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船舶燃料电池混合动力系统能量管理策略研究
| 论文题名： | 船舶燃料电池混合动力系统能量管理策略研究 |
| 关键词： | 船舶混合动力系统;燃料电池;能量管理;输出功率 |
| 摘要： | 随着国际海事组织（IMO）对于船舶节能减排的要求日趋明显，氢能作为绿色能源，其在船舶中的应用受到科研人员重视。燃料电池是氢与电能之间转换的重要载体，其动力系统的应用已逐渐成为船舶工业走向绿色低碳的重要发展趋势。当前研究现状表明，氢燃料电池动力系统大多被应用于中小型游览船舶。然而，燃料电池在船舶中的应用尚面临提高其运行的经济性的问题。本文在以往研究的基础上，设计由质子交换膜燃料电池、锂电池与超级电容构成的船舶混合动力系统，并由厦门地区某游览船舶动力系统在典型航行工况下输出功率的变化特点，对设计系统展开优化能量管理策略的仿真试验。主要工作内容如下： （1）船舶混合动力系统设计与能量管理策略制定。考虑到燃料电池功率输出特性偏软，适应复杂航行工况差，基于以氢燃料电池为主动力源，锂电池与超级电容为复合储能结构的混合动力系统的思路，结合母型船的航行工况特点，分析了状态机策略、模糊控制策略、等效耗氢策略（ECMS）以及基于Salp群算法的外部消耗最大策略（EEMS-SSA）。 （2）船舶混合动力系统仿真模型搭建。根据设计的混合动力系统和四种能量管理策略，基于MATLAB/Simulink环境，选用其中的燃料电池、锂电池、超级电容与DC/DC变换器的模型，建立船舶燃料电池混合动力系统及其能量管理策略仿真模型，并通过系统动力元件模型的参数选型，设定各策略的优化函数及约束条件。 （3）船舶混合动力系统仿真试验与分析。为确定适用于该船舶混合动力系统的能量管理策略，以系统功率匹配性、耗氢量、燃料电池和锂电池稳定性为评判依据，在原型船典型航行工况下，对状态机策略、模糊控制策略、ECMS策略和EEMS-SSA策略展开仿真试验。结果表明，ECMS策略在1500s-1800s的运行工况内无法实现功率匹配；EEMS-SSA策略耗氢量为61.1g，比状态机策略、模糊控制策略和ECMS策略分别少133.1g、69.4g和38.7g。模糊控制策略下，燃料电池全程除启停变载外，其余工况均以4kW输出功率稳定运行；状态机控制策略下，锂电池全程保持充电状态，充电电压偏差维持在±1%内，其余策略锂电池均为放电状态，模糊控制策略SOC曲线相对较平缓。系统在EEMS-SSA策略下运行平稳，燃料电池和锂电池受到的功率波动和瞬态突变小且耗氢量最少，系统选择EEMS-SSA策略为最佳。 |
| 作者： | 叶乔 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 朱钰;郑青榕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 集美大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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