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海洋工程船储能优化配置与能量分配策略研究
| 论文题名： | 海洋工程船储能优化配置与能量分配策略研究 |
| 关键词： | 海洋工程船;混合储能系统;随机负荷场景;能量分配策略;节能减排 |
| 摘要： | 随着全球能源需求量的日益增大以及陆上不可再生能源的枯竭，人们纷纷将开采目标投向丰富的深海资源。海洋工程船舶操纵性能好、自动化程度高、对多变复杂的工况有较强的适应性，是发展海洋经济必不可少的一员。以一艘柴电混合动力的海洋工程船为研究对象，其多变的工作模式使得全船的电力需求功率时常发生大范围波动，不仅增加了发电机功率输出调节的难度，同时也导致燃油消耗和污染气体排放的加剧。 为解决上述问题，在原有的海洋工程船上进行储能系统的配置和能量分配研究，以优化整个系统的运行。通过分析海洋工程船的作业特点和几种储能元件的对比结果，选择了兼顾功率型和能量型两种特性的混合储能形式。针对船舶功率波动随机性对储能容量配置结果的影响，采用了一种基于概率密度分布的船舶电力负荷模拟方法，得到了含有多种随机负荷场景的全船电力负荷变化样本。以该样本中的随机负荷作为优化场景，建立了以混合储能系统成本和电池寿命衰减为目标的储能配置优化模型。在模型求解中分别使用了樽海鞘群算法和性价比法进行多目标寻优和决策，其求解的储能配置满足了海洋工程船的可靠运行。 之后为保证添加储能系统后电力系统的运行效果，在船舶能量分配策略上进行了改进。根据该船发电机在不同负荷下的运行指标建立了节能减排相关的目标函数。针对两种储能元件不同的输出特性，通过结合逻辑判断法和一阶低通滤波算法进行处理，提升了混合储能系统的功率平抑能力。最后经过典型工况下的仿真计算，验证了该能量分配策略对海洋工程船电力系统运行的优化效果。 结果表明，在配置混合储能系统和做出相应的能量分配策略后，能够有效平抑海洋工程船上电力系统中的波动负荷，同时混合储能系统的负荷调节作用还为船舶发电机运行过程中的节能减排做出了一定贡献，本研究为将来海洋工程船舶进一步提升性能，实现更加节能环保的船舶营运提供了参考。 |
| 作者： | 吴昌脉 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 张均东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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