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内河船舶柴电混合动力系统控制策略研究
| 论文题名： | 内河船舶柴电混合动力系统控制策略研究 |
| 关键词： | 船舶混合动力;容量配置;仿真建模;能量管理;动态规划 |
| 摘要： | 近年来，随着排放法规的不断严格以及内河船舶混合动力系统技术的广泛应用，有必要进行内河船舶柴电混合动力系统相关研究。本文针对某内河船舶混合动力系统及其典型负载工况，根据其动力系统拓扑架构与船机桨匹配模型进行设备选型与容量配置，从而建立混合动力系统仿真动力模型与控制模型，在此基础上对动态规划（DynamicProgramming，DP）能量管理控制策略展开研究。通过建立该控制策略下动力系统最佳输出功率与最小燃油消耗的优化指标方程，从而实现对系统能量的最佳分配调度，达到良好的经济性与可靠性，并对复合储能系统荷电状态限值条件下的策略进行仿真对比，验证该控制策略临界状态下的控制性能。本文研究的主要工作内容如下： （1）根据船型参数与动力形式进行船机桨匹配建模，确定了其设计工况点的需求功率，从而选取合适的柴油发电机与复合储能系统动力形式。为充分发挥不同动力设备间的优势与互补性，由柴油发电机工作在高效区承担典型工况下的平均负载功率，储能系统工作在负载功率频繁波动区间，起到其“削峰填谷”的作用，并对储能系统从功率限制与能量限制两方面选择容量配置方案。 （2）针对混合动力系统拓扑结构，分别建立柴油发电机、三相PWM整流器、磷酸铁锂电池、超级电容及半桥式双向DC/DC变换器仿真模型与相应控制模型，并进行仿真验证，从而为能量控制策略研究奠定基础。由于需对该船典型工况进行混合动力系统功率合理分配，及在仿真模拟负载并入时电网波动较大，故需要对有效的能量控制策略进行设计。 （3）设计基于动态规划的能量管理策略，分别以动力系统各能源设备最佳输出功率为决策变量，建立其最小燃油消耗目标优化方程。对该船典型负载工况下柴油发电机、储能系统的最佳输出功率及最小燃油消耗量进行求解，并探究在储能系统荷电状态临界条件下该控制方法的能量分配策略。通过仿真分析发现，基于动态规划的控制策略可以使柴油发电机稳定在其功率高效区工作，确保电池与超级电容对负载功率波动中的低频与高频功率进行有效分担，且在荷电状态临界条件下该策略仍有较好的控制性能，实现电池与超级电容间的功率分配。 |
| 作者： | 武炜迪 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 杨祥国 |
| 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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