1．目的及意义（含国内外研究现状分析）

1.1目的及意义

随着电力电子技术快速发展以及能源危机日益加剧，关于储能技术的研究得到了广泛的关注。将储技术引入到船舶电力推进系统中能很好地解决负载扰动对船舶电力系统的影响，也能满足绿色船舶的要求，减少氮氧化物及硫化物的排放^[01]。储能系统具有平抑功率波动的能力，即在系统轻载时，将多余的能量储存起来，防止其对电网产生冲击；在系统重载时，储能系统释放储存的能量来满足负载的需求^[02]。也能在应急工况和特殊脉冲负载工况时为船舶电力系统提供能量。

船舶电力推进系统中最常用的储能技术是蓄电池储能和超级电容储能。蓄电池储能能量密度高，运行时间长，但其功率密度低。超级电容储能通常只能在短时间之内运行，其响应速度快、循环寿命长、功率密度高、转换效率高，所以多应用于脉冲功率负载^[03]。由于单一储能系统无法满足所有应用模式的需求，所以复合储能系统应运而生，它将蓄电池储能技术和超级电容储能技术联合使用、协调控制从而最大限度的发挥不同储能技术的长处，以满足船舶电力推进系统的应用需求。超级电容和蓄电池互补性能充分发挥蓄电池比能量大和超级电容能快速充放电、循环寿命长的优点，可以显著降低电源的内部损耗^[04]。

为了平抑电网中功率的波动，复合储能系统要频繁的进行充放电切换，由于复合储能系统中各储能单元在能量转换效率等方面的差异性，各储能单元的能量状态一致性难以仅通过平均分配功率的简单方法保证。运用合理的充放电控制策略,对储能单元的充放电状态进行管理，是保证复合储能系统能长期安全的运行的关键。复合储能系统一方面随发电系统并网后要满足电网的指标要求，另一方面考虑蓄电池和超级电容的特性，要进行合理的充放电控制，防止“过充过放”延长储能系统的循环使用寿命。电网指标中既要实现电网侧电流、电压的稳定又要满足电网调度和发电系统发电量之间的差额输入或输出。电池特性中既要考虑电池运行时的安全性，防止电池过充、过放和功率越限等现象发生，又要在不同电量阶段采用不同的充放电模式^[05]。出于对以上各方面的因素考虑，需要对复合储能系工作在不同模式下的充放电策略进行研究，保证复合储能系统充放电的平滑性和稳定性，延长复合储能系统的使用寿命。

1.2研究背景（国内外现状分析）

储能系统在电力系统中的应用已有20多年的历史，早期主要用于孤立电网的调频、热备用、调压和备份等。储能系统在新能源并网中的应用，国外也已开展了一定的研究。上世纪90年代末德国在Herne1MW的光伏电站和Bocholt 2MW的风电场分别配置了容量为1.2MWh的电池储能系统，提供削峰、不中断供电和改善电能质量功能。从2003年开始，日本在Hokkaido 30.6MW风电场安装了6MW /6MWh的全钒液流电池(VRB)储能系统，用于平抑输出功率波动。国内从2014年开始，大规模开始发展能源互联网和储能系统，2014年8月18日，国家风光储输示范工程220千伏智能变电站成功启动。目前国内外学者对储能系统的研究很多，但多数是利用储能系统去解决风光发电，新能源电车，微电网等领域的一些问题。但对于将储能系统应用于船舶电力推进系统去平抑负载扰动的研究很少^[06]。

储能技术可分为具有大容量特性、循环寿命短的能量型储能和功率大、响应速度快、循环寿命长的功率型储能^[07]，但是由于能量型储能元件对充放电过程比较敏感，频繁的充放电会减少使用寿命降低使用性能，所以出现了能量型储能元件和功率型储能元件联合使用混合储能技术。典型的混合储能系统就是由蓄电池和超级电容组成的，他们常用于偏远地区独立供电系统^[08-10]。

目前，对复合储能系统充放电控制的研究，大多采用超级电容优先响应，平抑尖峰及频繁往复性功率波动，让蓄电池承担其平滑部分，改善蓄电池充放电过程，减少充放电次数^[11-13]。至于控制策略可能多有不同，文献[04]采用多滞环调节控制策略，利用超级电容高功率密度特性稳定直流母线电压，使微电网的瞬时功率达到平衡，优化蓄电池充放电过程。文献[14]在直流微电网中运用电压下垂法控制混合储能系统，通过分析直流母线电压情况，用超级电容器平抑功率高频波动，蓄电池为超级电容器补充能量，从而保持直流母线电压稳定，减少蓄电池充放电次数。文献[15]在交流微电网系统中，运用高通滤波器合理分配混合储能系统承担的总功率。并考虑储能单元的最大功率限制和过充过放保护，进而提高混合储能的整体性能。文献[16]讨论了两种储能系统SOC处于不同状态时，采用的过充过放保护策略。根据储能单元各自的过充过放情况和功率越限情况，采用直接功率调节方式^[08,17,18]或采用模糊控制等间接方法^[19,20,21]对各储能单元充放电功率进行调整，防止储能单元过充过放和功率越限，保护混合储能系统中各元件。

2. 研究的基本内容与方案

2．研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施