摘 要

我国航运业总量呈不断上升趋势，带来经济效益的同时也带来了诸多问题。柴油机动力船舶运行时会排放碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物等大量污染物，带来了严重的水污染、空气污染及噪声污染。因此，发展新型燃料电池动力系统能提高船舶的运行效率和经济性，达到节能减排的效果，实现绿色航运。

内河船舶类型多、多样性强，且船舶航行工况复杂。因此，进行船舶多运行工况下能量控策略优化研究具有相当重要的意义。本文主要分析了三种混合动力系统的结构和能量控制策略，及其优缺点和使用范围。建立了柴电混合动力系统的能量流模型，分析了系统的能量流特点；结合内河船舶的运行特点，采用模糊逻辑能量控制策略；并在MATLAB/Simulink软件下建立模型船的混合动力系统的模型，进行了系统仿真实验机分析。仿真结果可知柴电混合动力系统相对于传统柴油机船舶有更低的燃油消耗率，和更短的系统到达稳定的响应时间。

本文对柴电混合动力系统船舶建模与仿真，并通过仿真分析该船舶的燃油消耗率、柴油机动力性能和电动机动力性能。工作可为柴电混合动力系统的设计与运行提供支持。

关键词：船舶；柴电混合动力系统；能量管理策略；Simulink仿真；

Abstract

The total volume of my country's shipping industry is on the rise, bringing economic benefits and many problems. A large number of pollutants such as carbon oxides, nitrogen oxides, and sulfur oxides are emitted during the operation of diesel-powered ships, causing serious water pollution, air pollution, and noise pollution. Therefore, the development of new fuel cell power systems can improve the operational efficiency and economy of ships, achieve the effect of energy saving and emission reduction, and achieve green shipping.

There are many types of inland ships, strong diversity, and complicated ship navigation conditions. Therefore, it is of great significance to study the optimization of energy control strategy under multi-operating ship conditions. This paper mainly analyzes the structure and energy control strategy of three hybrid power systems, as well as their advantages, disadvantages and application scope. Established the energy flow model of diesel-electric hybrid system, and analyzed the energy flow characteristics of the system; combined with the operating characteristics of inland ships, the fuzzy logic energy control strategy was adopted; The system simulation experiment machine analysis was carried out. The simulation results show that the diesel-electric hybrid system has a lower fuel consumption rate than the traditional diesel engine ship, and a shorter response time for the system to reach a stable.

This paper models and simulates the diesel-electric hybrid system ship, and analyzes the ship's fuel consumption rate, diesel engine power performance and motor power performance through simulation. The work can provide support for the design and operation of diesel-electric hybrid systems.

Key words：Ship; Diesel-electric hybrid system; Energy management strategy; Simulink simulation;

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2课题研究目的与意义 2

1.3课题主要研究内容 3

第二章 混合动力系统国内外现状 4

2.1 行业政策与规范 4

2.2混合动力系统国外现状 5

2.3混合动力系统国内现状 6

第三章 多能源系统船舶应用的总体构成 8

3.1 混合动力系统动力结构 8

3.2 串联式混合动力系统结构 8

3.3 并联式混合动力系统结构 8

3.4 混联式混合动力系统结构 9

3.5 本章小结 10

第四章 能量管理策略及方法研究 11

4.1 混合动力系统管理策略 11

4.2逻辑门限值优化控制策略 11

4.3 自适应控制策略 12

4.5全局优化控制策略 12

4.6模糊控制策略 13

第五章 柴电混合动力系统建模与仿真 14

5.1 柴电混合系统仿真模型 14

5.1.1 系统结构 14

5.1.2柴油机仿真模型 15

5.1.3 蓄电池仿真模型 16

5.1.4 并车齿轮箱仿真模型 16

5.1.5 减速齿轮箱仿真模型 17

5.1.6 螺旋桨仿真模型 18

5.2 柴电混合系统仿真分析 19

5.3 本章小结 21

第六章 总结与展望 22

6.1 总结 22

6.2 展望 22

参考文献 24

致谢 26

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

长久以来，船舶航运业一直是世界上最主要的运输方式，在带来经济效益的同时伴随着巨大的能耗也带来了严重的污染。船舶对于航道以及海洋的污染是不能忽视的。国际海事组织预计全世界航运业所消耗的燃油总量将在2020年全年达到4亿吨，并且之后每年还会持续上升。然而船舶燃烧这么多燃油后排放出来的二氧化碳、二氧化硫和碳氢化合物等污染物将会对世界的环境造成巨大的危害。尤其是人口相对比较密集的港口和码头城市，因为船舶在运行过程中带来的空气污染，水污染以及噪声污染将会直接地危害当地居民的生活环境。在中国，内河船舶的动力装置主要是中低功率的柴油机，部分船舶会使用天然气发动机，以此来尽可能地降低排放。但是内河船舶相对于远洋船舶最大的区别在于复杂且多变的工况，在工况变化的时候所带来的污染排放及油耗会远大于额定工况的排放与消耗。因此，内河船舶所造成的污染问题成为目前解决船舶污染问题的主要优化对象。

船舶柴油机在运行过程中会排放二氧化碳、一氧化碳、PM（颗粒质有害物）、氮氧化物、碳氢化合物、硫氧化物等污染物。我国在2009年的时候统计内河船舶达到2500万吨以上的载重量，所产生了100多万吨的污染物。在船舶污染物当中，内河船舶需要频繁的改变工况、加减速及停靠港，这些情况下，船舶会比在稳定条件运行的时候排放出更多的污染物以及消耗更多的燃油与天然气。