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.     

基于飞轮储能的船用燃机直流微电网大功率负载响应特性

为充分利用飞轮储能对船舶直流微电网功率补偿的优势,弥补燃气轮机发电系统输出功率调节响应慢的不足,对船用燃机直流微电网大功率负载下的飞轮储能系统控制策略和电网响应特性进行研究。本文基于100 kW实装微型燃气轮机发电机组,建立了包括燃气轮机、发电机、飞轮储能系统的船舶直流微电网模型,并在有无飞轮储能系统的情况下,分别突加、突卸40%、60%、80%额定功率负载,详细分析不同负载模式下直流母线电压、发电机转速和飞轮转速的变化特性。结果表明,所提出的飞轮储能系统控制策略可以及时补偿大功率负载冲击下发电机和负载之间功率不平衡,防止母线电压和同步发电机转速波动过大,有效提升微型燃气轮机发电系统的电能质量和稳定性。     

长江车客渡船全电力推进关键技术研究

针对长江车客渡船采用全电力推进方式中的重点问题,通过对电站设计、谐波抑制、配电电压、电能管理、储能单元等关键性技术研究,提出了车客渡船电力推进系统各模块的特点和选型原则,并分析了带储能单元电力推进系统的特点,认为现阶段适宜采用技术成熟的柴-电推进形式,而带有储能单元的电力推进模式将是车客渡船未来的发展方向。     

基于H∞鲁棒控制的船用混合储能双向DC-DC变换系统设计

双向DC-DC变换系统是为实现船舶混合储能中不同类型储能元件间匹配控制和能量管理必要的执行机构。针对传统DC-DC控制策略的混合储能系统存在较大程度的参数摄动和负载干扰的问题,引入H∞鲁棒控制策略,从而弥补传统控制策略的缺陷;运用Matlab/Simulink软件搭建船用混合储能双向DC-DC变换系统仿真模型,开展有功负荷突增突卸和系统响应特性试验。结果表明:采用该策略能有效提升混合储能系统平抑冲击负荷的动态性能,充分发挥混合储能系统内储能元件各自的优势,延长系统使用寿命。     

船舶脉冲负载与储能技术概述

分析介绍了船舶脉冲负载的相关标准,总结了国内外脉冲负载的主要类型。着重介绍了由脉冲负载所推进的船舶储能技术的发展,比较了电池、超级电容和飞轮储能三种储能方式的各自优缺点,提出了根据实际需求使用多方式混合储能的建议。     

锂电池/超级电容器在电力推进船舶中的应用综述

针对电力推进船舶面临的由负载波动带来的难题,提出了在船舶电力推进系统中加入储能单元的解决办法。比较了常见储能元件的特性,阐述了船用锂电池和超级电容器技术发展的现状,分析了两者的应用前景。提出了含混合储能系统的电力推进船舶交流母线和直流母线的两种拓扑结构并说明了各自的优缺点及应用中所面临的问题,为后继开展更为深入的研究提供借鉴与参考。     

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。     

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。     

A review of shipboard large-scale energy storage systems北大核心CSCD

储能系统是船舶中的重要设备,可为各类船舶负荷提供能源。随着电力推进技术的成熟,全电船舶已成为未来船舶设计的主要方向。在此背景下,储能系统将由主要为辅助负荷供能逐步发展到为多类型船舶负荷供能,特别是作为船舶动力系统的重要组成部分与各类船舶主/辅机配合,在满足船舶各类负荷需求的前提下提高船舶的经济/环保特性。功能角色的转变加速了大规模储能系统接入船舶,带来了储能系统的状态估计、能量管理、优化规划等一系列问题。首先,对目前的储能技术进行分类;然后,介绍典型全电船舶的分类方法并指出储能系统的应用场景;最后,提出大容量储能系统接入船舶后带来的若干亟待解决的技术问题,即船舶储能系统分布式控制、船舶储能系统适应性规划与优化,以及船舶储能系统状态评估。所做研究可为未来大规模储能系统在电力化船舶上的应用研究提供参考方向。     

飞轮储能系统建模与仿真研究

为研究独立电力系统采用飞轮储能系统对大功率脉冲负载的供电性能,本文在分析了飞轮储能系统工作原理基础上,对飞轮储能系统建模与仿真开展了研究。采用了PSCAD/EMTDC软件搭建按照其实际组成搭建了SPWM控制的变流器及触发控制信号仿真模型,利用具有大转动惯量、小摩擦系数和小阻力转矩的负载模拟飞轮转子,建立了飞轮储能系统的全系统模型。通过对建立的模型进行仿真,给出了飞轮储能系统在储能状态、放能状态及两者之间的转换过渡时刻的转速、转矩、电流及母线直流电压响应曲线,深入分析表明,该仿真结果与理论完全一致,证明了飞轮储能负载的仿真模型是正确有效的。研究的相关结论可用于相关电力系统供电稳定性的仿真设计。