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。     

舰船消磁系统综述

为使消磁时消磁线圈上的能量能够回馈到消磁电源、提高能源利用率,提出基于超级电容和锂电池混合供电的消磁电源控制策略。

通过研究消磁线圈强耦合工况下的电气特性,引入超级电容和锂电池混合供电的消磁电源系统。将消磁线圈电流的变化分为上升、保持、下降（能量回馈）3个阶段,在消磁线圈电流变化的不同阶段,控制相应功率器件的开通和关断。借助Matlab/Simulink进行仿真,分析仿真结果,以验证基于超级电容和锂电池混合供电系统的能量回馈控制策略的可行性。

仿真结果表明,流经各消磁线圈的总电流值可以快速上升至消磁额定电流值,并稳定在额定值附近,且超调量较小。

超级电容和锂电池混合供电的消磁电源系统能够将消磁线圈上的能量回馈至超级电容中,减少整套消磁系统的能源损耗。

     

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。     

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。     

我国舰船中压直流综合电力系统研究进展

  目的  针对舰船综合电力系统中的分布式混合储能系统（HESS）,为实现多个HESS之间的相对一致性,以及单个HESS内部超级电容储能与电池储能之间的合理功率分配,提出一种基于储能装置荷电状态（SOC）的多HESS协同控制方法。  方法  单个HESS的控制外环将采用下垂控制方法来实现功率的初始分配,而内环稳压控制则采用主从控制模式,以减少各HESS之间的通信需求。鉴于超级电容动态响应快,但容量偏小、电池储能容量较大的特点,在单个HESS内部,基于超级电容的SOC值计算电池的输出功率;在多个HESS之间,基于内部电池的SOC值计算每个HESS的充/放电总功率。  结果  通过PSCAD/EMTDC仿真,在舰船高能负载投切和随机波动工况下,验证了多HESS的放电响应特性。在充、放电模式变换工况下,母线电压波动处于2.5%的偏移允许范围之内;超级电容SOC控制在上限和下限之间,且基本维持了2个超级电容单元SOC的一致性;在充、放电模式下,锂电池均仅在超级电容受限时工作。  结论  在不依赖高、低通滤波单元的前提下,多混合储能协同控制方法具有较好的母线电压稳定能力和较强的鲁棒性。     

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。     

基于荷电状态的复合储能系统功率分配方法

目前复合储能系统的功率分配普遍采用基于功率直接分解的方法,此方法忽略了电量的累积效应,无法直接控制储能装置的状态。针对该问题,本文提出基于荷电状态的复合储能系统功率分配方法。该方法省略功率分解环节,直接构造功率指令与荷电状态之间的函数关系,并以此为基础同时控制瞬时变量（功率）和时间累积变量（荷电状态）,从而使系统中的各储能装置在各时间尺度上均能维持相对的能量平衡。以由超级电容和电池构成的复合储能系统为例,在Simulink仿真平台上建立仿真模型。对基于荷电状态的功率分配方法和滤波法进行了仿真对比,并且验证了结论的正确性。     

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.     

我国舰船中压直流综合电力系统研究进展

  目的  为了抑制大功率脉冲性负载接入舰船中压直流（MVDC）电力系统时的母线电压大范围跌宕现象,同时将母线电压维持在安全裕度内,混合储能系统（HESS）成为解决此类问题的首选方案,而舰船MVDC系统的混合储能管理策略对HESS能量利用效率的影响很大。  方法  基于此,首先分别设计PI控制器和模糊逻辑控制器,用以预测HESS的参考功率,从而满足负载功率需求。然后,对比分析这2种控制方法,针对锂电池组和超级电容器组之间的能量不均衡问题,设计第2级模糊逻辑控制器进行功率再分配。最后,建立MVDC系统、HESS、恒功率负载和脉冲负载的Matlab/Simulink模型,开展仿真分析。  结果  仿真结果表明：模糊逻辑控制器和PI控制器能够根据MVDC的系统状态进行功率预测,且模糊逻辑控制策略优于PI控制策略;第2级模糊逻辑控制器能够根据锂电池组与超级电容器组之间的荷电状态,合理地进行功率再分配。  结论  舰船MVDC系统的混合能量管理策略可以维持系统的功率平衡,平滑抑制母线波动,从而提高系统稳定性和生存能力。     

论绿色航运双燃料电力推动船舶的发展

  目的  针对船舶发电微电网的功率波动平抑问题,提出一种锂电池储能系统（ESS）容量配置的多目标优化方法。  方法  首先,建立以储能系统成本、电网功率波动平抑、能量供求平衡为目标函数的优化设计模型;然后,针对模型优化,设计基于分解的多目标差分进化算法（MOEA/D-DE）的求解方法,并以某双燃料（柴油−天然气）电力推进船舶微电网为对象,使用Matlab编程求得最优解集,按照子目标函数的不同权重分配进行多属性决策;最后,得到不同权重分配方案的最优解。  结果  仿真得到的5种方案的结果都满足功率波动平抑的目标,且成本和储能系统寿命损耗目标受权重分配的影响明显,实现了预期效果。  结论  所提方法对船舶锂电池储能系统容量配置具有参考意义。     

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]...