电源系统发送控制信号；在第二控制器异常状态下，第一控制器通过数据传输线路向第二电源系统发送控制信号；异常状态是指无法对所控制的电源系统执行监控与管理的状态。

13、采用本技术的技术方案，第一电源控制架构与第二电源控制架构通过数据传输线路交互各自的运行状态数据，其中第一电源控制架构的运行状态数据包含第一控制器读取的第一电源系统的运行状态数据，第二电源控制架构的运行状态数据包含第二控制器读取的第二电源系统的运行状态数据，使得任一侧控制器均能够通过该数据传输线路获取对侧电源系统的实时运行状态，有利于在对侧控制器发生异常之前即建立感知能力，为后续异常状态下的决策与平滑接管提供数据基础。这样一来，当第一控制器处于异常状态时，第二控制器通过该数据传输线路向第一电源系统发送控制信号，当第二控制器处于异常状态时，第一控制器通过该数据传输线路直接向第二电源系统发送控制信号，有利于在一侧控制器异常的工况下，由运行正常侧的控制器跨越架构对异常侧的电源系统执行控制，使得异常侧的电源系统仍能接收控制指令并实现不间断操作，从而能够避免因单侧控制器异常而导致对应电源系统完全失控的技术风险，提高了电源控制系统的可用性和鲁棒性。

14、在一些实施例中，数据传输线路包括监控链路，第二控制器通过数据传输线路向第一电源系统发送控制信号，包括：在数据传输线路包括监控链路的情况下，第二控制器经由监控链路将安全控制信号发送到第一电源系统的安全管理子系统；监控链路是第一监控网关和第二监控网关之间的链路，第一监控网关用于建立第一控制器与第一电源系统包含的安全管理子系统的通信连接，第二监控网关用于建立第二控制器与第二电源系统包含的安全管理子系统的通信连接。这样一来，利用两个控制架构的监控网关建立跨架构的监控链路，在一侧控制器运行异常时，另一侧运行正常的控制器可以远程监控异常侧的安全管理子系统。

15、在一些实施例中，数据传输线路包括通信总线，第二控制器通过数据传输线路向第一电源系统发送控制信号，包括：第二控制器经由通信总线将动力控制信号发送到第一电源系统的动力管理子系统；通信总线是第一数据总线与第二数据总线之间连接的链路，第一数据总线用于建立第一控制器与第一电源系统包含的动力管理子系统的通信连接，第二数据总线用于建立第二控制器与第二电源系统包含的动力管理子系统的通信连接。这样一来，利用两个控制架构的数据总线建立跨架构的通信总线，在一侧控制器运行异常时，另一侧运行正常的控制器可以远程监控异常侧的动力管理子系统。

16、在一些实施例中，方法还包括：第一控制器与第二控制器通过网络线路相互监测对端的心跳信号；在监测到第一控制器的心跳信号异常的情况下，第二控制器确定第一控制器异常；在第二电源系统的人机交互设备上显示第一电源控制架构的运行状态数据，和/或，将第一电源控制架构的运行状态数据发送到机舱监测报警系统。这样一来，通过心跳监测进行对端控制器的异常判定，还可以确保机舱监测报警系统远程监控电源控制系统，从而在异常工况下，电源控制架构以及远程监控中心均能够及时获知系统状态，从而及时对异常进行干预。

17、在一些实施例中，在第一电源控制架构与第二电源控制架构通过数据传输线路交互运行状态数据之前，还包括：在第一电源控制架构上电后，第一电源控制架构和第一电源系统进行功能自检；在确定第一电源控制架构和第一电源系统均功能正常后，第一电源控制架构进入待机状态；响应于接收到控制指令，第一控制器向第一电源系统中对应的功能系统发送控制信号，以触发第一电源系统中对应的功能系统进入对应的运行模式。通过定义规范化的系统启动流程，有利于在启动时自身硬件和软件功能运行良好，能够提升系统的安全性。

18、在一些实施例中，还包括：接收第一电源系统的人机交互设备输入的第一控制指令；和/或，响应于检测到充电桩连接信号，将充电信号作为第二控制指令；和/或，接收第一电源系统的ems的能量调度信号，将能量调度信号作为第三控制指令，第三控制指令为并网指令或负荷调节指令；其中，第一控制指令的优先级高于第二控制指令的优先级，第二控制指令的优先级高于第三控制指令的优先级。可见，本技术方案定义了三种不同来源的控制信号，而且定义了三种控制信号的优先级顺序，有利于在复杂工况下确保按照优先级策略进行安全调度和控制。

19、在一些实施例中，方法还包括：针对第一控制器和/或第二控制器中的任一控制器，任一控制器周期性的对所控制的目标电源系统进行故障监测，目标电源系统是第一电源系统和/或第二电源系统；在检测到目标电源系统出现预设类型的故障的情况下，任一控制器控制目标电源系统紧急停机。该机制能够主动识别并快速切断故障源，避免故障的进一步蔓延和恶化，显著提升了电源控制系统的安全性和可靠性。

20、第三方面，还提供了一种电动船舶，电动船舶包括第一电源系统、第二电源系统和电源控制系统，电源控制系统如第一方面任一项所述的电源控制系统。

21、第四方面，还提供了一种电子设备，电子设备为可编程逻辑控制器（programmablelogic controller，plc），包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中处理器运行计算机程序以实现第二方面的方法。

22、第五方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行实现第二方面任一项所述的方法。

23、第六方面，还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行以实现第二方面所述的方法。

24、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。