一种气电混合动力船舶能量管理系统和方法与流程

1.本发明实施例涉及船舶控制技术领域，尤其涉及一种气电混合动力船舶能量管理系统和方法。


背景技术：

2.目前混动船舶电力推进系统基本采用柴发机组发电，交流主网配电，配合锂电池发电供电。但是由于锂电池容量有限，价格昂贵，以及锂电池的使用寿命等限制条件，目前内河船舶只有观光旅游船采用纯电模式，无法大规模采用锂电池作为主电源给船舶供电。另外，以柴发机组作为主供电电源的船舶，其发电效率低，且长期处于低负荷工况，能源利用率比较低，消耗率比较高，并且碳排放居高不下，尤其在一些内河景点里已被明确禁止使用。因此，现有的船舶动力系统，急需设计一种能量利用率高且满足低碳排放要求的能量管理系统。


技术实现要素：

3.本发明提供一种气电混合动力船舶能量管理系统和方法，以满足气电混动船舶的能量供给，并实现高效的能量利用，有效减少碳排放。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种气电混合动力船舶能量管理系统，该气电混合动力船舶能量管理系统包括：岸电供电装置、锂电池供电装置、燃气发电机供电装置、第一分合闸开关、第二分合闸开关、第三分合闸开关、主电网和综合监控装置；其中，所述岸电供电装置通过所述第一分合闸开关与所述主电网连接，用于为船舶供电；所述锂电池供电装置通过所述第二分合闸开关与所述主电网连接，用于为船舶供电；所述燃气发电机供电装置通过所述第三分合闸开关与所述主电网连接，用于为船舶供电；所述综合监控装置被配置为：
5.在船舶停泊作业工况下，控制所述第一分合闸开关合闸，且所述第二分合闸开关和所述第三分合闸开关分闸；并在所述锂电池供电装置电量不满足第一预设电量时对所述锂电池供电装置进行充电；
6.在船舶停泊工况下，控制所述第一分合闸开关合闸，且所述第二分合闸开关和所述第三分合闸开关分闸，并按照预设周期对所述锂电池供电装置进行充放电维护；
7.在船舶航行工况下，控制所述第二分合闸开关合闸，且所述第一分合闸开关和所述第三分合闸开关分闸；且在所述锂电池供电装置出现第一类状况时，控制所述第三分合闸开关合闸且所述第二分合闸开关分闸，或者，在所述锂电池供电装置出现第二类状况时，控制所述第三分合闸开关合闸；
8.在船舶航行作业工况下，控制所述第三分合闸开关合闸，且所述第一分合闸开关和所述第二分合闸开关分闸；且在所述燃气发电机供电装置出现第三类状况时，控制所述第三分合闸开关分闸且所述第二分合闸开关合闸，或者，在所述燃气发电机供电装置出现第四类状况时，控制所述第二分合闸开关合闸。
9.可选地，所述第一类状况至少包括锂电池电量不足、所述第二分合闸开关异常脱扣、所述锂电池供电装置输出电压异常、所述锂电池供电装置输出频率异常中的一种。
10.可选地，所述第二类状况至少包括所述主电网所需用电负荷大于所述锂电池供电装置的预设负荷和重载问询时所述锂电池供电装置的输出功率不足中的一种。
11.可选地，所述综合监控装置被配置为：在出现所述第二类状况下，当所述主电网所需用电负荷小于或者等于所述锂电池供电装置的第一预设倍率时，控制所述燃气发电机供电装置解列，并在解列后控制所述第三分合闸开关分闸。
12.可选地，所述第三类状况至少包括所述第三分合闸开关异常脱扣、所述燃气发电机供电装置输出电压异常和所述燃气发电机供电装置输出频率异常中的一种。
13.可选地，所述第四类状况至少包括所需用电负荷大于所述燃气发电机供电装置的预设负荷和重载问询时所述燃气发电机供电装置的输出功率不足中的一种。
14.可选地，所述综合监控装置被配置为：在出现所述第四类状况下，当所述主电网所需用电负荷小于或者等于所述燃气发电机供电装置的第二预设倍率时，控制所述锂电池供电装置解列，并在解列后控制所述第二分合闸开关分闸。
15.可选地，所述综合监控装置还被配置为：在船舶停泊作业工况下，当所述第一分合闸开关异常脱扣时，控制所述第二分合闸开关合闸，使所述锂电池供电装置代替所述岸电供电装置为船舶供电。
16.可选地，该气电混合动力船舶能量管理系统还包括报警装置，与所述综合监控装置电连接；所述综合监控装置还被配置为：在船舶停泊工况下，当所述第一分合闸开关异常脱扣时，向所述报警装置发送报警信号。
17.第二方面，本发明实施例还提供了一种气电混合动力船舶能量管理方法，该气电混合动力船舶能量管理方法由气电混合动力船舶能量管理系统执行，所述气电混合动力船舶能量管理系统包括：岸电供电装置、锂电池供电装置、燃气发电机供电装置、第一分合闸开关、第二分合闸开关、第三分合闸开关、主电网和综合监控装置；其中，所述岸电供电装置通过所述第一分合闸开关与所述主电网连接，用于为船舶供电；所述锂电池供电装置通过所述第二分合闸开关与所述主电网连接，用于为船舶供电；所述燃气发电机供电装置通过所述第三分合闸开关与所述主电网连接，用于为船舶供电；
18.所述管理方法包括：
19.在船舶停泊作业工况下，控制所述第一分合闸开关合闸，且所述第二分合闸开关和所述第三分合闸开关分闸；并在所述锂电池供电装置电量不满足第一预设电量时对所述锂电池供电装置进行充电；
20.在船舶停泊工况下，控制所述第一分合闸开关合闸，且所述第二分合闸开关和所述第三分合闸开关分闸，并按照预设周期对所述锂电池供电装置进行充放电维护；
21.在船舶航行工况下，控制所述第二分合闸开关合闸，且所述第一分合闸开关和所述第三分合闸开关分闸；且在所述锂电池供电装置出现第一类状况时，控制所述第三分合闸开关合闸且所述第二分合闸开关分闸，或者，在所述锂电池供电装置出现第二类状况时，控制所述第三分合闸开关合闸；
22.在船舶航行作业工况下，控制所述第三分合闸开关合闸，且所述第一分合闸开关和所述第二分合闸开关分闸；且在所述燃气发电机供电装置出现第三类状况时，控制所述
第三分合闸开关分闸且所述第二分合闸开关合闸，或者，在所述燃气发电机供电装置出现第四类状况时，控制所述第二分合闸开关合闸。
23.本发明通过提供一种气电混合动力船舶能量管理系统和方法，通过该气电混合动力船舶能量管理系统可以实现：通过设置岸电供电装置、锂电池供电装置、燃气发电机供电装置，并通过控制第一分合闸开关、第二分合闸开关和第三分合闸开关在船舶不同工况下的合闸或者分闸状态，实现岸电供电装置和/或锂电池供电装置和/或燃气发电机供电装置在船舶在停泊作业工况、停泊工况、航行工况以及航行作业工况下的能量需求，由于合理配合岸电供电装置和/或锂电池供电装置和/或燃气发电机供电装置的供电，可以在确保船舶能量供给的同时提高能量利用率，且只有在船舶航行工况下锂电池出现第一类状况和第二类状况，以及在船舶航行作业工况下才起动燃气发电机供电装置供电，可以在确保船舶能量供给的同时有效减少碳排放。且锂电池供电装置在为船舶提高电能的同时还对电网削峰填谷，起到节能的作用，因而可以有效提高能量的转化率。
附图说明
24.图1是本发明实施例中的一种气电混合动力船舶能量管理系统的结构框图；
25.图2是本发明实施例中的一种气电混合动力船舶能量管理系统的结构示意图；
26.图3是本发明实施例中的一种气电混合动力船舶能量管理方法的流程图。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
28.图1为本发明实施例中提供的一种气电混合动力船舶能量管理系统的结构框图。参考图1，该气电混合动力船舶能量管理系统包括：岸电供电装置10、锂电池供电装置20、燃气发电机供电装置30、第一分合闸开关40、第二分合闸开关50、第三分合闸开关60、主电网70和综合监控装置80；其中，岸电供电装置10通过第一分合闸开关40与主电网70连接，用于为船舶100供电；锂电池供电装置20通过第二分合闸开关50与主电网70连接，用于为船舶100供电；燃气发电机供电装置30通过第三分合闸开关60与主电网70连接，用于为船舶100供电；
29.综合监控装置80被配置为：
30.在船舶停泊作业工况下，控制第一分合闸开关40合闸，且第二分合闸开关50和第三分合闸开关60分闸；并在锂电池供电装置20电量不满足第一预设电量时对锂电池供电装置20进行充电；
31.在船舶停泊工况下，控制第一分合闸开关40合闸，且第二分合闸开关50和第三分合闸开关60分闸，并按照预设周期对锂电池供电装置20进行充放电维护；
32.在船舶航行工况下，控制第二分合闸开关50合闸，且第一分合闸开关40和第三分合闸开关60分闸；且在锂电池供电装置20出现第一类状况时，控制第三分合闸开关60合闸且第二分合闸开关50分闸，或者，在锂电池供电装置20出现第二类状况时，控制第三分合闸开关60合闸；
33.在船舶航行作业工况下，控制第三分合闸开关60合闸，且第一分合闸开关40和第二分合闸开关50分闸；且在燃气发电机供电装置30出现第三类状况时，控制第三分合闸开关60分闸且第二分合闸开关50合闸，或者，在燃气发电机供电装置30出现第四类状况时，控制第二分合闸开关50合闸。
34.其中，岸电供电装置10可以是接入岸电电源；锂电池供电装置20可以是锂电池组，例如1组300kwh的锂电池组；燃气发电机供电装置30可以为燃气发电机，例如，1台340kw的燃气发电机。综合监控装置80可以为plc控制器。综合监控装置80可以通过船舶维护保养系统(planned maintenance system，pms)遥控岸电供电装置10的第一分合闸开关的分闸或合闸，遥控锂电池供电装置的第二分合闸开关的分闸或合闸，遥控燃气发电机供电装置的第三分合闸开关的分闸或合闸。
35.其中，该气电混合动力船舶能量管理系统具有四种工作模式，分别为：停泊作业模式(即停泊作业工况)、停泊模式(即停泊工况)、航行模式(即航行工况)和航行作业模式(即航行作业工况)。综合监控装置80可根据具体情况选择船舶的工作模式，例如，当船舶靠岸停泊时，选择停泊模式；当船舶停泊靠岸并作业时，选择停泊作业模式；当船舶航行时，选择航行模式；当船舶航行作业时，选择航行作业模式。
36.其中，在船舶停泊作业工况下，锂电池供电装置20还可通过开关与岸电供电装置10连接，当锂电池供电装置20电量不满足第一预设电量时，综合监控装置80可以通过控制开关闭合控制岸电供电装置10为其充电。其中，第一预设电量可以为95％，具体数值可以根据实际情况进行设置，在此不做具体的限定。
37.其中，锂电池供电装置20还可通过开关与燃气发电机供电装置30连接，当锂电池供电装置20的电量比较低的时候，综合监控装置80可以通过控制开关闭合控制燃气发电机供电装置30为其充电。
38.其中，预设周期可以为两周、三周等，具体数值可根据实际情况进行设置，在此不做具体的限定。
39.在本实施例的技术方案中，该气电混合动力船舶能量管理系统的实现过程为：参考图1，当船舶需要靠岸停泊作业时，综合监控装置80选择岸电停泊作业工况模式。在停泊作业模式下，综合监控装置80控制第一分合闸开关40合闸，且第二分合闸开关50和第三分合闸开关60分闸，使得岸电供电装置10为船舶供电，一方面减少锂电池使用，提高锂电池的使用寿命，另一面靠岸时避免使用燃气发电机供电装置供电，减少碳排放量，节能环保。且在停泊作业模式下，综合监控装置80实时监测锂电池供电装置20的剩余电量(state of charge，sco)，并在锂电池供电装置20的soc低于第一预设电量时，控制岸电供电装置10给锂电池供电装置20充电，一方面可以保护锂电池使用寿命，另一方面当岸电供电装置10出现异常无法供电时锂电池电量充足可以继续维持船舶停泊作业所需的动力，从而进一步充分保障船舶的动力供应。当船舶需要靠岸停泊时，综合监控装置80选择停泊工况模式。在停泊工况下，综合监控装置80控制第一分合闸开关40合闸，且第二分合闸开关50和第三分合闸开关60分闸，使得岸电供电装置10为船舶供电。且在停泊工况下，综合监控装置80按照预设周期对锂电池供电装置20进行充放电维护。当船舶需要航行时，综合监控装置80选择航行工况模式。在航行工况模式下，综合监控装置80控制第二分合闸开关50合闸，且第一分合闸开关40和第三分合闸开关60分闸，使得锂电池供电装置20为船舶供电，能在满足船舶航
行所需能量的同时，由于锂电池为清洁能源，可以减少碳排放；且在综合监控装置80检测到锂电池供电装置20出现第一类状况时，控制第三分合闸开关60合闸且第二分合闸开关50分闸，控制燃气发电机供电装置30起动供电，同时控制锂电池供电装置20停止对船舶供电，使得燃气发电机供电装置30代替锂电池供电装置20为船舶供电，以确保船舶航行过程出现第一类状况时能够保障船舶正常航行所需的动力；或者，在锂电池供电装置20出现第二类状况时，控制第三分合闸开关60合闸，控制燃气发电机供电装置30起动供电，使得燃气发电机供电装置30与锂电池供电装置20并行为船舶供电，以确保船舶航行过程出现第二类状况时能够保障船舶正常航行所需的动力。当船舶需要航行作业时，综合监控装置80选择航行作业工况模式。在航行作业工况模式下，综合监控装置80控制第三分合闸开关60合闸，且第一分合闸开关40和第二分合闸开关50分闸；且在燃气发电机供电装置30出现第三类状况时，控制第三分合闸开关60分闸且第二分合闸开关50合闸，控制锂电池供电装置20起动供电，同时控制燃气发电机供电装置30停止对船舶供电，使得锂电池供电装置20代替燃气发电机供电装置30为船舶供电，以确保船舶航行过程出现第三类状况时能够保障船舶正常航行所需的动力；或者，在燃气发电机供电装置30出现第四类状况时，控制第二分合闸开关40合闸，控制锂电池供电装置20起动供电，使得燃气发电机供电装置30与锂电池供电装置20并行为船舶供电，以确保船舶航行过程出现第四类状况时能够保障船舶正常航行所需的动力。且在锂电池供电装置20与燃气发电机供电装置30并行过程中，燃气发电机供电装置30作为主电源供电，锂电池供电装置20配合对船舶电网削峰填谷起到节能作用，从而使整船的能量分配更优化，实现高效的能量转换率，有效减少碳排放。由此，通过该系统可以实现船舶在岸电供电装置和/或锂电池供电装置和/或燃气发电机供电装置在船舶在停泊作业工况、停泊工况、航行工况以及航行作业工况下的能量需求，由于合理配合岸电供电装置和/或锂电池供电装置和/或燃气发电机供电装置的供电，可以在确保船舶能量供给的同时提高能量利用率，且只有在船舶航行工况下锂电池出现第一类状况和第二类状况，以及在船舶航行作业工况下才起动燃气发电机供电装置供电，可以在确保船舶能量供给的同时有效减少碳排放。
40.本实施例的技术方案，通过提供一种气电混合动力船舶能量管理系统，该气电混合动力船舶能量管理系统包括：岸电供电装置、锂电池供电装置、燃气发电机供电装置、第一分合闸开关、第二分合闸开关、第三分合闸开关、主电网和综合监控装置；其中，岸电供电装置通过第一分合闸开关与主电网连接，用于为船舶供电；锂电池供电装置通过第二分合闸开关与主电网连接，用于为船舶供电；燃气发电机供电装置通过第三分合闸开关与主电网连接，用于为船舶供电；综合监控装置被配置为：在船舶停泊作业工况下，控制第一分合闸开关合闸，且第二分合闸开关和第三分合闸开关分闸；并在锂电池供电装置电量不满足第一预设电量时对锂电池供电装置进行充电；在船舶停泊工况下，控制第一分合闸开关合闸，且第二分合闸开关和第三分合闸开关分闸，并按照预设周期对锂电池供电装置进行充放电维护；在船舶航行工况下，控制第二分合闸开关合闸，且第一分合闸开关和第三分合闸开关分闸；且在锂电池供电装置出现第一类状况时，控制第三分合闸开关合闸且第二分合闸开关分闸，或者，在锂电池供电装置出现第二类状况时，控制第三分合闸开关合闸；在船舶航行作业工况下，控制第三分合闸开关合闸，且第一分合闸开关和第二分合闸开关分闸；且在燃气发电机供电装置出现第三类状况时，控制第三分合闸开关分闸且第二分合闸开关
合闸，或者，在燃气发电机供电装置出现第四类状况时，控制第二分合闸开关合闸。通过该气电混合动力船舶能量管理系统可以实现：通过设置岸电供电装置、锂电池供电装置、燃气发电机供电装置，并通过控制第一分合闸开关、第二分合闸开关和第三分合闸开关在船舶不同工况下的合闸或者分闸状态，实现岸电供电装置和/或锂电池供电装置和/或燃气发电机供电装置在船舶在停泊作业工况、停泊工况、航行工况以及航行作业工况下的能量需求，由于合理配合岸电供电装置和/或锂电池供电装置和/或燃气发电机供电装置的供电，可以在确保船舶能量供给的同时提高能量利用率，且只有在船舶航行工况下锂电池出现第一类状况和第二类状况，以及在船舶航行作业工况下才起动燃气发电机供电装置供电，可以在确保船舶能量供给的同时有效减少碳排放。且锂电池供电装置在为船舶提高电能的同时还对电网削峰填谷，起到节能的作用，因而可以有效提高能量的转化率。
41.在上述技术方案的基础上，可选地，第一类状况至少包括锂电池电量不足、第二分合闸开关异常脱扣、锂电池供电装置输出电压异常、锂电池供电装置输出频率异常中的一种。
42.具体的，在船舶航行工况下，当出现锂电池电量不足这种状况时，具体的能量管理方式为：在船舶航行工况下，第二分合闸开关50合闸，且第一分合闸开关40和第三分合闸开关60分闸，由锂电池供电装置20为船舶供电。如果综合监控装置80检测到锂电池供电装置20的电量soc低于第二预设电量，综合监控装置80控制第三分合闸开关60合闸且第二分合闸开关50分闸，同时控制起动燃气发电机供电装置30。具体控制过程为：如果燃气发电机起动失败则发出起动失败报警；如果燃气发电机起动成功，电压建立后，综合监控装置80发出燃气发电机同步命令，第三分合闸开关60自动同步合闸，使得燃气发电机控制装置30通过第三分合闸开关60与主电网70电连接，综合监控装置80自动调节燃气发电机的转速，把锂电池供电装置20输出的电源负荷转移到燃气发电机供电装置30，并把锂电池供电装置20从放电模式切换到充电模式，即控制第二分合闸开关50分闸，使锂电池停止放电模式，控制锂电池供电装置20与燃气发电机供电装置30之间的开关(未示出)闭合，使锂电池由放电模式转为充电模式，由燃气发电机供电装置30供电到全船并对锂电池供电装置20进行充电，当锂电池供电装置的soc充到第三预设电量时，综合监控装置80自动切回锂电池供电装置20供电，即控制第二分合闸开关50合闸，且第三分合闸开关60分闸。其中，第二预设电量可以是20％，第三预设电量可以是70％，具体数值可根据实际情况进行设置，在此不做具体的限定。
43.在船舶航行工况下，当出现第二分合闸开关异常脱扣这种状况时，具体的能量管理方式为：在船舶航行工况下，第二分合闸开关50合闸，且第一分合闸开关40和第三分合闸开关60分闸，由锂电池供电装置20为船舶供电。当第二分合闸开关异常脱扣，即锂电池供电装置20异常脱扣，导致主电网失电时，综合监控装置80控制第三分合闸开关60合闸且第二分合闸开关50分闸，同时控制燃气发电机供电装置30起动，并发出航行工况模式故障报警信息。具体控制过程为：如果燃气发电机起动失败则发出起动失败报警。如果燃气发电机起动成功，电压建立后，综合监控装置80发出燃气发电机同步命令，第三分合闸开关60自动同步合闸，使得燃气发电机控制装置30通过第三分合闸开关60与主电网70电连接；如果第三分合闸开关60合闸失败则综合监控装置80发出开关合闸失败报警，合闸成功电网恢复供电。
44.其中，锂电池输出的电为交流电，而主电网为交流电，因此锂电池供电装置20输出的直流电还需要经过直流-交流转换设备转换后输出到主电网。同理，燃气发电机供电装置30输出为交流电，当燃气发电机供电装置30为锂电池供电装置20充电时，燃气发电机供电装置30输出的交流电需要经过交流转直流设备转换后输送到锂电池供电装置20。其中，直流-交流或交流-直流转换设备可以为充电/逆变一体机，其中充电/逆变一体机输入或输出的交流电具有一定的频率，当频率和/或电压异常时会影响锂电池供电装置的供电。为此，在船舶航行工况下，当出现锂电池供电装置输出电压和/或频率异常状况时，具体的能量管理方式为：通常，锂电池供电装置输出电压范围设定为：当大于或者等于106％时，延时10s，当小于或者等于90％时，延时10s；输出频率范围设定为：当大于等于105％，或小于等于95％时，延时10s。在船舶航行工况下，如果锂电池供电装置输出电压和/或频率异常，综合监控装置80控制第三分合闸开关60合闸且第二分合闸开关50分闸，同时控制起动燃气发电机供电装置30。具体过程为：燃气发电机供电装置30起动，电压建立后，综合监控装置80发出在网锂电池供电装置电源解列命令，并控制第二分合闸开关50分闸，第二分合闸开关50分闸后，综合监控装置80发出第三分合闸开关60合闸命令和锂电池供电装置20停止供电命令，使得第三分合闸开关60合闸，以使燃气发电机供电装置30合闸供电到主电网70。
45.可选地，第二类状况至少包括主电网所需用电负荷大于锂电池供电装置的预设负荷和重载问询时锂电池供电装置的输出功率不足中的一种。
46.具体的，在船舶航行工况下，当出现主电网所需用电负荷大于锂电池供电装置的预设负荷这种状况时，具体的能量管理方式为：在船舶航行工况下，第二分合闸开关50合闸，且第一分合闸开关40和第三分合闸开关60分闸，由锂电池供电装置20为船舶供电。当主电网所需用电负荷大于锂电池供电装置20的预设负荷时，综合监控装置80控制第三分合闸开关60合闸同时控制起动燃气发电机供电装置30，使得燃气发电机供电装置30与锂电池供电装置20并行为船舶供电，自动分配负荷。
47.具体的，在船舶航行工况下，当出现重载问询时锂电池供电装置的输出功率不足这种状况时，具体的能量管理方式为：在船舶航行工况下，第二分合闸开关50合闸，且第一分合闸开关40和第三分合闸开关60分闸，由锂电池供电装置20为船舶供电。当任意推进变频器重载问询时，如果在网锂电池供电装置的输出功率大于等于重载问询所需的功率(例如112kw)，发出起动允许信号；如果不足，在网锂电池供电装置的富裕容量不能满足推进运行，则控制第三分合闸开关60合闸，即起动燃气发电机供电装置并联到主汇流排，燃气发电机供电装置和锂电池供电装置并联运行，发出推进允许起动信号。
48.可选地，综合监控装置被配置为：在出现第二类状况下，当主电网所需用电负荷小于或者等于锂电池供电装置的第一预设倍率时，控制燃气发电机供电装置解列，并在解列后控制第三分合闸开关分闸。
49.其中，第一预设倍率可以70％，具体数值可根据实际情况进行设置，在此不做具体的限定。
50.具体的，在出现第二类状况时，综合监控装置控制第三分合闸开关合闸，使得燃气发电机供电装置30与锂电池供电装置20并行为船舶供电。并行一段时间后，当主电网所需用电负荷小于或者等于锂电池供电装置的第一预设倍率时，锂电池供电装置20自身输出的功率能够满足主电网此时的负荷，因此综合监控装置80控制燃气发电机供电装置30解列，
并在解列后控制第三分合闸开关60分闸，使得燃气发电机供电装置30停止供电，由锂电池供电装置20供电，从而在确保船舶供电的同时，减少碳排放量。
51.可选地，第三类状况至少包括第三分合闸开关异常脱扣、燃气发电机供电装置输出电压异常和燃气发电机供电装置输出频率异常中的一种。
52.具体的，在船舶航行作业工况下，当出现第三分合闸开关异常脱扣这种状况时，具体的能量管理方式为：在船舶航行作业工况下，第三分合闸开关60合闸，且第一分合闸开关40和第二分合闸开关50分闸，由燃气发电机供电装置30为船舶供电。当第三分合闸开关异常脱扣时，即燃气发电机供电装置故障脱扣，主电网失电时，综合监控装置80控制第三分合闸开关60分闸且第二分合闸开关50合闸，使得锂电池供电装置20代替燃气发电机供电装置30为船舶供电。具体的控制流程如下：第二分合闸开关处于分闸状态；充电/逆变一体机准备就绪，并无故障，停止状态；综合监控装置自动发送“放电模式”信号到充电/逆变一体机；充电/逆变一体机反馈“放电模式”信号到交流配电板，配电板“充电/逆变一体机放电模式”指示灯点亮；综合监控装置自动发送“起动”命令到充电/逆变一体机；充电/逆变一体机反馈“运行”信号，配电板“运行”指示灯点亮；综合监控装置自动发送“并车”命令到充电/逆变一体机；充电/逆变一体机执行并车控制，反馈“第二分合闸开关合闸”信号到配电板合闸第二分合闸开关，锂电池供电装置供电到配电板。
53.具体的，在船舶航行作业工况下，当出现燃气发电机供电装置输出电压或频率异常这种状况时，具体的能量管理方式为：通常，燃气发电机供电装置输出电压范围设定为：当大于或者等于106％时，延时10s，当小于或者等于90％时，延时10s；输出频率范围设定为：当大于等于105％，或小于等于95％时，延时10s。在船舶航行作业工况下，第三分合闸开关60合闸，且第一分合闸开关40和第二分合闸开关50分闸，由燃气发电机供电装置30为船舶供电。如果燃气发电机供电装置输出电压和/或频率异常，综合监控装置80控制第二分合闸开关50合闸且第三分合闸开关60分闸，同时控制起动燃气发电机供电装置20。具体过程为：燃气发电机供电装置20起动，电压建立后，综合监控装置80发出在网第三分合闸开关60分闸命令，并控制第二分合闸开关50分闸，第三分合闸开关60分闸后，综合监控装置80发出发送“并车”命令到充电/逆变一体机，充电/逆变一体机执行并车控制，反馈“第二分合闸开关合闸”信号到配电板合闸第二分合闸开关，锂电池供电装置放电到配电板主汇流排。综合监控装置80延时3分钟自动停止燃气发电机供电装置。
54.可选地，第四类状况至少包括主电网所需用电负荷大于燃气发电机供电装置的预设负荷和重载问询时燃气发电机供电装置的输出功率不足中的一种。
55.具体的，在船舶航行作业工况下，当出现所需用电负荷大于燃气发电机供电装置的预设负荷这种状况时，具体的能量管理方式为：在船舶航行作业工况下，第三分合闸开关60合闸，且第一分合闸开关40和第二分合闸开关50分闸，由燃气发电机供电装置30为船舶供电。当主电网所需用电负荷大于燃气发电机供电装置的预设负荷时，综合监控装置80控制第二分合闸开关50合闸同时控制起动锂电池供电装置20，使得锂电池供电装置20与燃气发电机供电装置30并行为船舶供电，自动分配负荷。
56.具体的，在船舶航行作业工况下，当出现重载问询时燃气发电机供电装置的输出功率不足这种状况时，具体的能量管理方式为：在船舶航行作业工况下，第三分合闸开关60合闸，且第一分合闸开关40和第二分合闸开关50分闸，由燃气发电机供电装置30为船舶供
电。当任意推进变频器重载问询时，如果在网燃气发电机供电装置的输出功率大于等于重载问询所需的功率(例如112kw)，发出起动允许信号；如果不足，在网燃气发电机供电装置的富裕容量不能满足推进运行，则控制第二分合闸开关50合闸，即起动燃气发电机供电装置并联到主汇流排，燃气发电机供电装置和锂电池供电装置并联运行，发出推进允许起动信号。
57.可选地，综合监控装置被配置为：在出现第四类状况下，当主电网所需用电负荷小于或者等于燃气发电机供电装置的第二预设倍率时，控制锂电池供电装置解列，并在解列后控制第二分合闸开关分闸。
58.其中，第二预设倍率可以70％，具体数值可根据实际情况进行设置，在此不做具体的限定。
59.具体的，在出现第四类状况时，综合监控装置控制第二分合闸开关合闸，使得锂电池供电装置20与燃气发电机供电装置30并行为船舶供电。并行一段时间后，当主电网所需用电负荷小于或者等于燃气发电机供电装置的第二预设倍率时，燃气发电机供电装置30自身输出的功率能够满足主电网此时的负荷，因此综合监控装置80控制锂电池供电装置解列，并在解列后控制第二分合闸开关分闸。并且将锂电池供电装置由放电模式切换到充电模式，即控制锂电池供电装置与燃气发电机供电装置之间的开关闭合，使得燃气发电机供电装置30在给全船供电的同时为锂电池供电装置充电。
60.可选地，综合监控装置还被配置为：在船舶停泊作业工况下，当第一分合闸开关异常脱扣时，控制第二分合闸开关合闸，使锂电池供电装置代替岸电供电装置为船舶供电，从而确保船舶停泊作业可以正常进行。
61.可选地，该气电混合动力船舶能量管理系统还包括报警装置90，与综合监控装置80电连接；综合监控装置80还被配置为：在船舶停泊工况下，当第一分合闸开关异常脱扣时，向报警装置90发送报警信号。
62.其中，报警装置可以为声光报警传感器。
63.此外，在停泊工况下，综合监控装置80按照预设周期对锂电池供电装置进行充放电维护操作，并发出“锂电池维护”等报警信息，以提醒船员对锂电池进行充放电维护。维护完成后，船员按下锂电池充放电维护的“维护完成”按钮，综合监管装置80对锂电池维护时间重新计时。其中，锂电池供电装置的充放电维护操作可以在半自动或手动模式下进行，具体维护流程可以为：首先，第二分合闸开关处于分闸状态；手动按下触摸屏上的“充放电维护”按钮；综合监控装置自动分闸第一分合闸开关；综合监控装置把“充电模式”信号切换到“放电模式”，并发送“放电模式”信号到充电/逆变一体机；充电/逆变一体机反馈“放电模式”信号到交流配电板，配电板“充电/逆变一体机放电模式”指示灯点亮；综合监管装置80自动发送“起动”命令到充电/逆变一体机；充电/逆变一体机反馈“运行”信号，配电板“运行”指示灯点亮；综合监管装置80自动发送“并车”命令到充电/逆变一体机；充电/逆变一体机执行并车控制，反馈“第二分合闸开关合闸”信号到配电板合闸第二分合闸开关，锂电池供电装置供电到全船进行放电维护。当锂电池放电到70％时，配电板发送“停止”命令到充电/逆变一体机；充电/逆变一体机反馈“第二分合闸开关分闸”信号到配电板分闸第二分合闸开关。综合监管装置80自动合闸第一分合闸开关；配电板发送“充电模式”信号到充电/逆变一体机；充电/逆变一体机反馈“充电模式”信号到交流配电板，配电板“充电/逆变一体机
充电模式”指示灯点亮；配电板发送“起动”命令到充电/逆变一体机；充电/逆变一体机反馈“第二分合闸开关合闸”信号到配电板合闸第二分合闸开关，配电板给锂电池供电装置充电。充电/逆变一体机反馈“运行”信号，配电板“运行”指示灯点亮；当充电电量达到99％时，配电板发送“停止”命令到充电/逆变一体机；充电/逆变一体机反馈“第二分合闸开关分闸”信号到配电板分闸第二分合闸关(如果解列，解列完成后，需在自动发停止命令)。
64.作为一种实施方式，图2是本发明实施例中提供的一种气电混合动力船舶能量管理系统的结构示意图。参考图2，岸电供电装置10通过第一分合闸开关40与主电网70连接，锂电池供电装置20通过第二分合闸开关50与主电网70连接，燃气发电机供电装置30通过第三分合闸开关60与主电网70连接，主电网70上还连接有多个用电负载，例如开关qf201-qf208分别连接有一个用电负载，开关qf209-qf210连接一个用电负载，开关qf211-qf212连接一个用电负载，开关qf213连接一个用电负载，开关qf214-qf215连接一个用电负载等；推进器1通过交直流转换器再通过开关qf4与主电网70连接，用于从主电网70取电。此外，设置一套冗余的推进器2通过交直流转换器再通过开关qf5与主电网70连接，用于从主电网70取电，用于确保船舶推进系统的稳定可靠，以确保船舶的动力供应。此外，为充分保障船舶的电力供应，还设置备用电源ups。需要说明的是，具体的用电负载数量和设置等取决于船舶实际情况，在此不做具体的限定。
65.图3是本发明实施例三中提供的一种气电混合动力船舶能量管理方法的流程图。本发明实施例三提供了一种气电混合动力船舶能量管理方法，参考图3，该管理方法具体包括如下步骤：
66.步骤110、在船舶停泊作业工况下，控制第一分合闸开关合闸，且第二分合闸开关和第三分合闸开关分闸；并在锂电池供电装置电量不满足第一预设电量时对锂电池供电装置进行充电；
67.步骤120、在船舶停泊工况下，控制第一分合闸开关合闸，且第二分合闸开关和第三分合闸开关分闸，并按照预设周期对锂电池供电装置进行充放电维护；
68.步骤130、在船舶航行工况下，控制第二分合闸开关合闸，且第一分合闸开关和第三分合闸开关分闸；且在锂电池供电装置出现第一类状况时，控制第三分合闸开关合闸且第二分合闸开关分闸，或者，在锂电池供电装置出现第二类状况时，控制第三分合闸开关合闸；
69.步骤140、在船舶航行作业工况下，控制第三分合闸开关合闸，且第一分合闸开关和第二分合闸开关分闸；且在燃气发电机供电装置出现第三类状况时，控制第三分合闸开关分闸且第二分合闸开关合闸，或者，在燃气发电机供电装置出现第四类状况时，控制第二分合闸开关合闸。
70.本实施例的技术方案，通过提供一种气电混合动力船舶能量管理方法，该方法由气电混合动力船舶能量管理系统执行，气电混合动力船舶能量管理系统包括：岸电供电装置、锂电池供电装置、燃气发电机供电装置、第一分合闸开关、第二分合闸开关、第三分合闸开关、主电网和综合监控装置；其中，岸电供电装置通过第一分合闸开关与主电网连接，用于为船舶供电；锂电池供电装置通过第二分合闸开关与主电网连接，用于为船舶供电；燃气发电机供电装置通过第三分合闸开关与主电网连接，用于为船舶供电；管理方法包括：在船舶停泊作业工况下，控制第一分合闸开关合闸，且第二分合闸开关和第三分合闸开关分闸；
并在锂电池供电装置电量不满足第一预设电量时对锂电池供电装置进行充电；在船舶停泊工况下，控制第一分合闸开关合闸，且第二分合闸开关和第三分合闸开关分闸，并按照预设周期对锂电池供电装置进行充放电维护；在船舶航行工况下，控制第二分合闸开关合闸，且第一分合闸开关和第三分合闸开关分闸；且在锂电池供电装置出现第一类状况时，控制第三分合闸开关合闸且第二分合闸开关分闸，或者，在锂电池供电装置出现第二类状况时，控制第三分合闸开关合闸；在船舶航行作业工况下，控制第三分合闸开关合闸，且第一分合闸开关和第二分合闸开关分闸；且在燃气发电机供电装置出现第三类状况时，控制第三分合闸开关分闸且第二分合闸开关合闸，或者，在燃气发电机供电装置出现第四类状况时，控制第二分合闸开关合闸。通过该气电混合动力船舶能量管理方法可以实现：通过设置岸电供电装置、锂电池供电装置、燃气发电机供电装置，并通过控制第一分合闸开关、第二分合闸开关和第三分合闸开关在船舶不同工况下的合闸或者分闸状态，实现岸电供电装置和/或锂电池供电装置和/或燃气发电机供电装置在船舶在停泊作业工况、停泊工况、航行工况以及航行作业工况下的能量需求，由于合理配合岸电供电装置和/或锂电池供电装置和/或燃气发电机供电装置的供电，可以在确保船舶能量供给的同时提高能量利用率，且只有在船舶航行工况下锂电池出现第一类状况和第二类状况，以及在船舶航行作业工况下才起动燃气发电机供电装置供电，可以在确保船舶能量供给的同时有效减少碳排放。且锂电池供电装置在为船舶提高电能的同时还对电网削峰填谷，起到节能的作用，因而可以有效提高能量的转化率。
71.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。