温室气体排放带来的全球气候变暖已引起国际社会的强烈关注 , 对各国能源政策产生了深远的影响。 可再生新能源开发是减小环境污染和温室气体排放的重要手段 , 是全世界共同面临的持续性重大课题 , 也是我国建设节约型社会的重要国策。 目前，船舶已成为沿江、沿海城市空气污染的重要排放源。船舶是大耗能设(装)备 , 舰船节能、新能源技术的研发, 尤其是船舶可再生动力能源技术的研发, 既是具有前瞻性、事关国家船舶科技可持续发展的远景课题 , 也是可以和需要逐步研究实现的迫切课题。

船舶靠港期间，燃油辅机的使用耗能高且排放大量硫氧化物、氮氧化物和颗粒物等污染物，对大气造成严重污染。因此，加快港口船舶靠港辅机发电污染的治理，寻找清洁能源替代已成为大气污染防治的重要内容。对于太阳能、风能等可再生新能源，由于其能量本身具有不均匀性和不可控性，致使其输出功率具有随机性和间歇性的特点。为充分利用可再生能源，确保系统安全和稳定运行，清洁能源动力船舶中必须配备储能系统来改善船舶电网运行过程中的电能质量，提高系统的可靠性、稳定性和经济性。 受限于储能技术的发展，目前尚不具备某单一形式储能，同时满足能量和功率的要求，且技术成熟，成本可接受；考虑到不同储能的特点，宜发展多元复合储能技术实现不同储能的优势互补，最大限度地发挥储能技术的性能。采用复合储能技术成为现有解决该问题的一个重要技术手段。

当前, 美国、日本、德国和英国等发达国家都十分重视船舶节能、新能源技术的研发 ,复合储能系统被视为前景良好的能源技术之一 。国内中国船舶科学研究中心、中国船舶及海洋工程设计研究院以及上海大学等科研院所、高校也在开展或关注太阳能等可再生能源动力船舶的研制,并建造出了一些太阳能小艇。总体上说, 国内可再生能源动力船舶的研究与先进国家相比还较为薄弱,需要尽快展开这一新能源技术以及船舶与海洋工程、海事技术等学科交叉,学术理论与工程应用结合的领域内的理论、工程应用研究以及技术开发工作。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究的基本内容

1）复合储能容量配置的多目标优化模型

复合储能容量的优化配置对清洁能源动力船舶使用时的经济性、运行稳定性影响重大：若储能容量不足,可能导致可再生能源发电的浪费、负载供电可靠性不足,储能作用无法充分发挥;若储能容量的配置过大,不仅严重增加成本,还可能使储能长期使用率不足,影响性能和寿命。复合储能中各储能配比是否合理,也直接影响复合储能综合效益的发挥。综合考虑复合储能在船用清洁能源电网电压频率稳定控制、电能质量治理、可再生能源功率波动平抑等多方面的典型作用,且考虑成本最低的情况，清洁能源动力船舶中复合储能的容量优化配置将是一个多目标优化问题。目前已有的多目标优化算法,往往只给出优化结果,缺乏客观定量的评价措施,其配置的合理性有待商榷,难以指导工程实践。因此,在复合储能的多目标建模和在线优化控制算法方面,还有许多基础性的问题有待深入研究。基于此，本设计需研究建立一套以投资成本最低、功率平衡最优、平滑可再生能源功率波动效果最佳的复合储能容量配置的多目标优化数学模型;

2）复合储能系统的能量管理控制策略

为平抑清洁能源功率的波动，复合储能系统需要频繁地进行充放电切换，由于复合储能系统中各单元在能量转换效率等方面的差异性，各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。如何协调储能元件组SOC的均衡以及储能元件组的均流、储能单元寿命周期管理（即SOH管理）,是决定复合储能系统能否长期安全运行的关键技术。基于此，本设计需研究复合储能系统的实时能量管理控制策略 。

3）复合储能的接入技术

常规的复合储能系统接入方式大多采用将不同类型的储能元件通过各自的双向 DC/DC 变换器转换为直流形式,并汇流到对应电压等级的直流母线上,进而实现各类储能的匹配和能量交换。由于每一储能变换器均为独立控制,若要实现微电网中复合储能的协调和调度,必须在各储能 DC/DC 变换器之间配置通讯总线。由于每个储能都需配置相应的 DC/DC 变换器和通讯装置,存在装置复杂、变换级别多、响应慢、效率利用率低下、扩展困难、协调控制复杂、成本高等缺点。为解决复合储能常规接入方式的种种弊端，本设计需研究复合储能的接入技术。
4）波动平抑控制技术
由于船用清洁能源电源受气候和环境影响较大，输出功率具有波动性和间歇性，而且负荷的变化也具有随机性，导致电源总供给功率与负荷并不能时刻达到供需平衡。这就需要由复合储能系统来吸收系统多余的能量或释放能量以弥补系统能量的不足或盈余，以维持船舶电网内部的瞬时功率平衡。目前已有的基本波动平抑控制算法经过各种改进后，波动限制指标的实现已不再是技术难题。然而，由于目前储能系统的成本仍比较高，因此，如何在满足波动限制指标的同时减少储能容量的使用成为需解决的关键技术问题，即如何在滚动的时间窗口内，使用较少的储能容量将清洁能源功率最大波动限制在指标内。为此，本设计需研究利用复合储能系统进行清洁能源波动平抑控制的控制策略。