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基于直流组网的船舶复合储能控制策略与配置优化研究
| 论文题名： | 基于直流组网的船舶复合储能控制策略与配置优化研究 |
| 关键词： | 混合动力船舶;能量管理策略;滤波时间常数;容量配置;推进系统 |
| 摘要： | 由于全球范围内日益严峻的能源危机和环境污染，以及节能减排强制性法规的实施，以太阳能、风能，锂离子电池和超级电容等新能源在船舶领域的应用逐渐成为行业研究的焦点。其中，锂电池具有能量密度高、低自放电率等优势，但循环使用寿命较短、动态响应缓慢；而超级电容具有功率密度高、循环寿命极长的特点，与锂电池构成复合储能系统，使储能系统同时具备响应快、供电时间长的优点。本文主要针对混合动力船舶中的复合储能系统，通过理论分析、数学建模和仿真实验等方法，深入研究基于可变滤波时间常数的复合储能能量管理策略、多目标优化数学模型下的锂电池与超级电容储能容量优化配置问题。论文的研究成果可以为复合储能能量管理策略设计和容量配置的优化提供理论依据和方法支持。论文主要研究内容如下： 首先，分析目标船舶典型工况下的船舶实际负载功率，对混合动力船舶动力系统以船舶发电机组+复合储能形式进行二次改装；通过建立储能元件和双向DC-DC变换器数学模型，选取复合储能系统主动式拓扑结构，开展基于等效计算的容量配置研究。 其次，分析混合动力船舶直流组网电力推进系统基本原理，在低通滤波算法和PI控制的基础上，提出了基于可变滤波时间常数的协调与配合控制策略、过充过放保护策略与最大功率限制策略，多次调整储能元件输出功率，通过仿真试验对比分析有无复合储能协调配合与保护控制策略下直流母线电压、储能元件输出功率和SOC变化趋势等性能参数的优劣，验证协调配合与保护控制策略的优越性。 基于上述复合储能能量管理策略，以储能元件串并联数量与型号为决策变量，建立计及电池全寿命周期的储能系统总成本与总重量的量化多目标函数，明确最大功率和能量、储能充放电等边界约束条件，利用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ得到锂电池与超级电容容量配置最优方案，同时对比纯电池储能在性能指标上具有优越性。 最后，在前述研究基础上，设计并完善了复合储能系统试验平台的基本结构与组成，为后续开展验证复合储能控制策略的试验提供基础。 |
| 作者： | 冯龙祥 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 汤旭晶 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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