混合动力船舶能量管理控制策略设计与仿真.pdf

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1、第44卷第2期船海工程V01．44No．22015年4月SHIP&0CEANENGINEERINGApr．2015DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2015．02．025混合动力船舶能量管理控制策略设计与仿真袁裕鹏。王凯。，严新平(武汉理工大学a．国家水运安全工程技术研究中心．b．能源与动力工程学院可靠性工程研究所；C．船舶动力工程技术交通行业重点实验室，武汉430063)摘要：为了提高船舶的能源利用效率，降低排放，采用柴油发电机和燃料电池组成的混合动力为船舶提供电能，其中发动机为船

2、舶提供基础载荷，当船舶功率负荷需求大于基础载荷时则由燃料电池组提供剩余的功率。针对这样的混合动力系统，设计船舶的能量管理系统的逻辑门限值控制策略和PID控制器。仿真结果表明，采用这种混合动力结构的船舶，可以提高柴油机的运行效率，所设计的PID控制器能很好地满足船舶的功率需求，提高系统的稳定性。关键词：混合动力船舶；能量管理系统；燃料电池；基础载荷中圈分类号：U665．12文献标志码：A文章编号：1671-7953(2015)02-0095-04清洁能源在船舶上的应用无疑具有良好的发功应用的例子并不多。在20

3、10年上海世博会上展前景。目前风能、太阳能、核能以及燃料电池等亮相了中国第一艘混合动力船——“尚德国盛”清洁能源已初步具备在船舶上应用的基础，其中号游船，该船采用太阳能和柴油机组作为混合单一的能源的应用也已经有可供参考和借鉴的实动力，速度约15km／h，节省电力和减排达30％以船案例。但纵观清洁能源在船舶上应用的各种技上。此船有柴油发电机组、动力锂离子电池、太阳术方案，仅利用风能或太阳能等单一模式并非为能电池板3种动力源，拥有柴油发电机组电力推最优的应用模式。根据船型的结构、航行区域和进、纯电池组电力推进和

4、柴电机组与电池组混合营运特点的不同，多种能源的综合利用的混合动电力推进3种不同推进模式，是目前世界上推进力船舶已成为21世纪船舶发展的主要研究方模式最多，功率等级最大的多模混合动力船舶。向⋯。“混合动力船舶”可以定义为以两种或两文中针对柴油发电机单独为船舶供电时，总种以上储能器、能量源或能量转换器作为动力源，体效率不高的缺点，考虑采用柴油发电机与燃料其中至少有一种可以提供电能的船舶。2000年电池组成的混合动力，对能量管理系统研制过程澳大利亚开发出世界第一艘商用的太阳能／风能中涉及的主要技术——能量管理策略

5、与PID控制混合动力双体客船“SolarSailor”号太阳能渡器进行设计分析，最后利用MATLAB／Simulink工船lL2]。德国西门子公司向海军提供的潜水艇用具箱对设计的能量管理控制策略进行仿真。固体高分子燃料电池，在潜艇上安装燃料电池和1能量管理系统柴电动力组成的混合动力系统。2010年1月，意大利和斯洛维尼亚联合研制了GREENLINE33能量管理系统(powermanagementsystem，混合动力游艇，该游艇混合了电池组、太阳能和柴PMS)是电力推进船舶的关键控制系统之一，是在油机动力。

6、综合电力系统船舶出现后，根据综合电力系统船国内在混合动力船舶领域方面起步较晚，成舶的实际需求而逐渐出现对船舶电能供给、调度、消耗的新型控制与管理系统J。目前国外大中型船舶电站监控系统已经集监收稿日期：2015—01～09修回日期：2015—01—21控、智能管理、船舶集成管理系统为一体。相关产基金项目：国家科技支撑计划课题(2014BACA)4B01)品基本上都采用分布控制、集中管理的模式，通过第一作者简介：袁裕鹏(1980一)，男，博士后以太网和现场总线将能量管理系统、推进控制系研究方向：船舶清洁能源技术

7、统及其他重要负载系统(如动力定位系统)综合E．mail：canicula2000@whut．edu．cn集成在一个平台管理系统中，实现信息互联共享、952第0125期年袁裕鹏，等：混合动力船舶能量管理控制策略设计与仿真船海工程第44卷源降低排放。而且设计的PID控制器能使电网的输出功率很好跟随船舶负载的电力需求。钆由于燃料电池动态响应速度慢及不能很好跟踪负荷的波动，所以当负载需求波动很大时会损害燃料电池组和减少其生命周期。为此，增加燃图8燃料电池1的输出功率料电池系统的能量存储系统(ESS)可提高整体系统的

8、动态性能，提高燃料的经济性。今后还需进一步对增加储能系统如蓄电池或超级电容组成的混合动力系统开展研究。参考文献[1]严新平，徐立，袁成清．船舶清洁能源技术[M]．北图9燃料电池2的输出功率京：国防工业出版社，2012．蓦§[2]严新平．新能源在船舶上的应用进展及展望[J]．船海工程．2010，39(6)：111·115．孽6{3lcHALKSG，MILLERJF．Challengesforfuelcellsint