船舶混合动力系统能量管理预测控制方法研究

针对混合动力系统控制稳定性和节能减排问题,明确模型预测控制在船舶能量管理中的作用、研究现状及趋势。借助CiteSpace对船舶能量管理进行可视化分析,理清了船舶能量管理的发展脉络,并通过不同能量管理策略的对比分析揭示模型预测控制在船舶能量管理中的重要性;从预测建模、优化目标及约束、求解和改进策略等3个方面开展了船舶能量管理预测控制方法的分析;最后从考虑可再生能源的能量管理策略、建模与验证的标准化、协同优化和多维度评估等方面对船舶能量管理预测控制的未来研究进行展望。结果表明:模型预测控制在智能船舶、多能源船舶等复杂的动力系统的实时控制中具有重要潜力。与其他算法结合开展多目标算法融合是提升控制精度和计算实时性的重要途径,开展多维度测试评估有利于推动策略的实船应用。

燃料电池船舶混合动力系统能量管理研究综述

在“双碳”目标下,发展燃料电池船舶是实现航运业转型升级和低碳化的重要发展方向之一。面对当前燃料电池上船的诸多问题,混合动力系统成为燃料电池船舶应用的有效解决方案,其能量管理的研究也成为核心研究方向之一。系统梳理燃料电池船舶的发展概况,针对燃料电池船舶多类型能源能量管理中涉及的能量调度问题以及变换器功率分配问题进行综述;分析各类方法的优缺点及其在实船上应用的可能性;探讨燃料电池船舶推广可行性和发展方向,以期能为技术创新和工程应用提供参考。

基于不同动力集装箱船的支线运输综合调度优化

在“双碳减排”战略和绿色航运背景下,为了对使用不同动力集装箱船的支线运输进行调度优化,以LNG动力船和燃油动力船为例,引入模糊时间窗刻画货主满意度,同时考虑支线船舶运输容量、港口限制时间等实际约束条件,综合考虑运输成本、货主满意度和碳排放量,构建了一种基于不同动力船型的混合整数规划模型。结合问题特征设计混合遗传算法进行求解,通过引入局部搜索策略提高求解质量,测试算例表明设计的混合遗传算法与最优解的平均误差为1.4%,案例计算结果表明:与遗传算法相比,混合遗传算法的收敛速度和寻优能力更强,可降低运输成本29 520元,减少碳排放38.474 t。可见,基于局部搜索的混合遗传算法的求解精度明显优于传统遗传算法,说明在实际应用中该方法可以实现船舶调度优化;同时与燃油动力船相比,使用LNG动力船可以实现降低运输成本和减少碳排放的目标。

舰船综合电力系统研究进展与应用建议

该文概述舰船综合电力系统(integrated power system,IPS)的原理、组成、分类、特点与技术难点,介绍国内外工程研制情况,综述集成设计、大容量直流源及其并联组网控制、大容量直驱式电力推进、直流大电流开断保护、电力电子静止电源、高密度储能、智能化能量管理等7项共性技术及我国技术研究突破情况。针对IPS在民用新能源船舶、电动及混动飞机、轨道交通、海上能源高效利用等推广应用实际需求,给出系统推荐方案,并提出各应用场景下还需重点研究的内容,旨在为IPS在多领域推广应用提供参考。

基于庞特里亚金极小值原理的柴电混合动力船舶能量管理策略

提升混合动力船舶的能源利用率,制定合适的能量管理策略以实现功率合理分配、减小船舶燃油消耗、节约成本,是混合动力船舶的亟需解决的关键技术问题。本文基于Matlab/Simulink仿真建模软件,建立对象船舶的动力系统仿真模型,研究不同功率需求下对柴油发电机和超级电容的控制要求。考虑动力源特性和船舶功率需求,本文提出了一种基于庞特里亚金极小值的能量管理策略对目标船舶进行合理的功率分配。仿真结果表明:基于庞特里亚金极小值原理的能量管理策略能够优化船舶柴油机组原动机的工作状态,使其在比油耗较低的点工作。在该策略的控制下,航行工况内的柴油发电机组原动机平均比油耗为207.2 g/(kW·h),总燃油消耗量为204.1 kg。本文方法不仅对船舶减小燃油消耗具有积极的作用,同时对提高船舶运行经济性具有重要意义。

基于自适应扰动鲸鱼优化算法的混合动力能量管理策略研究

为了使船舶混合动力系统动力性和经济性双向平衡与提升,本文提出一种基于改进鲸鱼优化算法用于解决混合动力系统最佳功率分配的能量管理策略。针对天然气发动机动力响应和转速跟踪差的问题,利用等效燃料极小值算法中的最小化燃料原理扩充了性能指标函数,增加了抑制天然气发动机频繁波动工作和功率及时跟踪的加权项。针对鲸鱼优化算法易陷入局部最优问题,引入粒子群优化算法,开发了自适应扰动鲸鱼优化算法。仿真试验结果表明:基于自适应扰动鲸鱼优化算法的能量管理策略可以实现5%~8%的燃料节省且可大幅度提升动力跟踪性能,具有较好的鲁棒性。

LNG燃气混合动力船舶安全技术要点研究

液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)具有清洁无污染、便于存储、重量较小等优势,在混合动力船舶中较为多见,其理化性质的特殊性也要求重视安全管控。以LNG燃气混合动力船舶安全风险为切入点,在此基础上,分析其安全技术要点与实现方法,包括建立实时监控机制、重视应急系统设计、加强安全系统敏感性等,为LNG燃气混合动力船舶安全控制工作提供服务。

混合动力船舶能量管理优化技术及趋势

为了在全球生态保护意识提升和能源安全需求上升的大环境中,有效减少船舶行业碳排放,以缓解转型压力。通过剖析混合动力船舶的能量管理系统优化技术,包括储能装置设计、能量控制系统开发,以及动力系统集成和操作策略;并强调了智能能量管理策略在储能系统优化、能量转换与传输控制以及实时监测和预测方面的应用。然后评价了多种储能装置对船舶性能的作用,并根据化学、物理、电磁储能技术的独特属性进行综合运用。进一步通过案例分析验证了混合动力系统在直流与交流电网应用的可行性,证明了动力配置的优化和系统结构设计的效果。研究结果显示,储能装置能有效平衡能量波动、提高能效,并在紧急状态下充当备用电源,从而提升了系统的稳定性和安全性,同时也可证实混合动力船舶及其能量管理技术的广泛应用前景。

内河混合动力船舶智能能效管理系统研制及应用

以7500吨级混合动力散货船为研究对象,开发一套适用于内河混合动力船舶的智能能效管理系统,通过采用能效评估算法和灰盒航速优化算法,实现能效分析评估功能和航速优化功能,并提供燃料信息管理和报告管理等辅助功能。在实船应用中经过模型训练和运营测试验证,该系统能够为船舶提供有效的航速优化建议,降低3.07%的油耗。

混合动力船舶双向充电装置高性能控制策略

充电装置作为混合动力船舶最重要的组成之一,保证了系统主交流电网与主电池之间的能量转换。因此,研究其控制策略以及充电效率等问题对今后混合动力船舶的发展具有重要的指导意义。基于此,本文首先针对混合动力船舶充电装置的电路拓扑进行了分析。其次,重点对系统中不同工作模式的控制策略进行了研究,在充电和馈网模式下,提出了一种基于三相PWM整流器的预测直接功率控制的新型整体控制策略,对传统的控制策略进行了改进,简化充电/馈网模式的控制策略并提高了充放电效率和集成度。最后通过Simulink软件的仿真平台以及样机实验平台,仿真和实验分析验证了所提出控制策略的有效性和准确性。

基于模型预测控制的混合动力船舶能量控制策略

为提高混合动力船舶的燃油经济性,选取马尔科夫模型对混合动力船舶需求功率进行预测。运用动态规划的方法以总油耗量最小为目标进行柴油发电机组和动力电池组功率分配优化,并将油耗量与基于模糊逻辑控制策略的油耗量作对比。仿真表明,采用所提出的控制策略时混合动力船舶的燃油经济性得到明显提高,说明基于马尔科夫模型的预测控制在混合动力船舶能量分配上是可行的,且具有良好的实用性。

船舶混合动力系统双向DC/DC变换器模糊PID控制

为提高船舶混合动力系统中双向DC/DC变换器的性能,通过分析混合动力系统工作模式,设计出船舶混合动力系统双向DC/DC变换器仿真模型.基于此,提出该变换器模糊PID控制方法.采用单个模糊PID补偿环节实现了Bi Buck/Boost DC/DC变换器的稳定输出.仿真结果表明:模糊PID控制能有效提高系统抗干扰能力,保证双向DC/DC变换器具有良好的动态性能和稳态性能.

混合动力船舶负载功率预测模型研究

为了实现混合动力船舶的各动力源之间的最佳负载功率分配,构建了一种基于多分辨率小波神经网络(MRA-WNN)的混沌时间序列短期预测模型。将小波函数与尺度函数共同应用于网络基函数之中,首先从较大尺度上逼近时间序列的整体趋势,然后根据负载功率波动的大小,在不同尺度上逐层加入细节逼近,提高预测精度。由多分辨率解确定小波基函数的平移和伸缩参数,并结合多分辨率学习算法,能减少训练参数,提高计算速度。实验结果表明,MRA-WNN具有较高的预测精度,是混合动力船舶负载功率预测的一种有效方法。

混合动力船舶电力推进试验平台设计

为满足混合动力船舶电力推进系统的开发与试验需求,搭建集柴电机组、锂电池组、光伏电池混合动力系统以及测功机控制器于一体的试验平台,给出试验平台的架构及其功能特点,提出一种混合动力能量管理控制策略。试验结果证明,该平台可以很好地满足船舶混合电力推进系统开发的试验研究需求,为在实验室环境下验证混合动力船舶电力推进系统的动力装置配置、结构优化和控制策略提供一个可靠、有效的测试平台。

混合动力电动船舶功率分配控制方法

混合动力电动船舶对于现有技术的纯电动船舶具有较好的续航能力,是未来船舶节能减排发展的过渡方案,其动力系统是柴油发电机组与锂电池组的直流并网结构;针对混合动力船舶直流配电系统对母线电压以及功率分配的控制要求,提出了一种混合动力电动船舶双功率源并网控制与功率分配方法;仿真结果表明该方法能有效实现双功率源直流并网,系统直流母线电压稳定,并能任意控制锂电池组输出功率,锂电池组输出电流稳定。

基于瞬时优化的船舶机电电机混合动力控制系统研究

能源紧缺一直是我国发展过程中难以解决的问题之一,与机动车相比,船舶运行耗能更严重。针对上述问题,设计基于瞬时优化船舶机电电机混合动力控制系统。由柴油机和发电机构成混合动力系统的硬件,利用模块分化的方法设计系统软件,并通过一个流程图说明软件实现流程。系统设计完成后,通过对比试验进行耗能效果验证,结果表明:混合动力控制系统较传统动力控制系统节约油耗5.5 L,证明其有效性。

动力锂电池与电力推进船舶发展分析

文章通过对主要类型锂离子电池技术指标和特性进行梳理,研究了锂离子电池的热管理技术、安全性、火灾消防技术等应用重点环节的技术要点,分析了锂电池在船舶动力系统中的作用及全电池动力系统和混合动力系统的技术特点,为应用锂电池的新能源船舶研发提供参考。最后介绍了目前国内外应用储能电池动力船舶的多个典型案例,简要阐述了各个案例中的船舶核心参数和主要特点,总结了当前电池动力船舶的主要应用船型、锂电池类型、应用市场及政策、规范现状,认为锂电池动力船舶的发展前景光明,但在相关政策和船舶规范研究方面尚需进一步完善。

船舶多清洁能源混合动力系统及其关键技术

近年来,船舶的绿色化与智能化引起了业界的广泛关注,混合动力船舶应用多种清洁能源,可有效地提高船舶的绿色化水平。通过多种船舶清洁能源应用技术,以及混合动力系统优化设计技术、建模与仿真技术、能量管理策略等方面的系统分析,论述了诸关键技术的国内外发展现状,提出了船舶多清洁能源混合动力系统所存在的不足与挑战,最终,对多清洁能源混合动力系统及其关键技术的未来发展与研究方向做出展望。

船舶交直流混合电力系统短路计算与仿真

近年来,船舶交直流混合电力系统的优越性越来越突出。为实现船舶交直流混合系统短路计算与仿真,文中以VC++6.0为平台编写软件程序,采用面向对象的程序设计思想,以模型为基础、以数据库为支撑,在已建立的船舶电力系统仿真平台基础上,通过分析计算各个电流源提供的短路电流,实现了船舶交直流混合电力系统任意点短路的可视化仿真计算,并通过实例验证了计算结果的准确性,该方法具有实际可行性。

超大型集装箱船电站功率系统构成

针对超大型集装箱船配置的主机和电站容量较大、世界各国对海洋及大气环境的保护程度日益提高的现状,为实现节能减排,对该型船电站的构成进行优化配置。阐述一种由柴油发电机、轴带发电机(兼电动机)、蒸汽透平发电机和废气增压发电机组成的组合动力电站,并对此类电站的功率管理系统的控制逻辑进行分析。通过设计该组合动力电站,为超大型集装箱船的电站设计提供一种绿色节能的选择。