船舶多类型电源集成管理及最优控制策略研究

船舶节能减排为全球能源的热点领域，该领域关键技术的研究对我国具有重要战略意义。节能环保型船舶有多种发电形式，课题以典型的船舶柴-电发电、风力发电、蓄电池及岸电供电为船舶多类型电源的研究对象，通过可控PWM整流-逆变将不同形式的电源并网为共直流母线供电系统，进行集成管理优化和多个控制回路间的耦合特性研究。H∞控制理论解决系统参数和结构不确定性问题；利用族群进化算法等智能优化方法，实现多供电系统的高效率最佳负荷优化分配；研究多智能复杂的船舶多类型电源动态网络协同控制，集成的软件工具和统一的总线系统，进行柴油机的转速和喷油量、发电机的转矩和励磁的复合控制及并网的协同控制。依托上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行模型试验，验证船舶多类型电源集成管理及最优控制策略的有效性。本研究将为船舶多类型电源利用和开发提供理论依据，对提升我国船舶新能源应用的自主研发能力，具有重要意义和研究价值。

船舶运输是石油消费的重点行业、导致温室效应和大气污染排放的重要来源之一。气候变暖的趋势，国际公约法规推动的低碳经济，油价及IMO规范催生的节能技术，航运竞争和成本控制，船舶节能减排相关的国际规范公约等强制性文件的出现，船舶利用绿色能源等大背景下，船舶节省燃油是节能减排的根本，需要综合利用节能技术、能效管理和营运措施来实现。船舶多类型电源管理及最优控制船舶柴油机发电、轴带发电、废热利用发电、风力发电、光伏发电、波浪能发电、蓄电池储能和岸电供电的船舶交直流复合电网系统，满足航运需求、降本增效、节能减排及绿色能源的综合利用，实现多种绿色能源发电并网船舶电站并达到最高的柴油机效率。研究船舶同步电机、双馈电机、永磁电机、异步电机组成的多类型发电共交流母线系统，多种发电机组、蓄电池组、岸电供电、风能发电、波浪能发电、光伏发电组成的多类型电源共直流母线分布式能源系统，建立分布式多机组并网系统模型，及其能量优化与MIMO协同控制；研究基于IGBT双PWM的整流器和逆变器、散热问题、网侧和负载侧滤波问题，分析不同工况变流器控制特性、并网协调及电流裕度控制；研究船舶多类型电源的孤岛电网特性与联合电网特性、旋转机械发电与静止式发电的并网特性、直流母线与交流母线并网的混合特性，进行电网变压器、稳态控制、动态支持、APF和SVG的实验研究。船舶多类型电源集成管理及最优控制系统适应于混合电力推进船舶的能效提高，提出的模块化、分布式、交直流复合电网系统集成技术，设计船舶柴油机发电、轴带发电、废热利用发电、风力发电、光伏发电、波浪能发电、蓄电池储能和自动适应不同电压等级的岸电供电在船舶上的综合利用，解决容量限制、电压等级限制、供电制式不兼容的问题；统一的软件工具和总线系统，柴油机转速对功率、转矩和频率，发电机励磁对电压和无功的复合控制及并网MIMO协同控制，实现多电源供电系统最佳负荷分配优化；可充放电储能系统实现直流母线稳压，调节电网峰谷，确保柴油发电机组工作在最佳效率曲线点范围内的优化目标。模块化、分布式、交直流复合电网系统具有不同电压等级及容量的供电模式和高供电质量，适应不同类型电力推进船舶，填补了多类型能源综合利用技术，实现节能减排、保护环境，促进低碳经济可持续发展具有重要意义。