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新能源船舶混合储能系统关键技术问题综述 被引量:27
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作者 孙玉伟 胡克容 +3 位作者 严新平 汤旭晶 袁成清 潘鹏程 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2018年第1期226-236,共11页
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... 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。 展开更多
关键词 新能源船舶 混合储能 系统构架 容量配置 协调控制
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船舶余热利用sCO_2布雷顿循环发电技术综述 被引量:13
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作者 严新平 王佳伟 +3 位作者 孙玉伟 袁成清 汤旭晶 耿海鹏 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期939-946,共8页
在船舶动力系统能量转换和利用过程中,实现烟气余热的最大效率回收是降低船舶能效设计指数(EEDI)的有效途径。超临界二氧化碳(sCO_2)发电系统在船舶余热循环利用方面所具有的技术优势已引起全球船舶行业的高度关注,而如何将其与船舶动... 在船舶动力系统能量转换和利用过程中,实现烟气余热的最大效率回收是降低船舶能效设计指数(EEDI)的有效途径。超临界二氧化碳(sCO_2)发电系统在船舶余热循环利用方面所具有的技术优势已引起全球船舶行业的高度关注,而如何将其与船舶动力系统有机集成并实现高效、稳定联合循环运行发电,正是当前制约该新型技术实船应用的瓶颈。概述了sCO_2布雷顿循环发电的基本原理、典型技术特点及循环结构,分析了国内外研究机构针对sCO_2发电系统在船舶余热循环利用方面的研究现状,探讨了现阶段面向船舶主机余热发电工程化应用所存在的关键技术问题,从而为推进sCO_2布雷顿循环发电技术在船舶烟气余热回收利用领域的基础理论研究和工程方案设计提供理论参考。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 布雷顿循环 发电系统 船舶 余热回收 能效设计指数
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船舶烟气余热S-CO_(2)布雷顿循环发电技术发展分析与评述 被引量:5
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作者 孙玉伟 卢明剑 +3 位作者 危卫 袁成清 汤旭晶 严新平 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期254-265,共12页
船舶主机烟气余热利用是实现化石燃料高效利用和减少全船废气排放的重要途径。超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术以其具有的环境友好、热效率高、结构紧凑、低噪声和经济性等特点,在核能和太阳能发电领域已有广泛的应用研究,而其在烟气... 船舶主机烟气余热利用是实现化石燃料高效利用和减少全船废气排放的重要途径。超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术以其具有的环境友好、热效率高、结构紧凑、低噪声和经济性等特点,在核能和太阳能发电领域已有广泛的应用研究,而其在烟气余热利用方面的潜能尚未有深入探索。论文在简要介绍超临界二氧化碳布雷顿循环基本原理及技术性能特点的基础上,梳理了其技术发展时间轴并对比了国内外相关研究工作的发展进程,详细探讨了面向实船集成应用所需解决的6个核心技术问题,并结合具体科研项目实践归纳了与之相应的研究要点,可为开展相关研究工作的科研人员提供理论参考。 展开更多
关键词 船舶 烟气 余热利用 超临界二氧化碳 布雷顿循环
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太阳能船舶技术应用现状及展望 被引量:20
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作者 严新平 孙玉伟 袁成清 《船海工程》 北大核心 2016年第1期50-54,60,共6页
以太阳能船舶为对象,分析船基太阳能光伏系统的应用模式,介绍不同类型太阳船舶的技术发展现状,针对不同适用对象对其应用趋势进行展望。
关键词 船舶 太阳能 光伏 离网 并网
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并网型交直交电源对船舶电力系统暂态稳定性影响的仿真分析 被引量:1
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作者 孙玉伟 刘勇 +2 位作者 吴健 袁成清 汤旭晶 《上海海事大学学报》 北大核心 2023年第4期104-110,共7页
为解决故障扰动对集成并网型交直交电源的船舶电力系统暂态稳定性的不确定性影响问题,在电力系统计算机辅助设计(power system computer aided design,PSCAD)软件中构建集成并网型交直交电源的船舶交直流混联电力系统仿真模型,以电力系... 为解决故障扰动对集成并网型交直交电源的船舶电力系统暂态稳定性的不确定性影响问题,在电力系统计算机辅助设计(power system computer aided design,PSCAD)软件中构建集成并网型交直交电源的船舶交直流混联电力系统仿真模型,以电力系统电压、频率以及功角稳定理论为基础,探讨短路故障和突变负载扰动时的电力系统特征参数变化规律,分析短路故障和突变负载扰动时虚拟惯量对系统频率稳定性的支撑作用。结果表明:短路时的系统特征参数变化更剧烈,突变负载扰动时的电压波动为短路时的18.2%;突变负载扰动时虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略下功率仅需1.1 s稳定,恒功率控制策略下始终不稳定;当虚拟惯量为2 kg·m 2时VSG控制策略能够为系统提供-1.750~2.297 kW的惯量支撑功率。该研究结果可为并网型交直交电源在船舶电力系统中的应用提供理论指导。 展开更多
关键词 船舶电力系统 并网型交直交电源 暂态稳定性 虚拟同步发电机 虚拟惯量
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光伏渗透率对船舶光伏系统电能质量的影响 被引量:7
6
作者 邱爰超 袁成清 +2 位作者 孙玉伟 汤旭晶 严新平 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1532-1538,共7页
为了研究光伏渗透率对船舶并网光伏电力系统电能质量的影响,采用PSCAD/EMTDC软件平台参照远洋滚装船"中远腾飞"轮并网型光伏系统进行电力系统建模仿真研究,并设定8个不同等级光伏渗透率,对比分析光伏并网切入和离网切出工况... 为了研究光伏渗透率对船舶并网光伏电力系统电能质量的影响,采用PSCAD/EMTDC软件平台参照远洋滚装船"中远腾飞"轮并网型光伏系统进行电力系统建模仿真研究,并设定8个不同等级光伏渗透率,对比分析光伏并网切入和离网切出工况对并网电力系统暂态的电能质量。光伏并网切入对电力系统电压和频率的扰动作用显著强于其离网切出过程,且随着光伏渗透率的提高呈增长趋势。研究结果表明:该研究工作对于深入探索光伏系统与船舶电力系统并联运行的临界条件、暂态和静态稳定性以及整个电力系统的可靠性具有重要的理论指导价值。 展开更多
关键词 船舶工程 绿色船舶 船舶电力系统 光伏系统 电能质量 PSCAD/EMTDC 电压偏差 频率偏差 最大单次谐波含量 总畸变率
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基于集成高效热能发电系统的船舶Attained EEDI及燃油消耗量分析 被引量:10
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作者 袁成清 潘鹏程 +3 位作者 孙玉伟 严新平 张彦 汤旭晶 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2018年第1期197-206,共10页
为满足国际海事组织(IMO)关于船舶能效设计指数(energy efficiency design index,EEDI)的强制要求,各国已开始探索高效热能发电技术在船舶能源系统中的集成和应用,以期通过对船舶主动力装置余热进行回收利用,实现降低EEDI、减少燃油消... 为满足国际海事组织(IMO)关于船舶能效设计指数(energy efficiency design index,EEDI)的强制要求,各国已开始探索高效热能发电技术在船舶能源系统中的集成和应用,以期通过对船舶主动力装置余热进行回收利用,实现降低EEDI、减少燃油消耗量和控制废气排放量的目标。论文以超临界二氧化碳布雷顿循环(S-CO_2 Brayton cycle,S-CO_2 BC)发电系统、有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)余热发电系统、卡琳娜循环(Kalina cycle,KC)余热发电系统和动力涡轮(power turbine,PT)余热发电系统为具体研究对象,分别就单一新型动力循环发电系统和组合型高效热能发电系统在某型2500TEU支线集装箱船中集成,对船舶达到的能效设计指数(attained EEDI)和燃油消耗量折减进行计算分析。结果表明:采用超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统取代1台船舶辅机,并与有机朗肯循环、卡琳娜循环及动力涡轮等新型动力循环余热发电系统构成组合型高效热能余热发电系统技术方案,可实现船舶达到的能效设计指数EA与没有应用任何高效热能发电系统技术方案的指数相比下降33.28%;单一应用有机朗肯循环余热发电技术对减少船舶燃油消耗量的贡献显著,燃油节省率可达到5.99%。这项研究工作可为在船舶上集成应用高效热能发电技术提供理论参考依据。 展开更多
关键词 船舶余热利用 高效热能发电 达到的能效设计指数(attained EEDI) 燃油消耗量
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24脉波移相整流变压器技术研究综述 被引量:6
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作者 孙玉伟 潘天雄 +3 位作者 严新平 袁成清 汤旭晶 潘鹏程 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2019年第3期438-442,共5页
在解决大功率电力系统整流谐波问题方面,多脉波整流技术因其谐波抑制率高、设备成本低和运行可靠性高而具有显著优势.然而,随着电力系统的谐波控制标准不断提升,特别是在解决城市轨道交通直流牵引供电系统谐波方面,传统的12脉波整流器... 在解决大功率电力系统整流谐波问题方面,多脉波整流技术因其谐波抑制率高、设备成本低和运行可靠性高而具有显著优势.然而,随着电力系统的谐波控制标准不断提升,特别是在解决城市轨道交通直流牵引供电系统谐波方面,传统的12脉波整流器难以有效解决输出高品质稳定直流电的问题.在介绍24脉波整流技术的原理及分类的基础上,分别就基于隔离型、自耦型、直线式和圆形变压器的24脉波整流器移相变换原理、拓扑结构及性能特点进行了对比分析,探讨了柱式、直线式和圆形移相变压整流器在铁磁结构、绕组布设和匝数计算等方面的差异. 展开更多
关键词 24脉波整流器 谐波 自耦变压器 圆形变压器 直线式变压器
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空气动力艇回转式推进装置的动力学特性 被引量:3
9
作者 孙玉伟 王东辉 +2 位作者 向家涛 汤旭晶 赵晓兴 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2017年第11期30-34,共5页
依据动力学特性设计一种新型空气动力艇回转式推进装置,通过简化流场模型和分析对称翼形受力计算空气螺旋桨推力和舵板受力,对比传统推进装置和回转式推进装置在不同转向角和螺旋桨转速条件下的动力学特性差异,并引入增值系数K对转向性... 依据动力学特性设计一种新型空气动力艇回转式推进装置,通过简化流场模型和分析对称翼形受力计算空气螺旋桨推力和舵板受力,对比传统推进装置和回转式推进装置在不同转向角和螺旋桨转速条件下的动力学特性差异,并引入增值系数K对转向性能进行分析。研究结果表明:小偏转角下传统推进装置的推进和转向性能较好,但大偏转角下回转式推进装置的推进和转向性能要优于传统推进装置,且转速越高转角越大,其性能优势越明显。 展开更多
关键词 空气动力艇 空气螺旋桨 回转式推进装置 动力学特性 增值系数
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船舶舵机系统全寿命周期智能化及其理论体系 被引量:1
10
作者 孙玉伟 程凯 +2 位作者 袁成清 白秀琴 汤敏 《船海工程》 北大核心 2021年第4期58-62,共5页
分析船舶舵机系统技术发展现状与挑战,建立以基础技术和标准体系为支撑的涵盖系统层、设备层,以及数据采集层的船舶舵机系统智能化体系架构;提出包括用户智能化需求分析、系统级设计、实验调试,以及智能化运维管理4个阶段的技术路线;梳... 分析船舶舵机系统技术发展现状与挑战,建立以基础技术和标准体系为支撑的涵盖系统层、设备层,以及数据采集层的船舶舵机系统智能化体系架构;提出包括用户智能化需求分析、系统级设计、实验调试,以及智能化运维管理4个阶段的技术路线;梳理实现舵机系统智能化的关键技术。 展开更多
关键词 船舶舵机 全寿命周期 体系架构 智能集成平台
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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 被引量:3
11
作者 孙玉伟 赵晓兴 +4 位作者 尹翔 刘邓华 姜坤 潘鹏程 胡克容 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期188-199,共12页
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... 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。 展开更多
关键词 空气动力艇 混合储能装置 能量管理 锂电池 超级电容器
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离网型太阳能光伏系统在内河滚装船上的应用 被引量:6
12
作者 孙玉伟 严新平 +1 位作者 袁成清 汤旭晶 《船舶工程》 北大核心 2016年第8期22-26,共5页
太阳能光伏技术的不断进步正在为太阳能船舶的快速发展提供新的契机。在船舶平台上应用太阳能光伏系统最为核心的环节是在不改变常规船舶电力系统既有架构的基础上,集成整套光伏系统设备并能够始终高效利用光伏电能。针对长江航线上营... 太阳能光伏技术的不断进步正在为太阳能船舶的快速发展提供新的契机。在船舶平台上应用太阳能光伏系统最为核心的环节是在不改变常规船舶电力系统既有架构的基础上,集成整套光伏系统设备并能够始终高效利用光伏电能。针对长江航线上营运船舶绿色化和节能减排的实际需求,设计了首套应用于JD800PCC-4#内河商品汽车滚装船的船基离网型太阳能光伏系统并投入实际运行。实船运行监测数据表明,该套系统中各设备之间的技术参数设计合理,各项技术指标满足船级社规范要求。光伏系统设备与蓄电池储能装置自动匹配运行,能够实现所供照明负载24 h不间断运行,通过最大程度上利用太阳能光伏电可以实现日均节能约120 k Wh,且能够在不同运行模式下安全、可靠地切换运行。 展开更多
关键词 船舶工程 滚装船 太阳能 光伏系统 离网
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舰船汽轮主机转速的模糊自适应PID控制 被引量:1
13
作者 黄武 张晓东 +2 位作者 汤旭晶 汪恬 袁成清 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2018年第5期63-67,共5页
引入模糊自适应PID算法,在ABB AC800M DCS平台完成模糊PID控制器的设计,在AMESim和Simulink中实现液压伺服系统和汽轮主机本体的建模,搭建硬件在环(Hardware in the Loop,HIL)系统,以验证汽轮主机转速模糊自适应PID控制的性能。最后,将... 引入模糊自适应PID算法,在ABB AC800M DCS平台完成模糊PID控制器的设计,在AMESim和Simulink中实现液压伺服系统和汽轮主机本体的建模,搭建硬件在环(Hardware in the Loop,HIL)系统,以验证汽轮主机转速模糊自适应PID控制的性能。最后,将其与常规PID控制进行比较,结果表明模糊自适应PID有更好的鲁棒性,可显著减小汽轮主机转速调节的超调和振荡。 展开更多
关键词 汽轮主机 转速控制 模糊自适应PID
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自主水下航行器摆翼发电装置设计与仿真
14
作者 朱风绅 赵江滨 +2 位作者 魏祥庆 周建林 王宇宫 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2021年第3期83-90,共8页
针对自主水下航行器的发电系统,设计3种适用于摆翼发电装置的传动方案,并选出最佳方案。采用仿真软件STAR-CCM+对自主水下航行器在波面收集波浪能量进行仿真,获取发电系统的动力输入数据。设计换向增速齿轮箱,并采用软件ADAMS对齿轮箱... 针对自主水下航行器的发电系统,设计3种适用于摆翼发电装置的传动方案,并选出最佳方案。采用仿真软件STAR-CCM+对自主水下航行器在波面收集波浪能量进行仿真,获取发电系统的动力输入数据。设计换向增速齿轮箱,并采用软件ADAMS对齿轮箱进行仿真,以验证其工作原理。将波高0.5 m、波长5 m海况下的工作数据导入ADAMS中,获取动力输出数据。选择适合自主水下航行器的发电机,通过参数匹配得到发电系统的平均功率。 展开更多
关键词 自主水下航行器 波浪能 传动方案 水动力仿真 齿轮箱设计
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热源变化影响下S-CO_(2)布雷顿循环动态分析
15
作者 刘小华 孙玉伟 刘阜林 《中国修船》 2022年第1期49-52,59,共5页
文章基于能量守恒微分方程建立了改进的S-CO_(2)再压缩布雷顿循环动态模型,分析了船舶烟气温度和流量的变化对循环系统的动态响应。研究结果表明,热源温度和流量的降低导致循环系统的输出功以及循环效率降低;相对于热源流量,热源温度对... 文章基于能量守恒微分方程建立了改进的S-CO_(2)再压缩布雷顿循环动态模型,分析了船舶烟气温度和流量的变化对循环系统的动态响应。研究结果表明,热源温度和流量的降低导致循环系统的输出功以及循环效率降低;相对于热源流量,热源温度对循环系统的影响较大。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 布雷顿循环 动态分析
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基于船-机-桨模型的船舶应急换向控制研究
16
作者 汤旭晶 杨紫薇 +3 位作者 汪恬 汤文军 孙玉伟 盛晨兴 《武汉理工大学学报》 CAS 北大核心 2018年第5期32-37,共6页
中速柴油主机动力船舶通常采用应急换向快速制动避险,目前一般采用时间或转速等经验原则控制换向,但易造成主机焖熄或倒车响应不及时等问题。据此提出了一种基于船-机-桨模型的应急换向控制方法,由主机、螺旋桨和船体的推力耦合特性、... 中速柴油主机动力船舶通常采用应急换向快速制动避险,目前一般采用时间或转速等经验原则控制换向,但易造成主机焖熄或倒车响应不及时等问题。据此提出了一种基于船-机-桨模型的应急换向控制方法,由主机、螺旋桨和船体的推力耦合特性、船型和动力装置技术参数建立船-机-桨数学模型,并引入正车脱排后螺旋桨阻转矩时域值,当主机合排转矩能克服螺旋桨阻转矩及轴桨惯性阻力时,由模型计算输出换向合排标志控制应急换向。Matlab/Simulink仿真验证表明基于船-机-桨模型的应急换向控制方法可显著缩短紧急制动时间和距离。 展开更多
关键词 船-机-桨 应急换向 MATLAB/SIMULINK 控制方法
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