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电推船混合储能系统协调控制与容量优化
| 论文题名： | 电推船混合储能系统协调控制与容量优化 |
| 关键词： | 电力推进船舶;混合储能系统;协调控制;容量配置优化;遗传算法 |
| 摘要： | 面对日益严峻的能源短缺和环境污染，电力推进船舶已成为未来船舶发展的重要方向，但推进系统工况的变化和电气设备的切入切出等操作，对船舶电力系统的稳定性造成了一定的影响。为减小突变负载对船舶电力系统的冲击，常用储能系统作为缓冲装置，弥补发电机组供电不足，但单一储能系统因技术限制，无法满足船舶电力系统的功率需求。因此，本文制定了混合储能系统的配置方案，重点研究了混合储能系统的协调控制和容量优化，以降低母线电压波动，提高船舶电力系统稳定性。主要工作如下： （1）分析船舶的负载特性和动力特性，确定混合储能系统配置方案，建立带有混合储能系统的船舶直流微电网模型。首先研究柴油发电机燃油消耗率和负荷调节能力的影响因素，选择船舶实际需求的储能装置，并验证其工作特性。之后，建立船舶电力系统中的柴油发电机、电压源型整流器、双向功率变换器等主要部分的数学模型，为下文控制策略的设计和仿真试验奠定基础。 （2）针对混合储能系统层级间的功率分配，提出一种基于锂电池充放电状态的混合储能系统协调控制策略。根据储能装置特性，利用低通滤波算法对功率分频处理，得到高低频的功率；基于锂电池充放电状态，调节滤波时间常数大小，使超级电容荷电状态处于最佳范围；利用储能装置过充过放保护和最大功率限制规则制定保护策略。最后，在船舶启动、倒车以及突加负载工况下进行仿真试验，验证控制策略的有效性。 （3）针对混合储能系统容量配置问题，提出一种基于快速非支配遗传算法和性价比决策的容量配置优化方法。以混合储能系统成本、寿命损耗和供求平衡为目标建立多目标优化模型，并给出优化模型的约束条件。设计加入混沌思想的快速非支配遗传算法求解容量优化模型，采用基于性价比的决策方法分析帕累托最优解集，并与理想解法的决策结果，筛选最优容量配置，提高容量配置的经济性。 研究结果表明，文章提出的混合储能系统的协调控制策略及容量配置多目标优化方法，在建立的船舶直流微电网模型中能有效的降低母线电压波动，且提高了船舶电力系统的稳定性、容量配置的经济性，能够为混合动力船舶动力配比提供理论参考。 |
| 作者： | 和泰山 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 曾鸿 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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