船舶综合能源系统多目标协同优化方法研究开题报告

全文总字数：5999字

1. 研究目的与意义（文献综述）

目前电力推进技术代表着船舶的未来，与传统的机械推进系统相比，电力推进具有更好的经济性、操纵性、安全性以及噪音低、有利于船舶控制环境污染的优点^[1][2]。然而由于受到船舶重量和空间的要求以及最新能源存储技术的影响，与传统的柴油机推进系统相比，现阶段大多数的纯电动船舶电力推进系统不能达到高性能的速度、加速度和自控性 ^[3]。基于这种情况，研究混合动力电动船舶可以为船舶发展从柴油发电机组单独供电船舶过渡到纯电动船舶供电提供可行性方案。“混合动力电动船舶”可以定义为以两种或两种以上储能器、能量源或能量转换器作为动力源，其中至少有一种可以提供电能的船舶^[4]。混合动力船舶技术目前尚处在不断探索和研究的阶段^[5]。目前风能、太阳能、核能以及燃料电池等清洁能源己初步具备在船舶上应用的基础，其中单一的能源的应用也已经有可供参考和借鉴的实船案例，但纵观清洁能源在船舶上应用的各种技术方案，仅利用风能或太阳能等单一模式并非为最优的应用模式。根据船型的结构、航行区域和营运特点的不同，多种能源的综合利用的混合动力船舶己成为21世纪船舶发展的主要研究方向 ^[6]。

利用新能源、储能系统及化石能源混合供电的多能源船舶因其能量效率高、排放低等优点，已成为绿色船舶动力技术发展的重要方向。但是多能源结构增加了系统的复杂性，为了使船舶在经济/环保/安全的条件运行，就需要制定能量管理策略。能量管理系统的功能是:分析混合动力船舶实际航行工况，综合考虑混合动力船舶动力分配性、排放经济性、运行稳定性和系统可靠性，实现多种能量的优化分配与协调，在满足稳定性和可靠性的基础上达到混合动力系统最优的经济性能和排放性能^[7]。因此，船舶综合能源系统能量协同调度问题实际上是一个多目标优化问题，所以对船舶综合能源系统经济/环保/安全多目标协同优化进行研究，将是我们的研究方向。

因为多目标优化配置方案更为合理，其效率也更高，所以已经有了不少研究，同时关于船舶微网控制也有了不少思路。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容

针对某典型的多能源船舶综合能源系统，构造船舶发电机组、燃料电池、光伏电池组等电源设备的模型，考虑运行经济性、环境效益、供电可靠以及实际物理条件的约束，基于pareto理论设计具有较强全局收敛能力的多目标优化算法，通过matlab完成仿真实验，完成对船舶综合能源系统经济/环境/安全多目标协同优化的研究。

本课题技术方案流程图如图1所示：

3. 研究计划与安排

1-3周，完成开题报告；

4-5周，完成中/英文文献资料阅读；

5-7周，完成船舶综合能源系统多目标协同优化模型的构建；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 高海波,陈辉,林治国.民用船舶电力推进系统的发展[j].中国水运,2005(01):45-46.

[2] jiang w, fang r, khan j, etal. performance prediction and dynamic simulation of electric ship hybrid powersystem[c]//2007 ieee electric ship technologies symposium. ieee, 2007: 490-497.

[3] del pizzo a, polito r m,rizzo r, et al. design criteria of on-board propulsion for hybrid electricboats[c]//the xix international conference on electrical machines-icem 2010.ieee, 2010: 1-6.