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极地船舶柴电混合动力系统匹配及性能研究
| 论文题名： | 极地船舶柴电混合动力系统匹配及性能研究 |
| 关键词： | 极地船舶;柴电混合动力系统;能量管理策略;动态特性 |
| 摘要： | 随着世界各国对极地生态和资源的关注度越来越高，极地航运和科考的发展速度也越来越快。因为极地海域航行环境较复杂，所以极地船舶的动力传输系统要经受极地冰层工况变化频繁和负载突增突减范围大的考验。为了解决上述问题，极地船舶应采用更加绿色节能的混合动力系统。因此本文以极地船舶混合动力系统为研究对象，对系统的匹配选型、模型建立、能量流、能量效率、能量管理策略、动态特性等方面开展研究，为极地船舶混合动力系统的设计和研究提供理论支持。 首先，提出了一种极地船舶混合动力系统，其具备5种工作模式，并对系统进行了详细匹配和选型，包括船机桨匹配、功率匹配、转速匹配以及蓄电池组匹配，得到系统各部件参数，在此基础上，在MATLAB/Simulink仿真平台，利用模块化建模思路，建立了极地船舶混合动力系统模型。其次，根据螺旋桨推进特性，在推进特性全负荷工况下，研究了系统在不同工作模式下的能量流，进而研究在不同负荷、不同转速时，极地船舶混合动力系统与纯柴油机系统的能量效率。研究结果表明:除高负荷、高转速工况外，存在混合动力系统驱动效率大于纯柴油机系统驱动效率的功率比区间。然后，设计了一种基于粒子群算法的最小等效油耗能量管理策略，通过设定充放电等效因子，引入蓄电池组SOC惩罚函数，采用粒子群算法对系统瞬时最小等效燃油消耗量进行求解，进而选取最佳充放电等效因子，分别在极地无冰和有冰工况下，对柴油机和可逆电机扭矩分配和运行工作点、蓄电池组，OC变化以及柴油机燃油消耗量进行研究。研究结果表明:最小等效油耗能量管理策略的优化效果主要受到无冰和有冰状态下的工况影响，且在冰工况下，柴油机和可逆电机工作点分布在高效率区较多。最后，开展了基于逻辑门限的极地船舶混合推进系统动态特性研究，在极地船舶混合动力系统模型的基础上加入微分跟踪器模块，进行基于逻辑门限的能量管理策略设计，进而对其能量管理规则进行制定，并在MATLAB/Simulink仿真平台搭建基于逻辑门限的能量管理策略模型，在此基础上，设计了极地海域的航行工况，对极地船舶混合推进系统动态特性进行研究。研究结果表明:加入微分跟踪器模块和逻辑门限能量管理策略的极地船舶混合动力系统模型，具有较好的动态特性和实时性，可以满足负荷变化频繁的极地工况需求，实际航速与设计航速匹配较好。 |
| 作者： | 徐舒航 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 范立云;吴朝晖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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