漁船電動動力系統(tǒng)仿真

黃一峰　張昊　甘易明　劉全良　賀波

摘 要：隨著化石能源的逐漸減少以及新能源技術的不斷發(fā)展，由于以柴油機為動力的傳統(tǒng)漁船排放的污染物較多、能源利用率低、噪音污染嚴重。而使用電力驅動的新能源船舶可以有效解決上述問題。漁業(yè)船舶電動動力系統(tǒng)主要由充電系統(tǒng)與放電系統(tǒng)兩部分構成。充放電系統(tǒng)的建模是研究漁業(yè)船舶電動動力系統(tǒng)的基礎。分別建立了由雙向DC/DC變換器和AC/DC整流器所構成的充電系統(tǒng)、由Buck-boost DC/DC變換器和三相VSR所構成的放電系統(tǒng)。在Matlab/Simulink中對本次充放電系統(tǒng)的進行仿真實驗。結果顯示，充電系統(tǒng)可以在5小時左右將動力電池系統(tǒng)充滿電;針對放電系統(tǒng)，可以在定額負載下實現(xiàn)穩(wěn)定運行。本次仿真實驗驗證了該模型的正確性與可行性，研究結果對于電動動力系統(tǒng)在漁業(yè)船舶中的應用具有一定的參考價值。

關鍵詞：漁業(yè)船舶;電動動力系統(tǒng);雙向DC/DC變換器;AC/DC逆變器;三相VSR;Simulink仿真

中圖分類號：S972.7? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）10-0098-02

1引言

近年來，隨著新能源技術的不斷發(fā)展，新能源技術已在各個領域得到快速發(fā)展[1]。我國雖然已在漁業(yè)裝備領域取得長足發(fā)展，但是我國現(xiàn)有漁業(yè)輔助漁船大多仍使用老式柴油機進行驅動。其相對于新能源船舶而言，能耗大、排放的污染物較高、噪音大，而使用鋰離子電池代替燃料油，可以降低能源消耗、減少NOX，SOX的排放、且?guī)缀鯖]有噪音，所以使用綠色電能來代替?zhèn)鹘y(tǒng)漁業(yè)船舶的推進動力已經成為一種行業(yè)趨勢[2]。

充放電系統(tǒng)的建模是研究漁業(yè)船舶的基礎，本文通過對漁業(yè)船舶的電動動力系統(tǒng)中的動力電池組、DC/AC逆變器、AC/DC整流器等關鍵部件進行仿真建模并加以分析，仿真結果表明，該電動動力系統(tǒng)設計可以滿足其正常工況下的使用需求。

2漁業(yè)船舶電動動力系統(tǒng)仿真實驗

按照漁業(yè)船舶動力系統(tǒng)與充電系統(tǒng)拓撲結構，在Matlab/simulink中搭建該船舶電動動力系統(tǒng)的仿真模型，以檢驗該模型的正確性及合理性。其參數(shù)如下，將岸電電源電壓、頻率分別設置為380V、50hz，直流側濾波電感L=1e-6、電容C=1e-3，選取Simulink/Simscape中的battery對動力電池系統(tǒng)進行仿真建模，在battery中將電池類型更改為Lithium-Ion，將電池參數(shù)中的Nominal-voltage設置為380V，Rated capacity設置為1000Ah，初始SOC設置為30%，Battery response time設置為1s，對充電系統(tǒng)中的關鍵部件進行仿真建模，將Stop Time設置為1s，由圖5可知，該船舶動力電池系統(tǒng)的充電荷電狀態(tài)較為穩(wěn)定;動力電池系統(tǒng)的充電電流在仿真時間=0S時出現(xiàn)波動，通過圖6可知，充電系統(tǒng)充電電流仿真時間=0.1S后充電電流處于穩(wěn)定狀態(tài)，其穩(wěn)定在200A，動力電池系統(tǒng)的額定容量為1000Ah，按照恒流充電計算，該船可以在5h左右將電充滿，滿足其在夜間低谷期充滿電的設計需求;由圖7可知，該船動力電池系統(tǒng)充電電電壓在仿真時間=0 S出現(xiàn)波動，在仿真時間=0.8S時動力電池系統(tǒng)的充電電電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)?？梢詽M足動力系統(tǒng)正常充電的要求。

由圖3可知，當對該漁業(yè)船舶正常航行的工況進行仿真時，其直流母線電壓在仿真時間為0.4s后穩(wěn)定在144V，符合其初始設計工況;將其通過三相逆變器進行逆變，其三相負載電壓在仿真開始后始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定在144V，且?guī)缀鯖]有諧波產生。可以滿足該漁業(yè)船舶在正常行駛工況的供電需求。

3 結論

本次仿真對漁業(yè)船舶電動動力系統(tǒng)的拓撲結構進行了研究與設計，并對該電動動力系統(tǒng)中雙向buck-boost DC/DC控制器，DC/AC逆變器與AC/DC電壓型整流器等關鍵部件進行建模，通過Matlab/simulink進行仿真實驗，實現(xiàn)了動力系統(tǒng)中的動力電池系統(tǒng)的充放電仿真。但是本文僅對理想工況下的漁業(yè)船舶進行了理論研究，并未考慮實際工況下該漁業(yè)船舶可能面臨的風浪阻力，以及極端條件下的航行問題，對于上述問題，還需要對其進一步進行研究。

參考文獻：

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