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船舶气电混合动力系统能量管理控制策略研究
| 论文题名： | 船舶气电混合动力系统能量管理控制策略研究 |
| 关键词： | 船舶动力系统;气电混合;能量管理;模糊规则;动态协调 |
| 摘要： | 天然气发动机以其绿色、经济、安全等优点成为船舶动力面临环境保护法规和能源危机等问题的有效解决途径，但天然气发动机本身存在低负荷工况燃烧恶化，动态响应较差的缺点。针对这一问题，本文加入电机和蓄电池对传统动力拖船进行混合动力系统改造，通过设计合理的能量管理系统控制策略实现天然气发动机和电机的功率分配和协调控制，完成混合动力系统效率和动态响应能力的提升。 本文以某内河拖船为研究目标，分析该拖船及其航行工况的特点，论证了气电混合动力系统对于拖船的适用性，确定了气电混合动力的系统架构。以提升系统动力性和经济性为主要目标对天然气发动机、电机和蓄电池进行了匹配选型，并建立了天然气发动机、电机、蓄电池和离合器等混合动力系统模型，作为能量管理系统的验证平台;针对拖船的稳定工况，以减少天然气发动机在低负荷工况运行为目标，以系统的实时控制为前提，设计了基于规则的能量分配策略，通过分析天然气发动机、电机的外特性曲线确定了混合动力系统推进模式的边界条件，并加入蓄电池SOC约束形成了基于确定规则的能量分配策略;为进一步提升系统效率和系统运行的平稳性，利用模糊算法对基于确定规则的能量管理分配策略进行优化，并将模糊规则提取成MAP的形式，形成了基于模糊规则的能量分配策略;同时针对拖船的瞬态工况，以提高混合动力系统的动态响应为目的，设计了启动、加减速等全工况范围内的动态协调策略，并基于ETASLABCAR系统搭建了气电混合动力能量管理系统实时仿真平台。 本文通过启动、加速和拖船典型运行工况的设计，分析了基于规则能量管理系统对拖船的性能提升。结果表明:与传统动力拖船相比，采用基于确定规则的能量管理控制策略可以使天然气发动机的平均负荷率提升33.17％，系统平均效率提升1.755％，动态响应时间缩短22.2％;采用基于模糊规则的能量管理控制策略可以使天然气发动机平均负荷率提升37.86％，系统平均效率提升2.737％，动态响应时间提升44.4％，较好的解决了天然气发动机动态响应差和低负荷效率低的问题。 |
| 作者： | 白慧泉 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 姚崇;邱爱华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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