摘 要

目前以微电网为基础的复合储能系统优化配置研究是主流的研究方向。若只考虑单一角度的船舶储能装置的配置，无法使复合储能单元发挥最优效果，需要多方位，多目标化的具体分析。本文研究混合动力船舶蓄电池-超级电容复合储能系统容量多目标优化配置。研究内容如下：

（1）分析国内外复合储能装置多目标优化配置研究现状，针对目前多目标研究不足的问题，提出本文研究的目的和意义。

（2）建立复合储能装置的数学模型，提出成本目标和功率波动平抑目标，功率约束和荷电状态约束，计算影响目标函数的决策变量。

（3）分析针对遗传算法改进的NSGA-Ⅱ算法，基于NSGA-Ⅱ算法对复合储能装置进行优化，编写程序输出目标函数和约束条件。

（4）获取数据，采用MATLAB进行优化配置仿真，对计算结果进行分析，得到满足目标函数和约束条件的最优配置。

关键词：多目标；复合储能；优化配置；NSGA-Ⅱ算法

Abstract

At present, the optimal configuration of composite energy storage system based on microgrid is the main research direction. If only considering the configuration of the ship energy storage device from a single Angle, the composite energy storage unit cannot give full play to the optimal effect, so the concrete analysis of multi-direction and multi-target is needed. This paper studies the multi-objective optimal configuration of hybrid Marine accumulator and supercapacitor composite energy storage system. The research contents are as follows:

(1) Analyze the research status of multi-objective optimal configuration of composite energy storage devices at home and abroad, and propose the purpose and significance of the research in this paper in view of the lack of multi-objective research at present.

(2) Establish the mathematical model of the composite energy storage device, propose the cost target and the power fluctuation stabilization target, the power constraint and the soc constraint, and calculate the decision variables affecting the objective function.

(3) Analysis on the genetic algorithm improved the NSGA - Ⅱ algorithm, based on the NSGA - Ⅱ algorithm optimize the composite energy storage device, write the program output target function and constraint conditions.

(4) Obtain data, conduct optimization configuration simulation with MATLAB, analyze the calculation results, and obtain the optimal configuration that meets the objective function and constraint conditions.

Key words: Multi-objective; Composite energy storage; Optimize configuration; The NSGA - Ⅱ algorithm

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景和意义 1

1.2 多目标储能优化国内外研究现状 2

1.3 本文研究内容 3

1.4 本章小结 3

第2章 建立复合储能优化数学模型 4

2.1 储能装置总容量配置 4

2.2 储能装置的优化目标 5

2.2.1 成本目标 5

2.2.2 功率波动平抑目标 5

2.3 储能装置的约束条件 6

2.3.1 功率约束 6

2.3.2 荷电状态约束 7

2.4 决策变量的计算 8

2.4.1 储能元件数量的计算 8

2.4.2 储能元件更换次κ数的计算 9

2.5 本章小结 10

第3章 基于NSGA-II算法优化配置 11

3.1 NSGA-Ⅱ遗传算法 11

3.2 NSGA-II算法流程 11

3.3 算法优化配置 12

3.4 本章小结 15

第4章 基于MATLAB的优化配置仿真 16

4.1 储能元件的参数 16

4.2 储能元件负载曲线 17

4.3 仿真结果分析 18

4.4 本章小结 20

第5章 总结与展望 22

5.1 总结 22

5.2 展望 22

参考文献 23

致谢 25

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

目前交通运输工具中，运输成本相对较低、运输量相对较大的航运业，受到了各国追捧。然而，日益严重的能源危机、电力电子技术的迅猛发展和新型船舶投入使用，都使得以柴油机为主推进装置的传统船舶受到严重冲击。设计研究大型船用蓄电池并采用能量储存技术，将蓄电池和超级电容器等能量储存装置和船舶电力推进系统相融合，并使之成为取代柴油机的推进装置已是不可阻挡的趋势^[1-2]。

使用电力推进系统组成的主动力装置，可以从根本上解决传统能源对船舶的影响。但是电力系统的输出特性取决于负载所受干扰程度，尤其在航行期间，推进装置工作条件较恶劣，频繁的负载扰动导致推进系统无法维持稳定输出，对船舶电网产生较大冲击。为了解决这一难题，对推进装置加挂储能系统可以较好的解决扰动问题，也能使船舶达到相关部门规定的绿色化要求。单一的储能系统能量提供率低，无法适应远洋航行。对此，将超级电容和船用电池组合起来形成复合储能系统，将二者能量密度进行加持、放大，当系统因扰动而导致输出功率发生变化时，释放储存能量使推进装置输出恒定，从而适应远洋航行^[3]。配备复合储能装置的船舶如图1.1所示：