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船舶电力推进储能控制策略与容量配置研究
| 论文题名： | 船舶电力推进储能控制策略与容量配置研究 |
| 关键词： | 船舶电力推进系统;混合储能;锂电池;超级电容;容量配置 |
| 摘要： | 随着人们对石化能源的不断开采使用，导致未来的石化能源必将枯竭。因此，在船舶上由石化能源作为燃料来驱动的内燃机将会退出历史舞台，转变为以电力作为能源来驱动的电力推进系统。以电力推进船舶将会有传统动力船舶所不具备的优势，电力推进船舶的驱动力大、调速范围大、便于安装维修、噪音小、环境污染小等特点受到世界各国广泛的应用。因此，对船舶电力推进系统的研究将会对船舶的理论发展和实际意义都具有非常重大的价值。船舶运行中进行停车、倒车、遇到大负荷的脉冲负载和电网故障会对直流母线造成欠压和过压，严重损害船舶电力系统的稳定运行。基于此，本文设计一种混合储能装置来抑制直流母线电压及功率的波动，提高船舶电力系统的稳定性。 本文首先对船舶电力推进系统的主要模块进行数学建模，包括原动机及其调速模块、发电机模块、推进电机模块以及螺旋桨模块。在基本的船舶电力推进系统上建立锂电池-超级电容混合储能的模型，分别对锂电池二阶RC模型和超级电容等效模型进行分析和搭建，并对仿真模型的充放电曲线与实际储能元件的充放电曲线进行验证。 其次，对锂电池-超级电容混合储能模型设计一种MMC-BDC控制策略，采用串联均压的控制方法，将N组半桥电路的下半桥串联起来，通过控制策略对开关管进行控制，实现各储能元件组的电压及容量均衡。为了防止超级电容和锂电池的过充过放，损害储能元件的寿命，需要对储能系统的设计充放电规则和能量管理策略。在Matlab/Simulink中建立储能元件的控制模型，并对其仿真验证均压控制策略的有效性。 然后，采用改进的粒子群混沌算法对混合储能系统中的储能容量进行配置及优化，确定了储能系统的约束条件，确定了以考虑储能元件寿命关系的总金额为目标函数，对锂电池和超级电容并联组数和串联组数进行配置优化，并进行仿真验证。 最后，对船舶运动过程中的常见工况以及故障进行仿真研究，分析了螺旋桨反转、突加脉冲负载、电网单相接地短路故障和电网三相短路故障，并进行仿真，分析其对直流母线电压的稳定性、发电机转速和推进电机转速与转矩的影响。加入混合储能系统之后，分析加入储能系统后对直流母线电压、发电机和推进电机的作用。 |
| 作者： | 王凌宇 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 丛望 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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