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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

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哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：郭晓东袁裕鹏童亮武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉理工大学船海与能源动力工程学院国家水运安全工程技术研究中心武汉理工大学交通与物流工程学院中国远洋海运集团有限公司院士工作站

为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... 详细信息

为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。所述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。

关键词：混合动力船舶柴电混合能量管理控制策略船舶动力系统逻辑门限值庞特里亚金极小值原理优化控制燃油消耗

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混合动力船舶双向充电装置高性能控制策略

船电技术 2024年第5期44卷 1-8页

作者：王孙清郑恒持于朝孔昕张炜李彬彬中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 深海技术科学太湖实验室江苏无锡214082 深海载人装备全国重点实验室江苏无锡214082

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... 详细信息

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。

关键词：混合动力船舶充电装置充电/馈网模式预测直接功率控制

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混合动力船舶模式切换过程力矩协调控制

中国机械工程 2017年第23期28卷 2859-2867页

作者：朱剑昀陈俐彭程上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

针对混合动力船舶的模式切换过程中可能出现的扭转波动,传动轴剧烈冲击和离合器过度磨损问题,提出基于模型参考控制(MRC)的力矩协调控制策略。首先建立动力传动系统动力学模型,基于此推导出电机单独推进模式的动力学模型,并作为参考模型... 详细信息

针对混合动力船舶的模式切换过程中可能出现的扭转波动,传动轴剧烈冲击和离合器过度磨损问题,提出基于模型参考控制(MRC)的力矩协调控制策略。首先建立动力传动系统动力学模型,基于此推导出电机单独推进模式的动力学模型,并作为参考模型;然后设计MRC力矩协调控制策略。仿真结果表明,与传统的模式切换方式相比,MRC控制可改善动力中断和轴系剧烈冲击,而且显著减小离合器滑摩功。敏感性分析给出了外部干扰和执行机构噪声对控制品质的影响。

关键词：混合动力船舶模式切换过驱动系统模型参考控制

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混合动力船舶能量管理研究综述

中国舰船研究 2021年第5期16卷 216-229页

作者：侯慧甘铭吴细秀谢坤范则阳武汉理工大学自动化学院湖北武汉430070 上海交通大学海洋智能装备与系统教育部重点实验室上海200240 中国舰船研究设计中心湖北武汉430064

随着世界各国对船舶节能减排越来越重视,混合动力船舶在节能减排技术方面的优势日趋凸显,通过对混合动力船舶的能量管理而使船舶上的多种能源高效协调工作,成为了在保证船舶动力性的前提下实现节能减排的关键。针对混合动力船舶能量管... 详细信息

随着世界各国对船舶节能减排越来越重视,混合动力船舶在节能减排技术方面的优势日趋凸显,通过对混合动力船舶的能量管理而使船舶上的多种能源高效协调工作,成为了在保证船舶动力性的前提下实现节能减排的关键。针对混合动力船舶能量管理的最新研究进展及研究现状,首先,从可靠性、经济性及环保性这3个角度对混合动力船舶的能量管理目标进行总结;然后,从规则型和优化型能量管理的角度,对比现有的能量管理策略,全面和深入分析针对这些能量管理策略的研究所存在的优缺点及其应用条件;最后,根据上述研究的不足,对未来混合动力船舶能量管理的研究方向进行展望。

关键词：混合动力船舶节能减排能量管理目标能量管理策略

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混合动力船舶动力装置及能量管理研究综述

舰船科学技术 2018年第3期40卷 1-7页

作者：张益敏陈俐朱剑昀上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

随着大功率电机技术、电力电子转换技术和电力存储技术的发展,混合动力推进成为提高船舶燃油效率、减少排放、提高安全性和冗余的良好选择。本文结合国内外混合动力船舶的发展状况,阐述了混合动力船舶动力装置的构架和工作模式,分析了... 详细信息

随着大功率电机技术、电力电子转换技术和电力存储技术的发展,混合动力推进成为提高船舶燃油效率、减少排放、提高安全性和冗余的良好选择。本文结合国内外混合动力船舶的发展状况,阐述了混合动力船舶动力装置的构架和工作模式,分析了混合动力船舶能量管理的研究现状,提出混合动力船舶电气化、智能化、大型化、民用化的发展方向。

关键词：混合动力船舶动力装置能量管理

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混合动力船舶等效油耗最小能量管理策略

船舶工程 2023年第8期45卷 78-85,113页

作者：黄斌许佳洛边祥瑞唐敦普武汉理工大学汽车工程学院武汉430070 武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 中国舰船研究设计中心武汉430064 武汉众宇动力系统科技有限公司武汉430058

为了降低混合动力船舶的燃油消耗,同时解决传统等效油耗最小能量管理策略(ECMS)易导致动力设备处于恶劣工况的缺点,提出一种利用逻辑门限值规则对混合动力系统工作模式进行预识别的改进ECMS,并采用改进的蚁群算法对充放电等效因子进行... 详细信息

为了降低混合动力船舶的燃油消耗,同时解决传统等效油耗最小能量管理策略(ECMS)易导致动力设备处于恶劣工况的缺点,提出一种利用逻辑门限值规则对混合动力系统工作模式进行预识别的改进ECMS,并采用改进的蚁群算法对充放电等效因子进行离线优化。在船舶典型航行工况下,通过MATLAB/Simulink建立的船舶仿真模型进行逻辑门限值能量管理策略、等效因子分别取经验值和优化值的改进ECMS的仿真分析。结果表明:等效因子寻优后的改进ECMS有更好的燃油经济性,同时也利于保证电池荷电状态(SOC)平衡和动力设备的效率。

关键词：混合动力船舶等效油耗最小能量管理策略逻辑门限值蚁群算法

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混合动力船舶负载功率预测模型研究

控制工程 2019年第2期26卷 362-367页

作者：高迪驹潘康凯王天真上海海事大学航运技术与控制工程交通运输行业重点实验室上海201306

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... 详细信息

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。

关键词：混合动力船舶负载功率多分辨率小波神经网络混沌时间序列短期预测

混合动力船舶发电机组与储能逆变器并网控制技术仿真

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船舶工程 2023年第7期45卷 132-142页

作者：张荣沛徐超张小玉叶飞中船动力研究院有限公司上海201208 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

以采用低速机混合动力系统的远洋化学品船为研究对象,搭建船舶电网混合动力系统模型。针对多台逆变器并联以及发电机组与逆变器并联存在的功率耦合振荡问题,提出基于虚拟阻抗方法的混合动力电网功率解耦理论,实现多台逆变器与柴发机组... 详细信息

以采用低速机混合动力系统的远洋化学品船为研究对象,搭建船舶电网混合动力系统模型。针对多台逆变器并联以及发电机组与逆变器并联存在的功率耦合振荡问题,提出基于虚拟阻抗方法的混合动力电网功率解耦理论,实现多台逆变器与柴发机组之间的功率分配和负载转移。研究结果表明,基于虚拟阻抗的混合动力系统功率控制方法能实现对逆变器和柴发机组的精准有功和无功功率控制,保证电网电压和频率的稳定。

关键词：混合动力船舶发电机组储能系统并网控制

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混合动力船舶能量管理系统的最优控制

电源技术 2016年第9期40卷 1859-1862页

作者：兰熙沈爱弟高迪驹孙彦琰上海海事大学航运技术与控制工程交通部重点实验室上海201306

针对由发电机组和动力电池两种不同的电源组合而成的混合动力船舶供电系统,在功率需求给定的情况下,合理地分配两种电源的功率输出,使得混合动力船舶在整个航行周期内的总耗油量达到最小是能量管理系统需要解决的问题。采用一种动态规... 详细信息

针对由发电机组和动力电池两种不同的电源组合而成的混合动力船舶供电系统,在功率需求给定的情况下,合理地分配两种电源的功率输出,使得混合动力船舶在整个航行周期内的总耗油量达到最小是能量管理系统需要解决的问题。采用一种动态规划的方法优化两种电源的功率输出比重,通过建立包含动力电池等效油耗的最小油耗量的目标函数得到柴油发电机的最优控制序列,从而计算出整个航行周期内柴油发电机的最小油耗值。仿真结果表明,与开关式控制策略相比,该方法能有效降低混合动力系统的油耗量。

关键词：动态规划能源管理系统切换系统混合动力船舶