船舶混合电力推进系统能量优化控制仿真研究
发布时间：2021-03-19 16:06
船舶在运行过程中会消耗大量的能源。随着人们对能源问题和燃油经济性问题的日益关注,提高船舶运行效率对实现节能减排目标具有重大的现实意义。电力电子和储能技术的迅速发展,使船舶动力系统的形式更加多样化,其中将储能元件应用在传统的电力推进形式的船舶中构成的船舶混合电力推进系统,结合了储能技术和电力推进技术的优势,是航运业实现节能减排和提升船舶操作性能的重要途径。因此如何应用储能元件、设计合理、高效的能量控制策略,成为了船舶混合推进领域的研究热点之一。本文以典型的船舶混合电力推进系统为研究对象,对能量优化控制的问题进行了深入的研究。首先针对该混合电力推进系统的结构进行系统能量分析。对柴油发电机的燃油消耗特性进行研究,并考虑了同步发电机的功率损耗问题。此外对储能系统的动态特性研究中,分别建立锂电池和超级电容的数学模型,通过研究其充放电特性,分析各自的适用工况,并建立了储能系统的功率损耗模型。根据对混合电力推进系统中的负载功率的分析,确定引起柴油机燃油消耗率变化的原因,在此基础上,结合锂电池和超级电容的不同工作特性,提出一种适用于船舶混合电力推进系统的能量优化控制策略。该策略通过应用低通滤波算法的原...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．２单台柴油发电机的燃油消耗率曲线??Ｆｉｇ．?３．２?Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?Ｆｕｅｌ?ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ?ｒａｔｅ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｓｉｎｇｌｅ?ｄｉｅｓｅｌ?ｇｅｎｅｒａｔｏｒ??
?船舶混合电力推进系统能量优化控制仿真研究???在本文中，对直流组网技术下的单台额定功率为３００ｋＷ的柴油机，进行燃油消耗??特性的研究，对应修正后的建模公式中二次多项式的系数为：〇。＝８４８７．６§／１１、??％＝１１６．２§也＼￥１１和＋＝（）．２０２§／１＾＼￥２１１。图３．２为考虑了同步发电机的效率分析后的柴油发??电机的燃油消耗率曲线。由于对交流组网技术的研宄不是本文的研究重点，因此对交流??组网技术下的燃油消耗率按照图３．１中同步发电机的效率分析进行等效计算。??３．?１．３柴油发电机燃油消耗特性分析??在上一节中，已经对船舶直流组网下的单台柴油发电机的燃油消耗特性进行了分析，??并建立了柴油发电机输出功率和燃油消耗率之间的关系，依据同样的方法，建立船舶直??流组网下的多台燃油消耗率特性曲线，曲线中不同的多项式的系数如表３．１所示。??表３．１燃油消耗率曲线系数??Ｔａｂ．?３．１?Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?Ｆｕｅｌ?ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ?ｒａｔｅ?ｃｕｉ＊ｖｅ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ??在网柴油机?ａ＼?ａｉ??台数《?（ｇ／ｈ）?（ｇ／ｋＷｈ）?（ｇ／ｋＷ２ｈ）??１?８４８７．６?Ｈ５＾５?０．２０２??２?１６９７５．２?１１５．６?０．１０１??３?２５４６２．８?１１５．７?０．０６７??４?３３９５０．４?１１５．６?０．０５１??２２５????——＇ｎ＝１??ｎ＝２??２２０?ｌ?＼?＼??ｎ＝４??１－?：?＼?＼?＼??Ｉ２＂?；?＼?＼?＼??＇?Ｖ?＼?＼??１９５?１?１?ｉ—：?１?１?１?１１?１??１
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???Ｂｏｏｓｔ模式的电路拓扑如图３．５所示，ＶＴ１和ＶＤ２桥臂一直处于关断状态，将其等??效为断路。ＶＴ２门极的触发信号导通时，由等效电源Ｃ／ｂｕｓ、电感Ｌ和开关管ＶＴ１形成闭??合回路，电感Ｚ存储等效电源ｉ７ｂｕｓ释放的能量，两端电压保持恒定并向负载供电，电??压记为％。将开关管ＶＴ２的导通时间记为。当开关管ＶＴ２关断时，由等效电源Ｃ／ｂｕｓ、??电感ｉ、续流二极管ＶＤ１和电容Ｃ。组成新的回路，电感Ｌ释放储存的能量，与等效电??源＆ｓ共同向电容Ｃ。充电，并为负载提供能量，记开关管ＶＴ２的关断时间为ｒ＃。??根据电感Ｚ积蓄的能量与释放的能量相等，有：??（３．?１６）??化简可得：??ｕ〇Ｊ＾ｌ＾Ｕｂｕｓ＾ＪＬＵｂａｓ?（３．１７）??’ｏｆｆ?广ｏｆｆ??由于ｒ／Ｑ＜ｉ，即输出电压高于输入电压，达到升压效果。??（２）?ＤＣ／ＤＣ变换器功率损耗模型??在双向ＤＣ／ＤＣ变换器的工作过程中，功率损耗主要由变换器本身的晶体管和二极??管等电力器件的串并联结构引起的，其中有晶体管的导通损耗和开关损耗，二极管的导??通损耗以及电感和电容器的等效电阻损耗，文献［５１］详细描述了各功率损耗的推导过程，??并通过算例验证，分别得到在Ｂｕｃｋ模式和Ｂｏｏｓｔ模式下的转换器功率转换效率，图３．６??为两种模式下的ＤＣ／ＤＣ转换器的效率曲线。??１??ｒ－?：?１??????Ｂｏｏｓｔ模式???Ｂｕｃｋ?模式??广广、＾?—??雜?０．９４?－??Ｉ??＾?０．９２?■??〇??Ｑ??０．９?－?－??０．８８??＇?＇???
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用储能系统实现可再生能源微电网灵活安全运行的研究综述[J]. 刘畅,卓建坤,赵东明,李水清,陈景硕,王金星,姚强. 中国电机工程学报. 2020(01)
[2]拖式与推式吊舱推进器水动力性能数值仿真及对比[J]. 贾宝柱,纪然,吴雷振,王宪磊. 大连海事大学学报. 2019(01)
[3]基于复合储能的船舶电力推进系统功率波动平抑控制策略[J]. 杨祥国,于桐,杨诚,魏斯琦,杜枢,陈虹见,吴书礼. 大连海事大学学报. 2018(03)
[4]新能源船舶混合储能系统关键技术问题综述[J]. 孙玉伟,胡克容,严新平,汤旭晶,袁成清,潘鹏程. 中国造船. 2018(01)
[5]含锂电池储能的船舶电力系统模型预测控制研究[J]. 何志祥,肖健梅,王锡淮. 船电技术. 2017(08)
[6]船舶直流组网电力推进技术发展优势[J]. 杨光,牟照欣,吴迪,贾颜培,孙逊. 舰船科学技术. 2017(13)
[7]基于太阳能锂电池及柴油发电机组的多能源(光柴储)船舶微网能量控制系统研发[J]. 俞万能,廖卫强,杨荣峰,李素文. 中国造船. 2017(01)
[8]超级电容储能在船舶中压直流系统能量管理中的应用[J]. 郭燚,杨涛. 上海海事大学学报. 2016(04)
[9]SVPWM调制策略下永磁同步发电机损耗分析[J]. 张越雷,高剑,黄守道,彭婧,荣飞. 湖南大学学报(自然科学版). 2016(10)
[10]船用直流组网技术比较[J]. 徐硕,乌云翔. 舰船科学技术. 2016(13)
博士论文
[1]电流型PWM整流器控制策略及应用技术研究[D]. 郭强.重庆大学 2015
[2]基于瞬时优化的混合动力汽车控制策略研究[D]. 朱庆林.吉林大学 2009
[3]并联式混合动力汽车能量管理策略优化研究[D]. 吴剑.山东大学 2008
硕士论文
[1]电力推进船舶能量管理系统控制策略研究[D]. 潘志强.武汉理工大学 2014
本文编号：3089842
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．２单台柴油发电机的燃油消耗率曲线??Ｆｉｇ．?３．２?Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?Ｆｕｅｌ?ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ?ｒａｔｅ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｓｉｎｇｌｅ?ｄｉｅｓｅｌ?ｇｅｎｅｒａｔｏｒ??
?船舶混合电力推进系统能量优化控制仿真研究???在本文中，对直流组网技术下的单台额定功率为３００ｋＷ的柴油机，进行燃油消耗??特性的研究，对应修正后的建模公式中二次多项式的系数为：〇。＝８４８７．６§／１１、??％＝１１６．２§也＼￥１１和＋＝（）．２０２§／１＾＼￥２１１。图３．２为考虑了同步发电机的效率分析后的柴油发??电机的燃油消耗率曲线。由于对交流组网技术的研宄不是本文的研究重点，因此对交流??组网技术下的燃油消耗率按照图３．１中同步发电机的效率分析进行等效计算。??３．?１．３柴油发电机燃油消耗特性分析??在上一节中，已经对船舶直流组网下的单台柴油发电机的燃油消耗特性进行了分析，??并建立了柴油发电机输出功率和燃油消耗率之间的关系，依据同样的方法，建立船舶直??流组网下的多台燃油消耗率特性曲线，曲线中不同的多项式的系数如表３．１所示。??表３．１燃油消耗率曲线系数??Ｔａｂ．?３．１?Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?Ｆｕｅｌ?ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ?ｒａｔｅ?ｃｕｉ＊ｖｅ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ??在网柴油机?ａ＼?ａｉ??台数《?（ｇ／ｈ）?（ｇ／ｋＷｈ）?（ｇ／ｋＷ２ｈ）??１?８４８７．６?Ｈ５＾５?０．２０２??２?１６９７５．２?１１５．６?０．１０１??３?２５４６２．８?１１５．７?０．０６７??４?３３９５０．４?１１５．６?０．０５１??２２５????——＇ｎ＝１??ｎ＝２??２２０?ｌ?＼?＼??ｎ＝４??１－?：?＼?＼?＼??Ｉ２＂?；?＼?＼?＼??＇?Ｖ?＼?＼??１９５?１?１?ｉ—：?１?１?１?１１?１??１
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???Ｂｏｏｓｔ模式的电路拓扑如图３．５所示，ＶＴ１和ＶＤ２桥臂一直处于关断状态，将其等??效为断路。ＶＴ２门极的触发信号导通时，由等效电源Ｃ／ｂｕｓ、电感Ｌ和开关管ＶＴ１形成闭??合回路，电感Ｚ存储等效电源ｉ７ｂｕｓ释放的能量，两端电压保持恒定并向负载供电，电??压记为％。将开关管ＶＴ２的导通时间记为。当开关管ＶＴ２关断时，由等效电源Ｃ／ｂｕｓ、??电感ｉ、续流二极管ＶＤ１和电容Ｃ。组成新的回路，电感Ｌ释放储存的能量，与等效电??源＆ｓ共同向电容Ｃ。充电，并为负载提供能量，记开关管ＶＴ２的关断时间为ｒ＃。??根据电感Ｚ积蓄的能量与释放的能量相等，有：??（３．?１６）??化简可得：??ｕ〇Ｊ＾ｌ＾Ｕｂｕｓ＾ＪＬＵｂａｓ?（３．１７）??’ｏｆｆ?广ｏｆｆ??由于ｒ／Ｑ＜ｉ，即输出电压高于输入电压，达到升压效果。??（２）?ＤＣ／ＤＣ变换器功率损耗模型??在双向ＤＣ／ＤＣ变换器的工作过程中，功率损耗主要由变换器本身的晶体管和二极??管等电力器件的串并联结构引起的，其中有晶体管的导通损耗和开关损耗，二极管的导??通损耗以及电感和电容器的等效电阻损耗，文献［５１］详细描述了各功率损耗的推导过程，??并通过算例验证，分别得到在Ｂｕｃｋ模式和Ｂｏｏｓｔ模式下的转换器功率转换效率，图３．６??为两种模式下的ＤＣ／ＤＣ转换器的效率曲线。??１??ｒ－?：?１??????Ｂｏｏｓｔ模式???Ｂｕｃｋ?模式??广广、＾?—??雜?０．９４?－??Ｉ??＾?０．９２?■??〇??Ｑ??０．９?－?－??０．８８??＇?＇???
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用储能系统实现可再生能源微电网灵活安全运行的研究综述[J]. 刘畅,卓建坤,赵东明,李水清,陈景硕,王金星,姚强. 中国电机工程学报. 2020(01)
[2]拖式与推式吊舱推进器水动力性能数值仿真及对比[J]. 贾宝柱,纪然,吴雷振,王宪磊. 大连海事大学学报. 2019(01)
[3]基于复合储能的船舶电力推进系统功率波动平抑控制策略[J]. 杨祥国,于桐,杨诚,魏斯琦,杜枢,陈虹见,吴书礼. 大连海事大学学报. 2018(03)
[4]新能源船舶混合储能系统关键技术问题综述[J]. 孙玉伟,胡克容,严新平,汤旭晶,袁成清,潘鹏程. 中国造船. 2018(01)
[5]含锂电池储能的船舶电力系统模型预测控制研究[J]. 何志祥,肖健梅,王锡淮. 船电技术. 2017(08)
[6]船舶直流组网电力推进技术发展优势[J]. 杨光,牟照欣,吴迪,贾颜培,孙逊. 舰船科学技术. 2017(13)
[7]基于太阳能锂电池及柴油发电机组的多能源(光柴储)船舶微网能量控制系统研发[J]. 俞万能,廖卫强,杨荣峰,李素文. 中国造船. 2017(01)
[8]超级电容储能在船舶中压直流系统能量管理中的应用[J]. 郭燚,杨涛. 上海海事大学学报. 2016(04)
[9]SVPWM调制策略下永磁同步发电机损耗分析[J]. 张越雷,高剑,黄守道,彭婧,荣飞. 湖南大学学报(自然科学版). 2016(10)
[10]船用直流组网技术比较[J]. 徐硕,乌云翔. 舰船科学技术. 2016(13)
博士论文
[1]电流型PWM整流器控制策略及应用技术研究[D]. 郭强.重庆大学 2015
[2]基于瞬时优化的混合动力汽车控制策略研究[D]. 朱庆林.吉林大学 2009
[3]并联式混合动力汽车能量管理策略优化研究[D]. 吴剑.山东大学 2008
硕士论文
[1]电力推进船舶能量管理系统控制策略研究[D]. 潘志强.武汉理工大学 2014
本文编号：3089842
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