基于混合儲(chǔ)能的船舶電力系統(tǒng)功率波動(dòng)平抑控制策略

齊坤，朱志宇

江蘇科技大學(xué) 電子信息學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003

0 引 言

隨著各國(guó)海洋開(kāi)發(fā)和海防建設(shè)的快速發(fā)展，船舶的種類和數(shù)量一直在持續(xù)增加，這必然對(duì)海洋環(huán)境帶來(lái)一定的影響。為了滿足船舶日益增加的電力需求和優(yōu)化營(yíng)運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性要求，越來(lái)越多的研究者將目光投向了全電力船舶。船舶的全電力系統(tǒng)包含推進(jìn)系統(tǒng)和電力系統(tǒng)，其中負(fù)載所需負(fù)荷由統(tǒng)一的發(fā)電機(jī)進(jìn)行供給，從而實(shí)現(xiàn)綜合利用能源和統(tǒng)一管理的目的。然而，由于船舶電站容量的不斷增加、用電負(fù)荷的迅速增長(zhǎng)以及船舶在航行和作業(yè)過(guò)程中的工況日趨復(fù)雜，同時(shí)船舶電網(wǎng)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、功率波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組嚴(yán)重偏離其最佳工況，這些因素將對(duì)船舶電網(wǎng)的供電質(zhì)量、船舶安全性和經(jīng)濟(jì)性等造成影響。

針對(duì)該問(wèn)題，最有效的方法是通過(guò)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)（hybrid energy storage system，HESS）的充放電特性來(lái)匹配船舶電力系統(tǒng)的負(fù)載功率波動(dòng)。在船舶航行和作業(yè)過(guò)程中，其負(fù)載波動(dòng)可以分解為高頻波動(dòng)和低頻波動(dòng)，如果采用混合儲(chǔ)能來(lái)平抑波動(dòng)，則需選擇相應(yīng)的儲(chǔ)能設(shè)備以配合承擔(dān)功率。

在混合儲(chǔ)能方面，超級(jí)電容具有功率密度高、響應(yīng)速度快以及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其在短時(shí)間內(nèi)可以進(jìn)行較大功率的充放電操作，且在過(guò)充和過(guò)放方面具備一定的承受能力，所以特別適用于高頻擾動(dòng)。然而，在應(yīng)對(duì)低頻擾動(dòng)方面，由于低頻擾動(dòng)的幅度大且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其平抑所需的能量較高，所以超級(jí)電容并不適用。雖然蓄電池儲(chǔ)能的壽命短、響應(yīng)速度慢，無(wú)法進(jìn)行頻繁的充放電操作，但其能量密度較高且價(jià)格較低，鑒于低頻擾動(dòng)的特點(diǎn)，現(xiàn)階段宜采用蓄電池進(jìn)行低頻擾動(dòng)的平抑[1-2]。

目前，在混合儲(chǔ)能以及控制技術(shù)研究方面，國(guó)內(nèi)的研究成果大多集中在微電網(wǎng)[1]、風(fēng)/光發(fā)電系統(tǒng)[3-5]、混合動(dòng)力汽車[2,6-7]等領(lǐng)域的系統(tǒng)穩(wěn)定性方面。對(duì)于混合儲(chǔ)能在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)尚處于初始研究階段。李強(qiáng)[8]提出了一種基于超級(jí)電容電壓和鉛酸電池荷電狀態(tài)（state of charge，SOC）的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略，該策略通過(guò)設(shè)置混合儲(chǔ)能的動(dòng)作閾值，從而控制充放電狀態(tài)，但其未設(shè)計(jì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率分配策略。郭燚等[9]針對(duì)基于儲(chǔ)能管理和低通濾波器的模糊邏輯控制能量管理策略和比例積分（proportional integral，PI）控制器能量管理策略進(jìn)行了仿真對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)前者在船舶中壓直流電力系統(tǒng)母線電壓大范圍跌宕時(shí)的抑制效果更好，由于其采用了多組儲(chǔ)能單元并聯(lián)的方式，所以尚未考慮各組儲(chǔ)能單元之間的狀態(tài)差異。鄒瀅[10]針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的過(guò)充/過(guò)放問(wèn)題，對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的SOC 進(jìn)行了分區(qū)，并對(duì)混合儲(chǔ)能進(jìn)行了功率分配，但其研究工況較單一，不能充分體現(xiàn)控制策略的有效性。Li 等[11]提出了一種基于混合儲(chǔ)能的分段線性功率分配策略，以平滑混合儲(chǔ)能的輸出電流，同時(shí)控制儲(chǔ)能單元SOC 的變化范圍，但該策略偏向于恢復(fù)儲(chǔ)能狀態(tài)，無(wú)法根據(jù)儲(chǔ)能單元的狀態(tài)差異來(lái)合理調(diào)整貢獻(xiàn)占比。

為此，本文擬提出基于混合儲(chǔ)能的船舶電力系統(tǒng)功率波動(dòng)平抑控制策略，即在考慮混合儲(chǔ)能SOC 和系統(tǒng)功率波動(dòng)的情況下，根據(jù)不同儲(chǔ)能類型的特點(diǎn)進(jìn)行功率分配，以充分發(fā)揮不同類型以及不同狀態(tài)儲(chǔ)能單元的最大作用，從而實(shí)現(xiàn)平抑功率波動(dòng)的目的，最終提高船舶電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

1 基于混合儲(chǔ)能的功率波動(dòng)平抑原理

圖1 所示為自帶儲(chǔ)能裝置的船舶電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)需根據(jù)設(shè)備功率需求進(jìn)行合理的資源分配[12]。由于船體推進(jìn)裝置在實(shí)際運(yùn)行中需維持系統(tǒng)功能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以其屬于最基本的功率需求，通常不會(huì)出現(xiàn)快速變化的情況。然而，海水流體作用以及海浪的頻繁沖擊將為推進(jìn)裝置帶來(lái)頻繁的擾動(dòng)；同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部脈沖性負(fù)載的啟停和運(yùn)行工況的變化，也將給系統(tǒng)帶來(lái)不同程度的擾動(dòng)。

圖1 自帶儲(chǔ)能裝置的船舶電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig. 1 Topology of ship power system with energy storage device

由于發(fā)電機(jī)組的響應(yīng)較慢，故其難以實(shí)時(shí)響應(yīng)外界的負(fù)載擾動(dòng)，若不加以控制，必將引起不必要的功率波動(dòng)，所以需通過(guò)混合儲(chǔ)能裝置來(lái)吸收或釋放一定的負(fù)載功率：即在船舶負(fù)載較輕時(shí)，混合儲(chǔ)能吸收多余能量；在負(fù)載較重且出現(xiàn)高頻次的擾動(dòng)時(shí)，根據(jù)自身電量狀態(tài)以補(bǔ)足差值功率。混合儲(chǔ)能平抑功率波動(dòng)的控制策略如圖2所示。

圖2 混合儲(chǔ)能平抑功率波動(dòng)的控制策略Fig. 2 Control strategy of hybrid energy storage to suppress power fluctuation

2 基于低通濾波的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)上層控制策略

本文的研究對(duì)象為作業(yè)狀況較復(fù)雜的挖泥船，為滿足其特殊工況以及疏浚功能的需求，船舶需配置動(dòng)力設(shè)備、輔助設(shè)備以及疏浚設(shè)備。其中動(dòng)力設(shè)備與疏浚設(shè)備是主要的功率消耗來(lái)源，當(dāng)工況發(fā)生改變時(shí)，兩者將迅速改變其運(yùn)行狀態(tài)并隨著外界擾動(dòng)而劇烈變化，從而導(dǎo)致負(fù)載功率的頻繁波動(dòng)。如果滿足最大負(fù)載需求，就必須讓發(fā)電機(jī)組以最大負(fù)載功率的狀態(tài)運(yùn)行，這將導(dǎo)致其偏離最佳運(yùn)行區(qū)間；如果將其輸出功率限制在一定范圍之內(nèi)，則必須由相應(yīng)的儲(chǔ)能裝置來(lái)應(yīng)對(duì)負(fù)載波動(dòng)帶來(lái)的沖擊。

在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略中，能量型儲(chǔ)能和功率型儲(chǔ)能的實(shí)時(shí)功率分配是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，控制策略的優(yōu)劣將直接影響儲(chǔ)能元件的使用壽命，以及船舶的安全性和穩(wěn)定性。為此，需對(duì)負(fù)載波動(dòng)功率進(jìn)行頻譜分析，首先得到波動(dòng)曲線的頻率集中域，再結(jié)合蓄電池和超級(jí)電容對(duì)不同程度擾動(dòng)的響應(yīng)速度差異，采用基于低通濾波器的功率分配策略進(jìn)行初步分配。

根據(jù)一階低通濾波器的原理，對(duì)于基本RC電路，低通濾波算法的數(shù)學(xué)表達(dá)式為[7]

式中：R為電阻；C為電容；Uo為電容輸出電壓；Ui為電容輸入電壓；t為時(shí)間。

將式（1）變換到s域中，即可得到低通濾波器的傳遞函數(shù)H（s）：

混合儲(chǔ)能系統(tǒng)需要吸收/釋放的待補(bǔ)償總功率ΔP為

式中，Tsc為混合儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的濾波時(shí)間常數(shù)。

將式（5）和式（6）進(jìn)行離散化處理，得

3 基于改進(jìn)下垂控制的混合儲(chǔ)能底層控制策略

通過(guò)上層控制對(duì)補(bǔ)償功率進(jìn)行初步分配之后，如果對(duì)配置多儲(chǔ)能單元的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一無(wú)差別控制，則將導(dǎo)致功率補(bǔ)償?shù)男Ч顝?qiáng)人意，所以應(yīng)在底層設(shè)計(jì)控制策略進(jìn)行儲(chǔ)能單元之間的功率二次分配。在兼顧電壓控制和功率分配的控制技術(shù)中，下垂控制是目前應(yīng)用最為廣泛的底層控制方法[13]。

3.1 基于下垂控制的混合儲(chǔ)能功率分配策略

基于電流-電壓（I-U）下垂控制思想（圖3），變換器通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電壓就直接參與功率調(diào)節(jié)，以此實(shí)現(xiàn)各個(gè)儲(chǔ)能單元功率的合理分配，因此，通過(guò)控制變換器的輸出端電壓，即可改變整個(gè)儲(chǔ)能單元的輸出電流，從而輸出相應(yīng)的功率。圖3 中：Ri，Rj均為虛擬電阻；IOi，IOj分別為Ri，Rj對(duì)應(yīng)的輸出電流。

圖3 下垂控制原理圖Fig. 3 Schematic diagram of droop control

3.2 基于混合儲(chǔ)能SOC 的變系數(shù)下垂控制策略

當(dāng)混合儲(chǔ)能進(jìn)行波動(dòng)功率平抑時(shí)，為了達(dá)到較好的平抑效果，應(yīng)盡可能使各個(gè)儲(chǔ)能單元快速響應(yīng)需補(bǔ)償?shù)墓β?。由于?chǔ)能裝置受到過(guò)充/過(guò)放以及自身SOC 的限制，所以需要設(shè)計(jì)控制策略來(lái)解決這一問(wèn)題，從而滿足待補(bǔ)償功率的需求，同時(shí)應(yīng)考慮儲(chǔ)能單元貢獻(xiàn)能力的差異。

由于蓄電池組SOC 的變化速率相對(duì)緩慢，如果不引入均衡速率調(diào)節(jié)因子，在其輸出電流不變的情況下，則蓄電池組SOC 的均衡速率即為恒定，換言之，其SOC 的均衡速率不可控。由此，必須將SOC 值的變化速率以及變化趨勢(shì)進(jìn)行放大，所以式（11）引入了SOC 冪指數(shù)值作為均衡速率的調(diào)節(jié)因子，用以顯著提升SOC 的均衡速率，從而在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)功率均分的目標(biāo)。

得到荷電狀態(tài)差值系數(shù) αi之后，即可對(duì)原始下垂系數(shù)進(jìn)行修正，其修正依據(jù)是上層控制對(duì)該類儲(chǔ)能單元所分配的功率值，修正公式如下：

式中：khess_i為修正后的下垂系數(shù)；Pref為混合儲(chǔ)能上層控制策略中各類型儲(chǔ)能的待補(bǔ)償功率值。

因此，通過(guò)引入可以反映儲(chǔ)能單元SOC 狀況的變下垂系數(shù)，即可調(diào)節(jié)各類型儲(chǔ)能單元對(duì)于負(fù)載波動(dòng)的響應(yīng)能力，從而得到最優(yōu)的功率分配結(jié)果。由此可見(jiàn)，船舶電力系統(tǒng)功率波動(dòng)平抑策略不僅考慮了功率波動(dòng)平抑需求，也兼容考慮了儲(chǔ)能裝置的功率分配問(wèn)題，其控制流程如圖4 所示。圖4 中：Udcref為下垂控制輸出參考電壓；Udc為母線電壓；I*ref為電壓環(huán)輸出的電流參考值；I為儲(chǔ)能單元的反饋電流值；HPF 為高通濾波。

圖4 基于混合儲(chǔ)能的船舶電力系統(tǒng)功率波動(dòng)平抑控制策略框圖Fig. 4 Block diagram of power fluctuation control strategy for ship power system based on hybrid energy storage

1） 根據(jù)船舶作業(yè)時(shí)的用電負(fù)載變化曲線，確定平抑之后的船舶負(fù)載功率，由此得到混合儲(chǔ)能的待補(bǔ)償功率值。

2） 對(duì)負(fù)載功率波動(dòng)曲線進(jìn)行頻譜分析，得到其波動(dòng)頻率的分布范圍，進(jìn)而確定濾波系數(shù)。在混合儲(chǔ)能的上層控制策略作用下，對(duì)待補(bǔ)償功率進(jìn)行初步分配，將低頻功率分配給蓄電池，以增加蓄電池的使用壽命，而余下的高頻功率波動(dòng)則由超級(jí)電容來(lái)承擔(dān)。

3） 采集各組儲(chǔ)能裝置的SOC，首先對(duì)其進(jìn)行限值判斷，檢查是否滿足SOC 狀態(tài)要求；然后進(jìn)行下垂系數(shù)參數(shù)計(jì)算，如果不滿足要求，相應(yīng)的儲(chǔ)能裝置將立即退出并進(jìn)行狀態(tài)調(diào)整，其所分配的補(bǔ)償功率則由其他滿足條件的儲(chǔ)能裝置來(lái)承擔(dān)。

4） 得到基于儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的下垂系數(shù)之后，通過(guò)下垂曲線即可得到雙向DC/DC 變換器的參考電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置的輸出待補(bǔ)償功率控制。

4 仿真分析

本節(jié)的研究對(duì)象為中交天津航道局有限公司所屬的11 000 m3耙吸式挖泥船，該船設(shè)置了型號(hào)為DAIHATSU12DKM-36 的雙主機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為600 r/min，額定功率為6 600 kW；同時(shí)配置了單機(jī)額定功率為2 500 kW 的雙軸帶發(fā)電機(jī)，以及1 臺(tái)額定功率為900 kW 的輔助發(fā)電機(jī)。

4.1 正常運(yùn)行工況

本節(jié)將基于2013 年5 月16 日其在“黃驊港”外圍進(jìn)行疏浚作業(yè)時(shí)的實(shí)際工況開(kāi)展仿真分析，圖5 所示為該挖泥船在6 min 內(nèi)的的負(fù)載功率變化曲線，圖6 所示為頻譜分析結(jié)果。

由圖5 可以看出，功率波動(dòng)擾動(dòng)存在高頻擾動(dòng)和低頻擾動(dòng)。經(jīng)過(guò)頻譜分析之后，圖6 中的功率波動(dòng)頻率主要集中在0.125 Hz 以內(nèi)，所以低通濾波時(shí)間常數(shù)Tsc可以設(shè)為8。

圖5 挖泥船負(fù)載功率的變化曲線Fig. 5 Load power change curve of dredger

圖6 挖泥船負(fù)載功率變化曲線的頻譜分析Fig. 6 Spectral analysis of load power variation curve of dredger

假設(shè)經(jīng)過(guò)混合儲(chǔ)能裝置波動(dòng)平抑之后的負(fù)載功率穩(wěn)定在5 234 kW，超級(jí)電容的最大功率為5 MW，蓄電池的最大功率為4 MW。本節(jié)將以2 組蓄電池儲(chǔ)能裝置和2 組超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置為例，進(jìn)行Simulink 仿真分析。為了驗(yàn)證本文控制策略的可行性，設(shè)定2 組蓄電池組的初始荷電狀態(tài)值分別為0.8 和0.5，其波動(dòng)區(qū)間為0.2～0.8；設(shè)定2 組超級(jí)電容的初始荷電狀態(tài)值為0.9 和0.5，其波動(dòng)區(qū)間為0.1～0.9。

由圖2 可知，混合儲(chǔ)能裝置的輸出功率取決

于發(fā)電機(jī)組為響應(yīng)功率需求而輸出的穩(wěn)定功率與實(shí)際負(fù)載功率的差值。圖7 所示為混合儲(chǔ)能裝置的實(shí)時(shí)補(bǔ)償功率曲線，其功率大于0，即為放電狀態(tài)；反之，則處于充電狀態(tài)。圖8 所示為挖泥船經(jīng)過(guò)混合儲(chǔ)能裝置平抑負(fù)載波動(dòng)前后的曲線對(duì)比，由于船舶在實(shí)際運(yùn)行控制中存在時(shí)間延遲，所以2 條曲線之間存在一定的誤差，但在可接受的范圍之內(nèi)。

圖7 混合儲(chǔ)能裝置的補(bǔ)償功率變化曲線Fig. 7 Compensation power change curve of hybrid energy storage device

圖8 平抑前后的功率曲線對(duì)比Fig. 8 Comparison of power curves before and after suppression

圖9 所示為基于低通濾波的混合儲(chǔ)能上層控制策略下的補(bǔ)償功率曲線，以及發(fā)電單元的實(shí)時(shí)功率輸出曲線。在初次分配待補(bǔ)償功率時(shí)，蓄電池組補(bǔ)償功率曲線的波動(dòng)頻率低于超級(jí)電容組，這與兩者對(duì)不同波動(dòng)的反應(yīng)速度相吻合；同時(shí)，蓄電池組整體承擔(dān)的量能高于超級(jí)電容組，這符合蓄電池組能量型的特點(diǎn)。在負(fù)載突增時(shí)間節(jié)點(diǎn)（30，80，120 s）和突減時(shí)間節(jié)點(diǎn)（60，100 s），超級(jí)電容組的反應(yīng)速度較快，可以快速地吸收多余電能和釋放待補(bǔ)償電能，而在總體量能上則由蓄電池組承擔(dān)剩余補(bǔ)償功率。

圖9 混合儲(chǔ)能上層控制策略下的功率分配曲線和發(fā)電單元輸出功率曲線Fig. 9 Power distribution curve of hybrid energy storage upper control strategy and the power output curve of the generation unit

圖10 所示為基于混合儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的變系數(shù)下垂控制策略作用下，蓄電池不同組之間的功率分配結(jié)果。本節(jié)設(shè)定蓄電池組1 的荷電狀態(tài)值為0.8，蓄電池組2 的荷電狀態(tài)值為0.5。首先，對(duì)差值功率進(jìn)行初步分配；然后，通過(guò)在下垂控制中引入基于儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的變下垂系數(shù)，進(jìn)行組間功率分配，其中需對(duì)均衡速率調(diào)節(jié)因子進(jìn)行選擇，經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)賦值n=2。圖11 所示為2 組蓄電池的 SOC 變化曲線。

圖10 蓄電池組的功率分配情況Fig. 10 Power distribution of battery groups

由圖11 可知：在負(fù)載突增的情況下，需要蓄電池來(lái)響應(yīng)負(fù)載需求，由于蓄電池組1 的初始SOC 值大于第2 組，所以其承擔(dān)的補(bǔ)償功率明顯較高；在輸出功率的狀態(tài)下，蓄電池組1 的 SOC值下降速度更快，這說(shuō)明第1 組承擔(dān)的功率高于第2 組；在負(fù)載驟減的情況下，需要蓄電池組吸收系統(tǒng)多余的能量，此時(shí)蓄電池組的輸出功率為負(fù)（圖10 中第60 s 處），且蓄電池組1 的SOC 值為71.27%，蓄電池組2 的SOC 值為47.5%，所以蓄電池組2 優(yōu)先吸收多余電量，故其充電功率較高，荷電狀態(tài)的恢復(fù)速度較快。

圖11 2 組蓄電池的SOC 變化曲線Fig. 11 SOC change curve of two batteries

圖12 所示為基于混合儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的變下垂控制策略下，超級(jí)電容不同組之間的功率分配結(jié)果。超級(jí)電容的功率密度較大，可以較好地應(yīng)對(duì)突加負(fù)載的影響。從圖12 中可以看出，為了達(dá)到快速吸收/釋放電能的目的，2 組超級(jí)電容的充放電均較為頻繁。由于超級(jí)電容組1 的荷電狀態(tài)較高，所以第1 組的輸出功率高于第2 組；而第2 組所吸收的剩余能量高于第1 組，以快速恢復(fù)荷電狀態(tài)。圖13 所示為2 組超級(jí)電容組的 SOC變化曲線。

圖12 超級(jí)電容組的功率分配情況Fig. 12 Power distribution of ultracapacitor groups

圖13 2 組超級(jí)電容組SOC 的變化曲線Fig. 13 SOC change curve of two ultracapacitor groups

4.2 極端工況

對(duì)于極端工況，例如蓄電池組或超級(jí)電容組的SOC 值不在正常工作范圍之內(nèi)時(shí)，則相應(yīng)的儲(chǔ)能單元無(wú)法較好地吸收或釋放電能以補(bǔ)償功率差值。本文將以蓄電池組為例進(jìn)行仿真分析，假設(shè)蓄電池組1 和蓄電池組2 的初始SOC 值分別為0.8 和0.19（極端工況1），經(jīng)過(guò)混合儲(chǔ)能限值判斷可知：蓄電池組1 的SOC 值在正常工作范圍內(nèi)，而蓄電池組2 的SOC 值低于正常工作范圍的下限。為了防止蓄電池組2 過(guò)放，當(dāng)吸收多余功率時(shí)，第2 組具有優(yōu)先權(quán)，而第1 組不吸收功率；當(dāng)負(fù)載劇烈增加時(shí)，第1 組需承擔(dān)所有的待補(bǔ)償功率，而第2 組則退出運(yùn)行隊(duì)列。

圖14 所示為極端工況1 下的蓄電池組輸出功率曲線和SOC 變化曲線：在第83.5 s 之前，由于蓄電池組2 的SOC 值一直低于0.2，故其不承擔(dān)補(bǔ)償功率，僅吸收多余功率以恢復(fù)自身荷電狀態(tài)；在第83.5 s 之后，蓄電池組2 開(kāi)始投入運(yùn)行，并根據(jù)自身SOC 狀態(tài)承擔(dān)了相應(yīng)的補(bǔ)償功率。

圖14 極端工況1 下的蓄電池組輸出功率曲線和SOC 變化曲線Fig. 14 Battery output power curve and SOC change curve in extreme case 1

然后，假設(shè)蓄電池組1 和蓄電池組2 的初始SOC 值分別為0.83 和0.5（極端工況2），此時(shí)蓄電池組1 的SOC 值超出了正常工作范圍的上限。為了防止其過(guò)充，其在吸收多余補(bǔ)償功率時(shí)不進(jìn)行充電，而由蓄電池組2 來(lái)承擔(dān)。圖15 所示為極端工況2 下的蓄電池組輸出功率曲線和SOC 變化曲線：在第0～87 s 時(shí)，由于蓄電池組1 的SOC值高于0.8，故其不進(jìn)行充電，而待補(bǔ)償功率則由蓄電池組2 來(lái)承擔(dān)；在第87 s 之后，蓄電池組1的SOC 值在正常工作范圍之內(nèi)，則其投入運(yùn)行，并承擔(dān)相應(yīng)的分配功率。

圖15 極端工況2 下蓄電池組輸出功率曲線和SOC 變化曲線Fig. 15 Battery output power curve and SOC change curve in extreme case 2

由此可見(jiàn)，本文提出的功率分配方法實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能組之間的功率有效分配，不僅可以快速恢復(fù)弱荷電狀態(tài)的儲(chǔ)能組，還充分發(fā)揮了強(qiáng)荷電狀態(tài)的儲(chǔ)能組作用，從而快速地達(dá)到能量均衡。

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)船舶電力系統(tǒng)在負(fù)載功率劇烈波動(dòng)時(shí)，船舶電網(wǎng)電能質(zhì)量下降和儲(chǔ)能裝置功率分配的問(wèn)題，本文提出了一種基于蓄電池和超級(jí)電容混合儲(chǔ)能的船舶電力系統(tǒng)功率波動(dòng)平抑控制策略。本文以某耙吸式挖泥船進(jìn)行疏浚作業(yè)時(shí)的實(shí)際工況為數(shù)據(jù)來(lái)源進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明，該控制策略實(shí)現(xiàn)了負(fù)載波動(dòng)功率在不同類型儲(chǔ)能裝置之間的合理分配，以及儲(chǔ)能組之間的功率優(yōu)化分配，滿足了儲(chǔ)能裝置的快速能量均衡和快速狀態(tài)恢復(fù)要求，最終達(dá)到了平抑功率波動(dòng)的目的。