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绿色拖轮混合动力系统设计与优化配置
| 论文题名： | 绿色拖轮混合动力系统设计与优化配置 |
| 关键词： | 混合动力;多目标优化;油耗排放;绿色拖轮 |
| 摘要： | 现如今，节能、低碳、环保、人类和自然界协调发展是人们讨论的热门话题。近年来，由于船舶柴油机油耗、烟雾、积碳、废气污染等问题日益突出，人们越来越关注其他更环保、更节能的动力推进装置。本文以港口拖轮为研究对象，阐述传统港作拖轮推进系统的组成和工作原理，针对其作业具有间歇性、靠离频繁、航程短（其作业范围仅限于港区、航道和锚地）、作业环境复杂、航速航向多变、要求快速启停等工作特点，统计分析其航行作业数据，最终提出混合动力“绿色拖轮”更适合港口作业的观点。 混合动力“绿色拖轮”是将新的储能设备——聚合物锂电池应用于拖轮中。蓄电池的使用，有利于动能回收，实现不间断供电和能量的可逆转化，强化船舶电站功能，改善电站供电质量和可靠性，是船舶电站的一种优化模式。同时，减轻拖轮的冲击振动，使噪声的分贝数远低于规定的规范标准。 本文设计了混合动力拖轮推进系统，详细阐述了其工作原理和四种作业模式。对主推进柴油机（主机）、永磁同步电机、变频器、蓄电池、发电机组等设备进行介绍和选型，并根据所选设备进行安装重量与布局的可行性分析。运用MATLAB软件中的相关仿真模块，设计混合动力拖轮推进系统的控制策略，搭建系统的燃油消耗计算模型、排放计算模型、聚合物锂离子电池的充放电模型等，然后进行计算和数据分析。为了更合理的进行设备的配置选型，本文运用智能算法对其进行选型优化，首先介绍了传统的多目标优化算法，这些传统算法主要适用于线性或连续系统，对求解使用代数函数表示的混合系统则相当困难，因而引入带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ），该优化算法是模仿自然界进化规律，应用达尔文的“适者生存”思想，适合全局寻优，只返回值，不需要其他辅助函数，其包括“搜索空间”和“目标空间”，参数变量定义了一个搜索空间，燃油消耗量和安装重量作为优化目标，最终得到离散的帕累托最优前沿，通过对Pareto最优解集的分析以及优化前后的对比，为设计者提供了切实可行的设备配置方案。 本文的研究为多能源混合动力推进船舶的设计和运行提供了理论依据和工程解决方案，为“绿色船舶”的发展做出积极准备，其研究理论和方法具有广阔的推广价值。 |
| 作者： | 李勃 |
| 专业： | 舰船电力推进及自动化技术 |
| 导师： | 孙俊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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