1. 研究目的与意义（文献综述）

能源与环境问题受到社会越来越多的关注,清洁能源混合动力船舶成为船舶行业实现节能减排的重要途径。其中,氢燃料电池混合发电系统具有效率高、无污染等特点,更具应用前景。相比单一能源动力结构,混合动力增加了系统的复杂性,如何协调不同动力源之间的特性,使其在不同工况下能够快速响应负载需求、最大化运行效率并且确保船舶安全,成为目前混合动力系统研究的关键技术之一。[1]针对一艘蓄电池推进的原型船,设计其燃料电池、蓄电池和超级电容混合动力系统,并采用一种基于小波变换和模糊控制的智能控制策略对各个动力源的输出进行优化。其中小波变换可以根据各个动力系统的特性进行功率分配,模糊控制能够保证动力系统满足船舶的功率需求。该策略能够延长燃料电池和锂电池的使用期限,并满足船舶经济安全运行的需求。

随着社会的发展，人们对环境和能源的关注度逐渐提升，各行各业都在寻求高效，节能减排的方法和措施。根据英国劳式船级社最新发布的《通向2050年的低碳之路》研究报告，在全球二氧化碳排放总量中，海运界当前的二氧化碳排放量可达2.33％之多。此外，船舶每年可向大气排放氮氧化物（nox)约650万吨、硫氧化物（sox)约600万吨，且燃油费用占船舶运营总成本的40％。2013年，我国二氧化硫排放总量的8.4％和氮氧化物总排放量的11.3％即源于航运业。在当前化石能源减少，全球气候变暖的背景之下，航运业面临较大节能减排压力。为了适应国际国内新形势需要，建设绿色船舶已经成为船舶行业未来发展的一个主要方向，其中最具有革命性和代表性的技术便是新型能源的应用。

然而尽管燃料电池有很多优点，缺点同样明显，这些缺点限制了它的推广和应用。其主要优点和缺点：

2. 研究的基本内容与方案

1）研究的基本内容

（1）首先,设计氢燃料电池混合动力系统。针对一艘内河客船,在分析不同动力源特性的基础上,设计氢燃料电池、蓄电池和超级电容混合动力系统;对比现有的混合动力系统结构,选择合适的动力系统拓扑;探讨影响氢燃料电池和蓄电池安全的因素,并从安全性角度对系统进行初步设计;设计船舶推进系统,对能量管理系统的信号采集系统以及交互界面进行初步设计;。其次,在matlab/simulink平台中对系统进行建模。在总结各个动力源建模方法以及分析dc/dc变换器的原理和控制方法的基础上,建立系统仿真模型。设计基于智能控制算法的混合动力船舶能量管理策略,利用小波变换对功率信号进行分解,并对细节信号和近似信号分别重构,根据各个动力源的不同特性进行功率的分配;确定模糊控制的输入输出量,制定其隶属度函数,根据专家经验设计模糊规则,完成模糊控制器的总体设计,并在matlab/simulink平台对能量管理策略进行编程与建模。[4]最后,根据现有氢燃料电池船舶的实测工况,设计混合动力系统经典工况下的功率需求;针对蓄电池和超级电容不同的荷电状态初始值,对系统进行仿真分析。结果表明,在不同的荷电状态初始值下,所设计的能量管理策略能够合理分配各个动力源的功率,并且将储能系统的荷电状态保持在正常范围。

小波变换

3. 研究计划与安排

第01-03周：基本确定毕业设计流程安排及相关事项，查阅相关资料，确立基本想法并完成开题报告。

第5－8周：掌握混合动力船舶的工作原理及其特点。

第07-09周：完成基于plc控制的三速锚机的基本设计，包括主电路及控制回路。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 史际昌.船舶电气设备及系统 [m] .大连海事大学出版社，1995,5

[2] 周霞，王斯然等.三相桥式整流电路滤波电容的迭代计算[j] ，电力电子技术；2011.2

[3]船舶燃料电池-蓄电池混合动力系统能量管理策略及仿真分析[j]. 彭东恺,朱礼斯,韩金刚. 系统仿真学报. 2014(11)