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中国设备工程 2023年第3期 113-115页

作者：李忠杰海军装备部装备项目管理中心北京100071

随着社会经济的不断发展,船舶航运在运输体系中的作用日趋明显。近年来,柴油机等运输系统油耗大、污染重等问题不断凸显,船舶混合动力系统的优化发展引起了业内人士的更多关注。因此,本文在探究船舶混合动力系统发展概况的基础上,对船... 详细信息

随着社会经济的不断发展,船舶航运在运输体系中的作用日趋明显。近年来,柴油机等运输系统油耗大、污染重等问题不断凸显,船舶混合动力系统的优化发展引起了业内人士的更多关注。因此,本文在探究船舶混合动力系统发展概况的基础上,对船舶动力方案设计和典型架构与运行模式等进行了深度分析,最后针对性地提出了船舶混动系统的多能源系统管理方案,以期促进船舶运输混合动力系统的可持续发展。

关键词：船舶混合动力系统船舶动力设计方案架构运行模式能量管理

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基于cRIO的船舶混合动力系统监控安保单元开发

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作者：杨盛海哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

发动机的节能减排长期以来都是人们关注的焦点,近年来,随着航运业越来越多的法规颁布,新型环保船舶的研究成为了热门。船舶气电混合动力系统不仅充分吸收了天然气发动机燃料储备丰富、清洁环保的优点,可逆电机的加入还弥补了天然气发动... 详细信息

发动机的节能减排长期以来都是人们关注的焦点,近年来,随着航运业越来越多的法规颁布,新型环保船舶的研究成为了热门。船舶气电混合动力系统不仅充分吸收了天然气发动机燃料储备丰富、清洁环保的优点,可逆电机的加入还弥补了天然气发动机动态响应方面的劣势,此外,合适的能量管理策略可以使动力系统更加节能。因此,船舶气电混合动力系统越来越受到关注。然而混合动力系统结构的复杂性也为其安全带来了更高的挑战。本文以并联式船舶气电混合动力系统为研究目标,结合行业规范以及气电混合动力系统的特点,设计了一套兼顾安全性与动力供给稳定性的监控安保单元。本文的主要工作内容如下:(1)监控安保系统总体设计。根据行业规范要求,分析船舶气电混合动力系统工作场景,确定监控安保系统的功能;根据混合动力系统控制器性能,以及混合动力系统各设备控制器的接口情况,制定了监控安保系统的总体架构。(2)监控安保系统方案设计。通过分析气电混合动力系统各设备工作的特性以及查阅文献,确定了能反映设备运行状态的参数,并制定了各参数正常工作的阈值;通过对故障划分等级,并根据故障发生的不同情景,制定了一系列安保措施。基于模块化思想将安保策略分解为不同功能模块,并利用仿真平台建立控制模型。(3)监控安保系统的软硬件设计。本文采用NI CompactRIO作为控制器,并以此为核心组建了监控安保单元的硬件平台,基于CAN总线协议完成CompactRIO与混合动力系统各设备控制器以及监控界面之间的通信。(4)硬件在环仿真测试。基于船舶动力仿真实验平台完成了监控安保单元的硬件在环测试,测试以发动机和电机的转速和转矩为指标,证明了在不同工作模式下,监控安保单元处理故障的有效性和及时性。

关键词：船舶混合动力系统监控安保 CAN总线协议硬件在环仿真 CompcatRIO

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并联式船舶混合动力系统参数匹配与能量管理

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船舶工程 2021年第4期43卷 60-65,93页

作者：范立云张恒熙徐超徐舒航姜泽军哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

以某并联式船舶混合动力系统作为研究对象,对系统中的船体、螺旋桨、天然气发动机、可逆电机和动力电池等主要部件进行参数匹配,研究基于逻辑门限值的能量管理策略。针对周期性作业船舶运行工况,研究不同动力电池初始荷电状态(SOC)条件... 详细信息

以某并联式船舶混合动力系统作为研究对象,对系统中的船体、螺旋桨、天然气发动机、可逆电机和动力电池等主要部件进行参数匹配,研究基于逻辑门限值的能量管理策略。针对周期性作业船舶运行工况,研究不同动力电池初始荷电状态(SOC)条件下动力电池等效天然气消耗量、天然气发动机天然气消耗量以及系统等效天然气消耗量。结果表明,在动力电池初始SOC为0.5和0.9的仿真条件下,系统运行模式受到动力电池SOC边界条件限制,系统等效天然气消耗量显著增加;相较于采用天然气发动机推进的船舶动力系统,所提出的并联式船舶混合动力系统可实现节省4.66%~7.00%的天然气消耗。

关键词：船舶混合动力系统并联式参数匹配能量管理等效天然气消耗

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多构型船舶混合动力系统能效管理研究

多构型船舶混合动力系统能效管理研究

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作者：肖朝辉哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

混合动力系统具有燃油动力系统长续航的优点和纯电动系统低排放的优点,是改善环境和解决能源问题的有效手段之一,也是今后船舶动力系统的发展方向。船舶混合动力系统的构型多种多样,经济性也不同。能效管理是混合动力系统的关键技术之一... 详细信息

混合动力系统具有燃油动力系统长续航的优点和纯电动系统低排放的优点,是改善环境和解决能源问题的有效手段之一,也是今后船舶动力系统的发展方向。船舶混合动力系统的构型多种多样,经济性也不同。能效管理是混合动力系统的关键技术之一,因此对不同构型的能效管理进行深入研究是十分必要的。本文研究了船舶混合动力系统中关键部件特性,进行了参数匹配和建模研究,研究了不同构型的混合动力系统的能量转换效率和影响效率的因素,建立了混合动力系统的能量管理策略,为船舶混合动力系统设计提供理论支撑。首先选取两种基本构型并提出了一种衍生构型,并进行了总成方案的概念设计,分析了每种构型的工作模式及特点。为了进行系统部件的参数匹配,对混合动力系统的关键部件进行了特性研究。以模块化思想为前提,采用实验数据建模和理论建模的方法对船舶混合动力系统的部件进行建模,再针对不同构型混合动力系统的结构特点搭建出完整的混合动力系统仿真模型。为了评价船舶混合动力系统的经济性及能效影响因素,提出了一种基于能量平衡思想的能量转换效率分析方法。该方法考虑了混合动力系统的全部能量流路径,可以分析出不同构型中某一能量流路径带来的损失和收益,能够评价混合动力系统因构型变化、部件功率比变化、部件效率变化对系统能量转换效率的影响,通过分析得出双机并联式构型在循环周期内经济性有显著性优势,且在混合度0.3左右时系统经济性最高。混合动力系统的能量管理策略对提高系统效率有很大影响,在对不同构型分析的基础上提出了基于规则式的能量管理策略,分别设计了模式切换规则和模式切换控制器,对不同构型进行节油率和功率损失研究。结果表明,在循环周期内双机并联式混合动力系统节油率为27.6%,系统平均功率损失为174.21k W,综合燃油效率可达49.01%,是三种构型中性能最优的混合动力系统,为船舶混合动力系统的设计及优化提供理论支撑。

关键词：多构型船舶混合动力系统能量流转换效率能量管理策略

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船舶并联式气电混合动力系统能量管理与节能研究

船舶并联式气电混合动力系统能量管理与节能研究

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作者：卢耀文哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着船舶航运业排放法规的日益严格以及排放控制区的扩大,以柴油机为核心的传统推进系统其整体效率提升困难且难以满足愈加严格的排放标准,而船舶混合动力系统充分利用多能源互补的优势,通过采用清洁燃料以及对发动机在全负荷范围内的... 详细信息

随着船舶航运业排放法规的日益严格以及排放控制区的扩大,以柴油机为核心的传统推进系统其整体效率提升困难且难以满足愈加严格的排放标准,而船舶混合动力系统充分利用多能源互补的优势,通过采用清洁燃料以及对发动机在全负荷范围内的优化匹配,可以使发动机始终工作在高效率区,能够有效提升系统效率并大幅降低排放。本文提出了一种船舶并联式气电混合动力系统,并针对系统的设计选型、匹配优化、能量管理策略等关键技术进行研究,为该系统的工程化应用提供理论依据。首先,进行系统总体方案的概念设计,提出一种船舶并联式气电混合动力系统方案,并针对该系统的适用船型进行匹配选型,而后在Simulink平台上建立系统的仿真模型,其主要包括天然气发动机模型、电动机模式和发电机模式下的永磁同步可逆电机模型、磷酸铁锂蓄电池组模型、简化后的离合器和齿轮箱模型、螺旋桨模型、电力变换装置模型、动力分配控制器模型以及能量管理策略模型等。其次,根据船舶混合动力系统的运行特点选取适用于系统研究的循环工况,又以港口拖船为例设计船舶的运行循环。计算得到系统中蓄电池的平均储能效率,并对系统在不同推进模式下的能量流进行分析。对系统在不同工况、不同功率比下的机械推进、电力推进以及储能电力推进效率及其感度和系统总推进效率及其提升进行研究。结果表明,系统在高负荷和转速工况下总推进效率减小,但随着负荷和转速的降低总推进效率增大,当负荷和转速越低时总推进效率提升越大。最后,为系统设计一种基于逻辑门限的能量管理策略,同时利用等效能耗最优算法优化逻辑门限边界,绘制能量管理策略流程图。对系统在不同工况、不同混合度下的能量效率和节能率进行研究,并以港口拖船为例评价系统的实际节能效果。结果表明,系统混合度大于0.25时节能效果较好,且当系统混合度为0.25～0.35时综合节能效果及综合性能更好。本文所得结论可为船舶并联式气电混合动力系统的设计选型、匹配优化、能量管理策略等关键技术提供理论依据。

关键词：船舶混合动力系统并联式选型匹配能量管理节能率

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船舶混合动力推进系统多目标优化研究

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船舶工程 2023年第9期45卷 79-87页

作者：徐超范立云陈晨李宏铖沈崇崇哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

为了解决船舶混合动力系统多目标优化难题,采用精确的阻力预测模型及螺旋桨模型预测9000 DWT化学品运输船功率需求。基于推进系统的需求功率,提出基于目标聚类的方法建立多目标优化数学模型,并对系统关键设计参数进行多目标优化研究,对... 详细信息

为了解决船舶混合动力系统多目标优化难题,采用精确的阻力预测模型及螺旋桨模型预测9000 DWT化学品运输船功率需求。基于推进系统的需求功率,提出基于目标聚类的方法建立多目标优化数学模型,并对系统关键设计参数进行多目标优化研究,对比分析4种典型多目标优化算法对该优化问题的适应性。结果表明:基于快速非支配排序的多目标算法对于含有整数变量、等式约束等混合动力系统多目标优化问题具有良好的鲁棒性和收敛性。采用多目标综合决策求解出的最优设计参数相较于原型船动力系统,最大能效提升约6.1%。

关键词：船舶混合动力系统匹配设计多目标优化能效研究

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