破冰船柴电混合动力系统优化设计及敏感性分析

[目的]针对极地破冰船的经济性和环保性要求,提出由柴油发电机组和储能电池组成的破冰船柴电混合动力系统。[方法]首先,基于冰载荷变化等级建立阻力模型,并采用反向建模法建立柴电混合动力系统的能量流模型;然后,以破冰船的年油耗量和生命周期总成本为优化目标,采用快速非支配排序遗传优化算法(NSGA-II)对动力系统设计参数进行优化,并基于优劣解距离法(TOPSIS)得到最优设计方案;最后,开展优化目标对7个设计参数的敏感性分析。[结果]仿真结果表明,柴电混合动力系统的最优设计方案比传统柴电推进系统节约了1.89%油耗,且纯电航行总里程占比为31.22%,但储能电池的引入降低了系统经济性。参数敏感性分析结果表明,2个优化目标对主机容量、电池组数量、电池荷电状态边界的敏感度较高,而对减速器减速比、电机转子体积和螺旋桨尺寸则相对不敏感。[结论]研究成果可为破冰船及柴电混合动力船舶的参数设计提供参考。     

邮船柴油发电机与电池混合电力推进系统排放研究

以一艘中型邮船为研究对象,结合其实际航行数据,将常规柴油机发电动力系统与动力电池和岸电相结合,基于优化能量管理算法,采用MATLAB/Simulink软件进行仿真,研究邮船在巡航、操纵和停泊等3种工况下在排放控制区内/外航行区域的油耗和排放情况,阐述岸电和电池在中型邮船上的应用潜力。     

瓦锡兰为中国市场设计的HY混合动力拖轮亮相国际海事会展

正智能科技集团瓦锡兰对其突破性的混合动力拖轮进行了设计调整,以满足中国市场的需求。这一版本的瓦锡兰HY拖轮已经获得中国船级社(CCS)的船型AIP认可证书。与传统拖轮设计相比,瓦锡兰HY拖轮强调环境可持续性、运营效率,以及比传统拖轮设计更低的油耗。其设计基于瓦锡兰同类首创的全集成混合动力电源模块。它将发动机、使用电池的储能系统和电力电子零件相结合,并借助一个新     

基于模型预测控制的双机组混合动力船舶能量管理研究

[目的]船舶柴电混合动力系统合理分配柴油机和电机输出功率,可大幅降低油耗和排放。针对传统混合动力能量管理策略的性能最优与运算实时的矛盾,提出采用模型预测控制（MPC）进行能量管理瞬时优化。[方法]首先,利用反向建模法搭建由双柴油发电机组、储能系统、岸电组成的客渡船混合动力系统能量流模型;然后,提出以油耗和电能消耗的总温室气体（GHG）排放为目标函数,在系统约束条件下可在线滚动优化求解的MPC能量管理算法,最终进一步进行了不同预测时域长度的灵敏度分析。[结果]仿真结果表明,MPC较传统规则控制方法可分别降低4.85%的燃油消耗量和3.54%的温室气体总排放。[结论]相比于传统的规则控制策略,MPC油耗低,温室气体排放少,且计算负荷较小,具有良好的实船应用潜力。     

基于小波包-模糊控制的燃料电池混合动力船舶能量控制策略

由于负载波动导致混合动力船舶存在燃料电池电能质量下降及蓄电池使用寿命缩短的问题,因此,针对该问题首先对船舶动力系统进行模拟改装。采用超级电容、磷酸铁锂电池构成复合储能系统,设计基于小波包及模糊控制的能量控制策略,通过搭建动力系统及能量控制策略的Simulink仿真模型对所提控制策略有效性进行验证。仿真结果表明,该控制策略能够有效地优化电池充放电过程,延长电池使用寿命、降低燃料电池输出功率的波动及稳定母线电压提高电能质量。     

并联式船舶混合动力系统参数匹配与能量管理

以某并联式船舶混合动力系统作为研究对象,对系统中的船体、螺旋桨、天然气发动机、可逆电机和动力电池等主要部件进行参数匹配,研究基于逻辑门限值的能量管理策略.针对周期性作业船舶运行工况,研究不同动力电池初始荷电状态(SOC)条件下动力电池等效天然气消耗量、天然气发动机天然气消耗量以及系统等效天然气消耗量.结果 表明,在动力电池初始SOC为0.5和0.9的仿真条件下,系统运行模式受到动力电池SOC边界条件限制,系统等效天然气消耗量显著增加;相较于采用天然气发动机推进的船舶动力系统,所提出的并联式船舶混合动力系统可实现节省4.66％～7.00％的天然气消耗.     

混合电动力技术在游船上的应用研究

混合动力系统以其续航力久、节能环保的特点,在游船上具有广阔的应用前景。本文介绍了目前几种主要的游船混合动力形式,重点分析了串联混合动力系统的运行工况及特点,结合某串联混合动力游船的实船应用,设计基于柴油发电机组+储能电池组的混合动力控制系统,实船验证结果表明该混合动力系统综合节油效果明显,具有较高的应用价值。     

绿色混合动力拖轮现状及设计方案

随着我国对于绿色发展的要求,绿色拖轮以其良好的节能性、能量的高效利用率受到了广泛的关注.对比纯LNG/双燃料、纯电池、混合动力电力推进系统3种不同技术方案,其中混合动力拖轮的能效利用率和性价比最高.文章从造价、安全、技术成熟等方面考虑,对混合动力拖轮的不同供电推进方式进行了对比,研究结果表明:油电混合动力型式拖轮是目前最符合厦门港实际需求的新型能源拖轮.     

混合动力港作拖轮多工况模式的机桨匹配设计

以5 000 HP拖轮的混合动力系统为例，根据作业工况对推力和航速的需求，分析主机、动力电池、轴带电机和舵桨的特性，以了解相互的变化特点、配合关系和工作范围。混合动力系统通过变工况下不同原动机的转速与负荷合理匹配使能量得到最佳转换以实现效率最优，达到节能减排和延长设备使用周期目的。     

车客渡船复合储能系统及能量管理策略设计与研究

针对严格的船舶碳排放要求和车客渡船特殊的航行工况,提出锂电池和超级电容组成的复合储能系统,并以系统经济最佳为目的设计复合储能系统的最优容量配置。基于锂电池和超级电容的特性,提出适用于车客渡船的能量管理策略。通过MATLAB/Simulink建立仿真模型,验证典型航行工况下复合储能系统容量配置和能量管理策略的可行性。仿真结果表明,复合储能系统的容量设计及能量管理策略可以满足典型航行工况和重载工况的需求。     

11000m~3耙吸式挖泥船动力系统模拟改装

为了实现节能减排的目的,对某传统的耙吸式挖泥船动力系统进行混合动力系统模拟改装,使用柴油机和蓄电池作为混合动力源,采用阈值法作为能量管理策略,根据不同的功率需求及蓄电池的荷电状态调整系统的工作模式,并在Matlab/Simulink环境下建立动力系统的燃油消耗及排放模型。仿真结果表明,混合动力系统较原系统在油耗和排放方面均有较大的改善。     

船舶多清洁能源混合动力系统优化设计方法

多清洁能源混合动力系统可通过采用多种清洁能源有效提高船舶的绿色化水平,但多清洁能源的不同特点会增加混合动力系统配置优化设计的复杂性,目前缺少对多清洁能源混合动力系统优化配置方法的研究。对此,基于燃料电池、锂离子电池、超级电容和柴油发电机的混合动力系统形式,提出一种基于小波变换和遗传算法的多清洁能源混合动力系统优化配置方法。分析结果表明:提出的混合动力系统优化配置方法能在满足船舶最大功率需求的同时,提高船舶的经济性,降低二氧化碳排放,进而提高船舶的整体能效水平。     

混合储能系统在船舶电力系统中的应用

在船舶电力系统中引入储能技术可以解决由于负载频繁变化带来的问题。文章主要针对由电池和超级电容组成的混合储能系统进行研究,提出了一种应用于推进系统和脉冲功率负载的新型电池/超级电容混合储能系统,利用双有源桥的拓扑,通过移相控制能量双向流动,实现电池和超级电容的充、放电。新型混合储能系统可以提高船舶电力系统稳定性和可靠性、提高燃油利用率、减少有害气体排放,是船舶电力系统发展的新方向。     

超级电容技术在港口机械中的应用研究

通过实验，对超级电容器与电池、传统电容在比功率、比能量和使用寿命方面进行比较，结果表明，以超级电容作为储能元件的混合动力系统在节能环保等方面具有很大的优越性，在港口机械中有广阔的应用前景。     

混合动力游艇建模与仿真

与采用单一柴油发电机作为动力源的游艇相比,混合动力游艇具有燃油消耗少、污染小和噪声低等优点。针对国内小型游艇,设计一种基于蓄电池-柴油发电机组的并联混合动力系统。详细介绍该混合动力系统的结构、各组件的建模,并进行仿真分析。选用长26.5m,宽6.2m,最大航速32kn的某游艇进行仿真分析。相比单一柴油机动力源的游艇,并联混合动力系统可起到节能减排的作用,并能使电池的荷电状态保持在一定的范围内。     

降低船用柴油机NOx排放率的研究

在"低温燃烧"的概念下,根据IMO<船用柴油发动机氮氧化物释放控制技术规则>推荐的试验程序,对一台4135G柴油机在推进工况下进行改变喷油正时和压缩比的试验研究.结果表明延后喷油正时和(或)减少压缩比可以实现柴油机的"低温燃烧",从而降低柴油机的NOx排放率,但柴油机的油耗率和烟度将受到影响;若采取喷油正时延后4°和压缩比提高5.5%的组合技术方案时,则可使柴油机在推进工况下的NOx平均排放率减少16.3%,柴油机的油耗率稍有降低,但烟度在高负荷时稍有增加而低负荷时稍减.     

串联式混合动力船舶能源系统运行模式切换策略

为了解决内河电力推进船舶混合动力能源系统运行模式的切换控制问题,以动力电池剩余电量、电池工作温度以及船舶电力推进需求功率作为特征因素,以混合动力能源系统运行模式作为决断输出,建立了基于模糊综合评判方法的船舶混合能源系统运行模式切换控制模型及其控制策略。以实验室的船舶航行工况数据作为试验仿真环境,结果表明,这种方法能够智能地自动切换运行模式,实现了电力推进船舶混合动力能源系统的优化管理,同时能够保证动力电池的工作性能,延长电池寿命。     

混合动力电动船舶模糊逻辑控制策略

混合动力电动船舶对于纯电动船舶具有较好的续航能力,适用于航线较长且具有随机性的船舶工况,同时对于工程作业船舶工况其可以降低柴油发电机为动力的工程作业船舶柴油机功率,减少燃油消耗与排放。本文分析了上述两种不同船舶工况特点,并针对该工况采用串联式混合动力结构作为船舶动力系统结构并根据工况需求设计了相应的模糊逻辑控制策略。运用MATLAB/Simulink搭建了系统仿真模型,仿真结果表明,所设计串联式混合动力系统及其模糊逻辑控制策略能够在上述两种船舶工况下实现控制要求。     

船舶柴电混合动力系统设计应用

针对功率大、运行模式复杂的柴电混合动力系统在实船上的设计应用问题，以海上危险品应急指挥船作为对象，研究柴油发电机组和储能系统组成、设备配置、运行模式、电池舱布置和规范要求等内容，结合该型船实际使用工况，计算电力负荷，并选用合适的储能系统。结果表明，通过合理的系统设计、容量计算和安全保护布置可满足实船应用技术要求。     

电力推进船舶功率容量的优化配置

文章介绍以实现节能减排为目的,对某耙吸式挖泥船,加入复合储能装置来降低挖泥船的燃油消耗率和气体排放,在Matlab/Simulink环境下建立挖泥船模型以及动力系统的燃油消耗和排放模型。仿真结果表明,加入复合储能装置较原系统在油耗和排放方面均有较大的改善。并通过仿真实验对复合储能装置的容量进行了优化,在满足挖泥船正常工作的情况下使复合储能装置的经济性达到最佳。