混合储能技术在船舶电网中的应用
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Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：ｍ ａｒｉｎｅ ｅｌｅｃｔ ｒｉｃ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ； ｌｉｔｈｉｕｍ ｂａｔｔｅｒ ｙ ； ｓｕｐｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ； ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｗａｒ ｍ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ
０ 引 言
随 着 电 力 电 子 装 置 的 飞 速 发 展 ，船 舶 电 力 推 进 逐 渐 显 示 出 其 无 可 比拟 的优 越 性 ，电 力 推 进 逐 渐 成 为 船 舶 动 力 装 置 的发 展 方 向 。 但 是 随着 船 舶 电 力 推 进 的 应 用 ，船 舶 上 的 用 电 装 置 正 在 不 断 增 加 ，一 些 较 大 功 率 的 负 载 越 来 越 多 的 出 现 在 船 舶 上 。 这 些 大 功 率 负 载 的 应 用 ，给 船 舶 带 来 巨 大 便 利 的 同 时 ，也 给 船 舶 带 来 了 很 大 的 危 害 。 比如 ：在 轻 载 状 态 下 ，船 舶 电 网 的频 率 和 功 率 波 动 较 小 。 但 是 相 比于 陆 地 电 网 ，船 舶 电 站 容 量 较 小 ， 电 网 输 电 线 短 且 船 舶 工 作 环 境 较 为 恶 劣 ， 当 船 舶 电 网 中 有 大 功 率 负 载 变 化 时 ，就 会 使 船 舶 电 网 的 频 率 和 功 率 产 生 较 大 的 波 动 ，这 些 波 动 除 了 可 能 会 对
关键 词 ：船 舶 电 力 系统 ；锂 电池 ；超 级 大 电容 ；粒 子群 算 法 中 图 分 类 号 ：ＴＰ３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文章编 号 ： １６７２～７６４９（２０１８）０７—００９６—０５ ｄｏｉ：１０．３４０４￣．ｉｓｓｎ．１６７２—７６４９．２０１８．０７．０１７
Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｐｏｗ ｅｒ ｇｒｉｄ
摘 要 ：在船舶 电力系统 中，船舶 大功率负载 的变化除 了会 引起船 舶电网剧烈 的波动 ，增加船舶原 动机的机 械 应 力 和 热 应 力 ，还 会 增 加 船 舶 燃 料 的消 耗 。 为保 证 船 舶 电 网 的安 全 稳 定 ，本 文 采 用 混 合 储 能 单 元 技 术 。 本 文 分 析 船 舶 电 力 系 统 的调 速 系 统 和 励 磁 系 统 ，锂 电池 与超 级 大 电 容 的 充 放 电 电路 。 根 据 锂 电 池 和 超 级 大 电 容 量 。利 用 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿 真 了 含 混 合 储 能 单 元 的船 舶 电 力 系 统 。仿 真 结 果 表 明 混 合 储 能单 元 能 够 明 显 的 抑 制 船 舶 电 网波 动 ，增 强 系 统 的稳 定 性 。
第 ４０卷 第 ７期 ２０１８年 ７月
舰 船 科 学 技 术
ＳＨ ＩＰ ＳＣ ＩＥＮ Ｃ Ｅ Ａ Ｎ Ｄ ＴＥＣＨ Ｎ ０ Ｌ０Ｇ Ｙ
Ｖｏ１．４０，Ｎｏ．７ Ｊｕ１．，２０１８
混合储能技术在船舶 电网中的应用
毛 亚洲 ，俞 孟蕻 （江 苏科技 大 学 ，江 苏 镇 江 ２１２００３）
Ｍ ＡＯ Ｙａ—ｚｈｏｕ．ＹＵ Ｍ ｅｎｇ—ｈｏｎｇ
（Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎ￣ｉｉａｎｇ ２１２００３，Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｍ ａｒｉｎｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ，ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｐｏｗ ｅｒ ｌｏａｄ ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｔｏ ｍ ａｋｅ ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｆ ｌｕｃ— ｍ ａｔｅ ｓｈａｒｐｌｙ，ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅｒｍ ａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｓｈｉｐ ｅｎｇｉｎｅ，ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔ ｈ ｅ ｆｕｅｌ ｃｏｎｓｕｍ ｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｉｐ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｔｈ ｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｐｏｗ ｅｒ ｇｒｉｄ，ｔｈｅ ｈｙｂｒｉｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗ ｅｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎ ｄ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｈｉｐ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ，ｉｔ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｓ ｌｉｔｈｉｕｍ ｂａｔｔｅｒｙ ａｎｄ ｓｕｐｅｒ ｃａ— ｐａｃｉｔｏｒ ｃｈａｒｇｅ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｉｔｈｉｕｍ ｂａｔｔｅｒ ｙ ａｎｄ ｓｕｐｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ，ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｕｎｉｔ ｗａｓ ｏｐｔｉｍ ｉｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｗａｒｎ＇ｌ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ。Ｗ ｅ ｕｓｅ Ｍ ａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｉｐ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗ ｉｔｈ ｈｙｂｒｉｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｕｎｉｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗ ｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｙｂｒｉｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｕｎｉｔ ｃａｎ ｏｂ— ｖｉｏｕｓｌｙ ｉｎｈｉｂｉｔ ｔ ｈ ｅ ｓｈｉｐ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｖｏｌａｔｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．
电 网 中其 他 负 载 的 运 行 产 生 显 著 的 影 响 ，增 加 原 动 机 的 机 械 应 力 和 热 应 力 ， 增 加 船 舶 燃 料 的 消 耗 ； 还 有 可 能 造 成 整 个 船 舶 电 网断 电 ，整 个 船 舶 无 法运 行 。
０ 引 言
随 着 电 力 电 子 装 置 的 飞 速 发 展 ，船 舶 电 力 推 进 逐 渐 显 示 出 其 无 可 比拟 的优 越 性 ，电 力 推 进 逐 渐 成 为 船 舶 动 力 装 置 的发 展 方 向 。 但 是 随着 船 舶 电 力 推 进 的 应 用 ，船 舶 上 的 用 电 装 置 正 在 不 断 增 加 ，一 些 较 大 功 率 的 负 载 越 来 越 多 的 出 现 在 船 舶 上 。 这 些 大 功 率 负 载 的 应 用 ，给 船 舶 带 来 巨 大 便 利 的 同 时 ，也 给 船 舶 带 来 了 很 大 的 危 害 。 比如 ：在 轻 载 状 态 下 ，船 舶 电 网 的频 率 和 功 率 波 动 较 小 。 但 是 相 比于 陆 地 电 网 ，船 舶 电 站 容 量 较 小 ， 电 网 输 电 线 短 且 船 舶 工 作 环 境 较 为 恶 劣 ， 当 船 舶 电 网 中 有 大 功 率 负 载 变 化 时 ，就 会 使 船 舶 电 网 的 频 率 和 功 率 产 生 较 大 的 波 动 ，这 些 波 动 除 了 可 能 会 对
关键 词 ：船 舶 电 力 系统 ；锂 电池 ；超 级 大 电容 ；粒 子群 算 法 中 图 分 类 号 ：ＴＰ３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文章编 号 ： １６７２～７６４９（２０１８）０７—００９６—０５ ｄｏｉ：１０．３４０４￣．ｉｓｓｎ．１６７２—７６４９．２０１８．０７．０１７
Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｐｏｗ ｅｒ ｇｒｉｄ
摘 要 ：在船舶 电力系统 中，船舶 大功率负载 的变化除 了会 引起船 舶电网剧烈 的波动 ，增加船舶原 动机的机 械 应 力 和 热 应 力 ，还 会 增 加 船 舶 燃 料 的消 耗 。 为保 证 船 舶 电 网 的安 全 稳 定 ，本 文 采 用 混 合 储 能 单 元 技 术 。 本 文 分 析 船 舶 电 力 系 统 的调 速 系 统 和 励 磁 系 统 ，锂 电池 与超 级 大 电 容 的 充 放 电 电路 。 根 据 锂 电 池 和 超 级 大 电 容 量 。利 用 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿 真 了 含 混 合 储 能 单 元 的船 舶 电 力 系 统 。仿 真 结 果 表 明 混 合 储 能单 元 能 够 明 显 的 抑 制 船 舶 电 网波 动 ，增 强 系 统 的稳 定 性 。
第 ４０卷 第 ７期 ２０１８年 ７月
舰 船 科 学 技 术
ＳＨ ＩＰ ＳＣ ＩＥＮ Ｃ Ｅ Ａ Ｎ Ｄ ＴＥＣＨ Ｎ ０ Ｌ０Ｇ Ｙ
Ｖｏ１．４０，Ｎｏ．７ Ｊｕ１．，２０１８
混合储能技术在船舶 电网中的应用
毛 亚洲 ，俞 孟蕻 （江 苏科技 大 学 ，江 苏 镇 江 ２１２００３）
Ｍ ＡＯ Ｙａ—ｚｈｏｕ．ＹＵ Ｍ ｅｎｇ—ｈｏｎｇ
（Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎ￣ｉｉａｎｇ ２１２００３，Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｍ ａｒｉｎｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ，ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｐｏｗ ｅｒ ｌｏａｄ ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｔｏ ｍ ａｋｅ ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｆ ｌｕｃ— ｍ ａｔｅ ｓｈａｒｐｌｙ，ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅｒｍ ａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｓｈｉｐ ｅｎｇｉｎｅ，ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔ ｈ ｅ ｆｕｅｌ ｃｏｎｓｕｍ ｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｉｐ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｔｈ ｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｐｏｗ ｅｒ ｇｒｉｄ，ｔｈｅ ｈｙｂｒｉｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗ ｅｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎ ｄ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｈｉｐ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ，ｉｔ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｓ ｌｉｔｈｉｕｍ ｂａｔｔｅｒｙ ａｎｄ ｓｕｐｅｒ ｃａ— ｐａｃｉｔｏｒ ｃｈａｒｇｅ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｉｔｈｉｕｍ ｂａｔｔｅｒ ｙ ａｎｄ ｓｕｐｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ，ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｕｎｉｔ ｗａｓ ｏｐｔｉｍ ｉｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｗａｒｎ＇ｌ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ。Ｗ ｅ ｕｓｅ Ｍ ａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｉｐ ｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗ ｉｔｈ ｈｙｂｒｉｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｕｎｉｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗ ｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｙｂｒｉｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｕｎｉｔ ｃａｎ ｏｂ— ｖｉｏｕｓｌｙ ｉｎｈｉｂｉｔ ｔ ｈ ｅ ｓｈｉｐ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｖｏｌａｔｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．
电 网 中其 他 负 载 的 运 行 产 生 显 著 的 影 响 ，增 加 原 动 机 的 机 械 应 力 和 热 应 力 ， 增 加 船 舶 燃 料 的 消 耗 ； 还 有 可 能 造 成 整 个 船 舶 电 网断 电 ，整 个 船 舶 无 法运 行 。