船舶多類型電源集成管理及最優控制策略研究

《船舶多類型電源集成管理及最優控制策略研究》是依託上海交通大學，由張桂臣擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：船舶多類型電源集成管理及最優控制策略研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張桂臣
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

船舶節能減排為全球能源的熱點領域，該領域關鍵技術的研究對我國具有重要戰略意義。節能環保型船舶有多種發電形式，課題以典型的船舶柴-電發電、風力發電、蓄電池及岸電供電為船舶多類型電源的研究對象，通過可控PWM整流-逆變將不同形式的電源併網為共直流母線供電系統，進行集成管理最佳化和多個控制迴路間的耦合特性研究。H∞控制理論解決系統參數和結構不確定性問題；利用族群進化算法等智慧型最佳化方法，實現多供電系統的高效率最佳負荷最佳化分配；研究多智慧型複雜的船舶多類型電源動態網路協同控制，集成的軟體工具和統一的匯流排系統，進行柴油機的轉速和噴油量、發電機的轉矩和勵磁的複合控制及併網的協同控制。依託上海交通大學海洋工程國家重點實驗室進行模型試驗，驗證船舶多類型電源集成管理及最優控制策略的有效性。本研究將為船舶多類型電源利用和開發提供理論依據，對提升我國船舶新能源套用的自主研發能力，具有重要意義和研究價值。

結題摘要

船舶運輸是石油消費的重點行業、導致溫室效應和大氣污染排放的重要來源之一。氣候變暖的趨勢，國際公約法規推動的低碳經濟，油價及IMO規範催生的節能技術，航運競爭和成本控制，船舶節能減排相關的國際規範公約等強制性檔案的出現，船舶利用綠色能源等大背景下，船舶節省燃油是節能減排的根本，需要綜合利用節能技術、能效管理和營運措施來實現。船舶多類型電源管理及最優控制船舶柴油機發電、軸帶發電、廢熱利用發電、風力發電、光伏發電、波浪能發電、蓄電池儲能和岸電供電的船舶交直流複合電網系統，滿足航運需求、降本增效、節能減排及綠色能源的綜合利用，實現多種綠色能源發電併網船舶電站並達到最高的柴油機效率。研究船舶同步電機、雙饋電機、永磁電機、異步電機組成的多類型發電共交流母線系統，多種發電機組、蓄電池組、岸電供電、風能發電、波浪能發電、光伏發電組成的多類型電源共直流母線分散式能源系統，建立分散式多機組併網系統模型，及其能量最佳化與MIMO協同控制；研究基於IGBT雙PWM的整流器和逆變器、散熱問題、網側和負載側濾波問題，分析不同工況變流器控制特性、併網協調及電流裕度控制；研究船舶多類型電源的孤島電網特性與聯合電網特性、旋轉機械發電與靜止式發電的併網特性、直流母線與交流母線併網的混合特性，進行電網變壓器、穩態控制、動態支持、APF和SVG的實驗研究。船舶多類型電源集成管理及最優控制系統適應於混合電力推進船舶的能效提高，提出的模組化、分散式、交直流複合電網系統集成技術，設計船舶柴油機發電、軸帶發電、廢熱利用發電、風力發電、光伏發電、波浪能發電、蓄電池儲能和自動適應不同電壓等級的岸電供電在船舶上的綜合利用，解決容量限制、電壓等級限制、供電制式不兼容的問題；統一的軟體工具和匯流排系統，柴油機轉速對功率、轉矩和頻率，發電機勵磁對電壓和無功的複合控制及併網MIMO協同控制，實現多電源供電系統最佳負荷分配最佳化；可充放電儲能系統實現直流母線穩壓，調節電網峰谷，確保柴油發電機組工作在最佳效率曲線點範圍內的最佳化目標。模組化、分散式、交直流複合電網系統具有不同電壓等級及容量的供電模式和高供電質量，適應不同類型電力推進船舶，填補了多類型能源綜合利用技術，實現節能減排、保護環境，促進低碳經濟可持續發展具有重要意義。