艦船混合動力系統(tǒng)優(yōu)化配置與控制策略仿真研究.pdf

1、破冰船是一種用來破碎海面冰層，開辟航道的極地船舶，其負(fù)載功率需求會隨著海面冰況的改變而出現(xiàn)急劇變化。傳統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)無法及時跟隨負(fù)載變化，會造成制動能量的損失，同時帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。
　　本文主要研究了一種能量優(yōu)化配置策略，以回收年限最短為優(yōu)化目標(biāo)，對混合動力破冰船的能量進(jìn)行配置。目標(biāo)破冰船使用液化天然氣—柴油雙燃料發(fā)動機(jī)做主動力系統(tǒng)，蓄電池—超級電容器混合儲能作輔助動力。發(fā)動機(jī)部分燃料加入了熱能更高、價格更便宜的液化天然氣，通過

2、改變發(fā)動機(jī)工作模式，改變負(fù)載功率在主動力系統(tǒng)內(nèi)的分配情況，并最終達(dá)到減少柴油花費(fèi)目的。
　　儲能部分由蓄電池和超級電容器組成，主要承擔(dān)負(fù)載和主動力系統(tǒng)的功率差值，能快速提供負(fù)載所需的瞬時大功率，同時，在破冰船制動時儲存多余的能量，實(shí)現(xiàn)能量的二次利用。
　　本文的主要研究內(nèi)容包含三個部分:首先，將主動力系統(tǒng)分為五種工作模式，分析兩種燃料在不同功率水平下的加載/卸載速度，設(shè)置發(fā)動機(jī)相關(guān)參數(shù)，計(jì)算主動力系統(tǒng)在一個周期內(nèi)的輸出功率;

3、其次，研究了采用蓄電池單獨(dú)儲能、蓄電池-超級電容器混合儲能兩種方式下，儲能的設(shè)備特性及儲能設(shè)備選型分析，并通過儲能優(yōu)化配置策略分析能量在儲能系統(tǒng)內(nèi)部的最優(yōu)化配置方式;之后，對混合動力破冰船進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，計(jì)算在不同的動力系統(tǒng)組成方式下，破冰船總投資回收年限，回收年限最短的混合動力系統(tǒng)能量配置策略即為整艦最優(yōu)化配置策略;最后，在MATLAB/Simulink內(nèi)分別對破冰船電力微網(wǎng)進(jìn)行建模與仿真，通過觀察仿真結(jié)果，確定加入儲能后能提高系統(tǒng)穩(wěn)