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开题报告

全文总字数：4660字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1目的及意义（含国内外的研究现状分析）

随着电力电子技术快速发展以及能源危机日益加剧，船舶推进技术发生了巨大变化，电力推进替代传统的柴油机推进成为不可阻挡的趋势。为解决频繁的负载变化给船舶电力推进系统带来的电站和电网波动问题，采用能量储存技术，将储能单元（锂电池和超级电容器）引入到船舶电力推进系统中。^[1-2]

当船舶电力推进系统采用超级电容和蓄电池组成的复合储能装置来解决负载扰动带来的经济性及安全性问题时，复合储能装置的容量与船舶的稳定性和经济性息息相关。复合储能装置综合效益的发挥与复合储能装置中各储能单元的配比是否合理直接相关，因此，对复合储能装置进行优化配置是复合储能装置在船舶电力推进系统中应用的关键技术之一。^[3]而现在针对复合储能装置优化配置的研究大多基于微电网且通常局限于从单一目标函数对复合储能装置进行容量配置，只考虑应用的某一方面，并不能满足复合储能装置容量配置的要求，因复合储能装置兼具多种功能，在不同场合对其容量配置的要求存在较大差异。单从某一方面，考虑容量配置，难以综合发挥最优功效，因此是一个多目标优化问题。^[4]针对以上问题，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。

目前针对复合储能装置优化配置的研究大多数只考虑了应用的某一方面,例如文献[5]针对储能在大功率、大容量、波动性较强的应用场合,在分析负荷特性需求的基础上，给出了储能系统总容量配置的方法,提出了基于成本分析的超级电容器和蓄电池的混合配置方案，可以减少蓄电池在整个寿命周期内的放电循环次数，延长蓄电池使用寿命，具有较高的经济性。其主要考虑了成本目标，其他方面并未充分考虑；文献[6]考虑了混合储能装置的功率出力和荷电状态约束，以装置成本最低为目标，采用遗传算法求解，得到风电输出功率波动不超过某一区间的置信度与混合储能最佳配置成本之间的关系，从而为配置混合储能容量时为在电能质量和经济性间取得适度折中提供了定量依据。其主要考虑经济性，其他方面考虑不足；文献[7]通过对破冰船工况进行分析，建立电力推进系统数学模型，以投资回报年限为目标函数，系统动态性能和燃料节省为约束条件，仿真计算储能系统的优化配置，满足功率需求的同时，还可减少燃油成本和改善系统动态性能。其本身针对特定类型的船舶，并不适用于大部分时间以恒定速度运行的远洋船舶。

2. 研究的基本内容与方案

2.1本研究（设计）的基本内容、目标

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，需综合考虑成本，功率平衡，功率平抑和能耗等因素，提出约束条件和优化目标，建立数学模型，运用算法对复合储能容量配置进行优化，得到优化更好的储能容量配置，能够满足不同场合的要求。

2.2拟采用的方案设计和技术措施

2.2.1约束条件

寻求多目标优化的约束条件，可以从能量约束，平衡约束和功率约束等方面考虑，明确是一个多目标问题，故应综合考虑。

2.2.2优化目标

明确优化的目的，对于多目标问题，其优化的目的可以从成本，功率平抑和供求平衡等方面考虑，使得优化目标是一个能满足多方面要求的最优解。

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，完成蓄电池-超级电容复合储能系统容量多目标优化模型的构建；7-9周，完成多目标进化算法的改进及约束处理原则的制定；9-11周，完成仿真平台下的混合动力船舶复合储能系统的容量多目标优化配置实验；11-13周，整理相关实验数据，完成论文的撰写；13-15周，论文修改与答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]陈晨,王锡淮,肖健梅.储能单元在船舶电力推进系统中的应用[j].中国航海,2014,37(04):25-29.

[2]yelet s, fu y. impacts of energy storage on the future power system[c]//north american power symposium 2010. ieee, 2010: 1-7.

[3]吴书礼,杨祥国,孙盼,等.船舶复合储能系统储能单元的建模与仿真分析[j].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2019(2019年04):718-722.