典型工况下的燃料电池船舶复合储能系统设计

针对燃料电池船的电能质量品质不高、蓄电池使用寿命短等问题,设计了由超级电容、磷酸铁锂电池组成的复合储能系统,并提出了基于功率分流式的能量管理策略。在MATLAB/Simulink环境下建立系统仿真模型,并采用自适应粒子群算法调用仿真模型,对复合储能系统的容量配置与能量管理策略的参数进行联合优化。仿真结果表明：优化后的复合储能系统可以满足船舶典型工况需求,并且能够缓冲负载波动对燃料电池与磷酸铁锂电池的冲击,使燃料电池工作在高效率区间,机动工况下船舶能量效率提高了3.17%；磷酸铁锂电池的充放电过程得到优化,能延长其使用寿命；母线电压波动减小,提高了电能质量。     

基于超级电容的车客渡船能量管理策略

针对车客渡船航行过程中因推进电机需要频繁大尺度启动和制动而造成船舶电网易产生较大波动、能量管理复杂的问题,提出一种基于超级电容的车客渡船能量管理策略.采用模糊自适应(PID)控制策略对储能系统充放电进行控制,以直流母线电压为目标,通过Matlab/Simulink建立仿真模型,并搭建超级电容能量回收试验平台,验证该能量管理策略的可行性.结果表明,超级电容能对推进电机制动能量进行缓冲存储,提高能量的利用率,同时还可以减小船舶电网的波动,避免发电机组频繁调节,提高电网的安全性.     

多电船舶的能量管理策略仿真研究

文章对氢燃料电池船"Alsterwasser"号进行模拟改装,保持以质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为主能量源,设计了以磷酸铁锂电池和超级电容为核心的复合储能装置,更好地应对多变的负载需求。采用支持向量机进行工况识别,设计低通滤波器进行功率分配,提出2种不同的能量管理策略对复合储能装置的功率输出进行优化控制,并设计仿真实验,对比其优劣。仿真结果表明,模糊控制策略匹配复合储能装置能更好地优化功率分配。     

船舶复合储能的混动系统能量管理策略研究

以并联复合储能的船舶柴电混合动力系统为研究对象,基于Matlab/Simulink对柴油机、可逆电机、动力电池、超级电容、电源转换器等建立仿真模型,在此基础上开发了基于逻辑规则的能量管理策略。针对港口拖轮工况波动频率高、幅度大等特点,分别研究在不同的动力电池初始电池荷电状态下,纯柴油机驱动、柴油机-电池混合驱动、柴油机-电池-电容复合储能驱动等动力系统架构的柴油机油耗、储能系统的等效油耗、系统的总油耗以及氮氧化物的排放。结果显示,在拖轮典型工况下,采用柴油机-电池-电容复合储能驱动的系统总油耗相比纯柴油机驱动形式的油耗平均低6.63%,比柴油机-电池混合驱动形式平均多降低11%的油耗,氮氧化物排放量减少8%。     

混合储能技术在船舶电网中的应用

在船舶电力系统中,船舶大功率负载的变化除了会引起船舶电网剧烈的波动,增加船舶原动机的机械应力和热应力,还会增加船舶燃料的消耗。为保证船舶电网的安全稳定,本文采用混合储能单元技术。本文分析船舶电力系统的调速系统和励磁系统,锂电池与超级大电容的充放电电路。根据锂电池和超级大电容的特性,采用粒子群算法优化混合储能单元容量。利用Matlab/Simulink仿真了含混合储能单元的船舶电力系统。仿真结果表明混合储能单元能够明显的抑制船舶电网波动,增强系统的稳定性。     

太阳能空气动力艇混合储能装置中能量管理系统的设计与仿真研究

船舶电力推进系统在实际运用中具有明显优势,单一能量型储能装置难以有效应对其中分布式发电单元的输出功率间歇性和负载功率变化随机性波动的情况,给电网稳定运行带来了较大挑战。将锂电池和超级电容通过高执行效能的能量管理策略集合成混合储能装置,则能够很好地解决这一问题。论文通过引入对两种储能装置的充放电过程协调控制的逻辑环节,设计形成完善的四级联动式能量管理系统,建立基于MATLAB/Simulink的太阳能空气动力艇电力推进系统和混合储能装置的能量管理系统的仿真模型,分别对混合储能装置的充放电功率响应、内部功率分配、状态参数控制以及辐照强度同步变化的过程进行数据分析。研究结果表明:混合储能装置充放电控制的最大超调量低于30%,对负载波动的最大调节响应时间小于2.5 s,锂电池持续放电输出功率波动小于5%、放电电压变化率在3.5%以内,超级电容器能够实现对负载功率波动高频分量的瞬时响应。     

船用燃料电池混合供电系统仿真与分析

针对船用燃料电池的供电问题,提出一种混合供电系统。建立以质子交换膜燃料电池堆(Proton Exchange Membrane Fuel Cell Stack, PEMFCs)为主,锂电池和超级电容(Ultra-Capacitor, UC)为辅的能源组成结构,构建PEMFCs-B-UC混合供电系统仿真模型,采用经典比例积分(Proportional Integral, PI)控制策略优化多源混合系统性能,合理分配能量功率。结果表明:PEMFCs-B-UC混合供电系统可通过能量管理策略实现各动力源之间的动态特性互补和协同响应,锂电池和超级电容迅速充、放电,可避免PEMFCs功率输出发生突变,满足在不同工况下船舶负载功率动态变化需求。     

超级电容渡船——城市内河交通新构想

提出了一种将超级电容与渡船相结合的构想,通过对超级电容的特性和渡船航行特点的介绍,诠释了超级电容渡船的内涵,并在这个基础上对其可行性及实用性进行了分析,具有一定的参考价值。     

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。     

基于循环寿命的船用锂电池组能量管理策略

为提高小型船舶上锂电池组的循环寿命,针对某类纯电动游览船的综合电力推进系统,基于能量守恒理论,建立船舶航行里程与电池剩余容量模型.综合考虑船舶航行里程、到达时间和锂电池循环寿命3者之间的关系,建立锂电池组老化模型,提出一种基于降低锂电池组老化速率和逻辑门限优化算法的锂电池组能量切换策略.仿真结果表明,在相同环境下,相比一般的充放电管理系统,采用该策略的锂电池组容量衰减量大大减少,减少的衰减量之差占原衰减量的比值可达69.8％,验证了该能量管理策略能较大地提高锂电池组循环寿命这一结论.     

电力推进船舶复合储能装置容量多目标优化

当船舶电力推进系统采用超级电容和蓄电池组成的复合储能装置来解决负载扰动带来的经济性及安全性问题时,复合储能装置的容量与船舶的稳定性和经济性息息相关。以某耙吸式电力推进挖泥船为对象,采用自适应惯性权重粒子算法与适应度值离差排序法相结合的方法对复合储能装置的容量进行多目标优化配置,并利用MATLAB进行复合储能装置容量的优化计算。     

基于超级电容的水下平台混合能源系统研究

针对燃料电池发电系统输出特性偏软,动态响应慢以及负载具有随机性、间歇性、波动性等问题,在水下平台混合动力系统中加入了超级电容。采用双向DC/DC变换器作为超级电容充放电主拓扑,设计了基于PI控制器的双闭环控制,实现了母线和超级电容之间能量的双向流动。运用PSIM软件对超级电容正常工作放电和充电2种工况进行仿真。仿真结果表明：通过双向DC/DC变换器可在系统重载时将超级电容存储的电能释放出来,在系统轻载、减速或制动等工况下降回馈再生电能存储至超级电容中,整个过程可以使大功率负载安全地接入系统,减小母线电压振荡,提高能量利用率。     

脉冲功率超级电容储能系统容量计算方法

为满足高功率、快速充放电应用场合对供电电源的要求,本文基于超级电容器的串并联,设计了一套大容量脉冲功率储能系统。从装置对能量和功率两方面的特殊需求展开分析和计算,提出了快速确定电容单体连接方式及求取系统总电容值的算法,在此基础上搭建了储能系统的等效电路模型,结合实际负载功率对储能系统的放电特性进行了分析和预测,仿真结果证明了该设计方案的有效性与可行性。     

新能源船舶混合储能系统关键技术问题综述

电力电子变换技术的不断进步为风能、太阳能和燃料电池等新能源技术在船舶中的应用起到了积极的推动作用,为平抑分布式发电装置间歇性和随机性电能输出与不同运行工况下船舶电气负荷持续稳定电能需求之间的矛盾,储能系统在新能源船舶电力系统的电源能量中继和功耗动态平衡过程中的调控作用显得尤为重要。特别是,储能系统必须同时具备高功率密度和高能量密度的特点,才能满足船舶电力系统中大功率异步电机频繁启动和电气负荷长时间不间断运行的需求。论文介绍了典型储能技术的技术特点,着重探讨集成蓄电池-超级电容的典型混合储能系统,对比分析了无源式和有源式混合储能系统结构的技术差异;从适用电网的不同运行模式(离网型和并网型)和不同优化策略(目标和方法)的角度,分别论述了混合储能系统的容量优化配置问题的解决途径;在此基础上,从能量型与功率型储能元件的匹配控制环节和变流器的运行控制环节,解析了混合储能系统的协调运行控制技术发展现状。     

基于切换系统的船舶电力推进储能系统建模与控制

为减小推进负载扰动对船舶电力系统的影响,提出一种由超级电容构成的储能系统吸收推进负载扰动的新方法.在建立储能系统等效电路的基础上,通过引入切换系统理论,构建储能系统双向DC-DC变换器的切换系统模型,构造Lyapunov函数,进而得到系统切换律.以动态定位船为例的仿真研究表明,超级电容储能系统能够吸收低负载时的船舶电网能量,并在高负载时释放,有效降低能耗,提高推进系统性能.     

基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理策略

[目的]针对舰船移动平台光伏系统的输出功率不稳定问题和负载突加/突卸所导致的功率波动问题,提出基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理策略。[方法]针对传统限值管理方法的不足,根据超级电容荷电状态所在的不同分区自适应调整滤波时间常数,从而实现混合储能系统功率的优化分配,同时分析各个变换器的控制策略和工作模式。[结果]Matlab仿真结果和工程测试结果表明:该能量管理方案和变换器控制策略可以有效地改善混合储能系统的过充或过放问题,不仅可以保证直流母线电压的稳定性,还可以提高系统的动态响应性和协调性。[结论]研究成果可为移动平台光伏系统的能量管理提供参考。     

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。     

起重机械势能及惯性能自循环回收利用

对起重机械势能及惯性能自循环回收利用进行研究,研制新一代起重机械能量回收装置,提出在传统的起重系统中增加节能系统。节能系统由能量管理单元和储能单元组成,采用自主研发的超级电容管理系统,实现超级电容的可靠充放电和起重机械势能及惯性能的高效回收。     

含大功率脉冲性负荷的船舶供电系统设计及研究

脉冲性负荷是一种功率波动明显、频率切换频繁的负载,而船舶电力系统的容量和惯性较小,容易受到负荷波动的影响。本文首先根据雷达的种类、功率,及其运行特性和影响,将其进行分类并梳理出相应的解决思路,对功率波动周期和占空比都不确定的脉冲负荷雷达进行研究。由于柴油机的调速特性和发电机的调压特性都跟不上负荷频幅的波动,脉冲性负荷的工作会给船舶电力系统造成恶劣的影响,本文设计了一种含电容储能的脉冲性负荷供电系统,并完成储能电容参数的计算,结合柴油发电机组固有机械储能特性优化配置电容储能的容量。通过仿真验证了该供电系统在雷达多种典型工况下,直流母线电压的波动满足相关指标要求,网侧输入功率平滑稳定,且网侧电压谐波小于2%,满足负荷供电需求及舰船电网抗负载冲击的要求。研究结果对脉冲负载在舰船电力系统中的应用及其设计方面具有一定的指导意义和参考价值。     

锂电池储能系统在绞吸挖泥船的应用分析

对国内主流的绞吸挖泥船按照动力系统配置特点进行分类,对各类典型船舶从动力系统与锂电池储能系统应用结合方面开展相关研究,分析各类绞吸挖泥船与锂电池储能系统应用结合的可行性,为后续实船与锂电池储能系统的应用结合提供依据。