新能源船舶混合储能系统关键技术问题研究

新能源船舶混合储能系统关键技术问题研究

林旭岚

广东逸动科技有限公司 广东东莞 523000

[摘要]伴随电力电子相关变化技术持续发展，持续推进着太阳能、风能及燃料电池等各种新能源科学技术广泛应用至船舶领域当中。但在新能源船舶行业的应用中，对混合储能综合系统相关技术方面提出更高要求，尤其应当兼顾较高的功率密度及其能量密度等优势特点，充分满足船舶领域电力系统较大功率的电机设备频繁启动及电气负荷较长时间持续运行方面需求。鉴于此，本文主要探讨新能源船舶的混合储能综合系统当中关键技术问题，可供业内相关人士参考。

[关键词]船舶；新能源；混合储能；关键技术；系统；问题

前言：

单一类型的储能系统之下，往往无法兼顾新能源的船舶整个电力系统有效接纳类型不同电源能量的输入和储能容量总体最优化的配置，还有快速响应之下限制负荷功率方面波动技术实际需求；把能量类型、功率类型等储能元件有效组合后，所形成的混合储能综合系统，技术优势相对突出，应用前景也比较乐观。因而，对开展综合分析新能源船舶的混合储能综合系统当中关键技术问题，现实意义显著。

1、系统容量总体优化配置方面技术问题

一是，针对不同的运行模式之下，系统容量总体优化配置方面问题。集成化超级电容和蓄电池类型混合储能综合系统，有着超级电容更高的功率密度及蓄电池较高的能量密度等特点。放电运行期间，稳定负荷条件之下，蓄电池承担着所有的功率输出；大功率装置启动运行，超级电容的瞬时响应这一填补模式具体切换过程，若有负荷功率的需求缺额产生，需将能量类型的蓄电池总体容量适当增加，避免瞬时产生较大的电流放电情况对于电池自身单体性能所造成不良影响；充分满足于负荷瞬态及稳态需求之下，确保混合储能综合系统实际容量实现最优化的配置[1]；二是，不同优化实施策略之下系统容量总体优化配置方面问题。考虑到优化实施策略，混合储能综合系统实际容量的优化配置方面研究应当以优化目标及其方法为侧重点。针对于总体的优化目标层面问题，涉及单目标、多目标两方面优化。针对单目标方面优化，即特定约束条件之下，选取某特定指标为总体优化目标，依托优化算法对总体容量实施优化配置。如把小型多能源的船舶当中储能系统最小成本为总体的优化目标，依托改进遗传基础算法对系统容量实施优化配置；针对多目标的优化，指的是优化目标在两个或是以上，优化目标及其约束条件虽然相对较多，整个求解过程极具复杂性。对于有风能与太阳能系统的混合能源船载微网电力系统，综合考虑投资、治污环保等成本和系统供电总体可靠性，对多目标的遗传算法实施求解，系统优先调用光伏与风力发电等可再能源，当无法满足负荷需求时，优先使用电池供电，随着负荷的波动，电池在放电与充电间切换，最大程度大利用可再生能源。当最后风能、光伏和电池总功率无法满足负荷需求时，再启动柴油发电机电网进行供电。对于优化方法相关问题方面研究，可以粒子群基础算法对于储能单元总体容量予以优化配置，获取不同情况之下系统容量总体最优化的配置。

2、系统总体协调运行方面控制技术问题

2.1在能源类型和功率类型的储能元件匹配控制方面

新能源船舶的混合储能综合系统实际协调控制层面问题，短时间的尺度功率分配为核心部分。协调控制实施策略以如下两种为主：一种是以低通滤波为基础思想之下协调控制实施策略，即结合储能介质不同的响应特性实施功率分配，涉及固定时间和变时间各自常数类型低通滤波，二者共性特征是经由低通滤波之后实时功率值，并结合响应频段予以分配，再结合储能介质余下电量，对分配功率予以修正处理。依托低通滤波装置传统滤波算法，分别结合模糊控制基本原理，还有协调控制及其最大功率相应控制方面，对可再生类能源功率总体波动产生抑制作用；另外一种则是以滑动平均基础思想之下协调控制实施策略。滑动平均类似低通滤波基本原理,为分解及补偿功率波动，可调节优化滑动平均基础算法之下滑动平均的窗口宽度及其加权系数，促使平滑输出得以实现。平滑控制基础下混合储能综合系统的能量管理实施策略，以传统限制监管、滑动平均及模糊逻辑性控制联合、中央控制及本地控制、模糊控制优化修整权重系数等方法为主，逐步将控制系统总体自适应基本特性提升，将功率波动降低[2]。伴随持续深入地研究，近几年小波思想之下控制策略得以广泛应用。小波算法之下，时频总体分辨率及其跟踪能力较好，可以把高频分量有效去除，且可保留阶跃变化有用信号。运行控制整个过程，依托小波算法可以对并网功率总体波动之下分解层数开展实时调节操作，满足实际分频要求，计算量得以减少；小波分解有着一定延时问题，实施功率修正操作，对它的功率响应基本特性可起到改善作用。

2.2在变流装置运行控制方面

变流装置，即储能系统处于微电网当中提供重要的能量支撑，且对能量波动起着平抑作用的重要装置，它和储能系统实现匹配运行及其控制程度高低与否，将影响着电网暂态及其静态总体稳定性。针对新能源船舶的混合储能综合系统当中变流装置控制方法，现阶段以智能控制、重复控制、自适应性及线性PID的控制等为主。线性PID的控制，属于现阶段普遍应用的控制技术手段。应用过程，对象多是非线性类型系统；PID控制装置仅适合系统作业线性区域当中应用，局限性特点突出；自适应性控制，它可以应对有着较大干扰系统，控制装置可结合具体情况，对控制参数予以合理调整，有较强的鲁棒性。但此方法之下对复杂性在线参数实施处理过程，有响应滞后性情况存在，控制速度和精度无法得到保证；重复控制，即与生产需求相结合提出的一种控制理论，静态性能比较好，可将周期性的干扰之下静态偏差有效消除掉，但控制环节当中有延迟因子存在，无法单独使用

[3]；针对智能控制，其对非线性、强耦合、不确定性受控对象而言，控制效果比较突出,但受系统硬件条件限制，故集中于模糊控制、神经网络系统方法。模糊控制，即对人脑整个思维过程实施模拟，以过程控制为基础算法，并不需要将受控对象相应精确性数学基础模型确立起来，可快速响应，但不具理想化的稳态特性；神经网络系统这一方法，即对于人脑的中枢神经整个系统活动实施智能模拟，信息综合方面能力较强，对于复杂性问题有良好自学习及其自适应方面能力，有较强非线性的映射力。对于变流器的其他有效控制方法和策略也在初步推进。分别采用双滞环控制策略、三环控装置策略、多滞环式控制策略予以控制，伴随控制环数持续增加，对变流运行总体控制精度及其稳定性、电能输出总体质量所达到提高效果就趋于明显化，但反应过程灵敏性差，且动态响应实际速度缓慢，都是今后需要解决的问题。

3、结语

综上所述，通过此次分析可确定的是，新能源的发电装置借助离网模式处于船舶整个电力系统当中实现有效集成，对混合储能综合系统当中容量配置实际需求差异明显；实践当中需在此基础上，与目标导向、基础算法优化相结合实施合理求解；此外，对于混合储能综合系统实际协调调控方面问题，应当充分考虑到类型不同储能元件相互匹配控制法、能量管理实施策略、变流装置运行控制法等各个环节，提高对控制环节总体自适应性及其稳定性、快速响应相关问题重视度，在今后增加对此方面的深入研究及探索，便于逐步攻破新能源船舶的混合储能综合系统当中关键技术问题，实现对整个系统的合理优化及改善。

参考文献：

[1]王海江.船舶储能系统设计关键技术综述[J].科技创新与应用,2022,12(8):78-80.

[2]鄂志君,王桂林,李振斌,等.提升新能源电网消纳水平的混合储能系统优化控制方法[J].电力系统及其自动化学报,2021(3):132-137.

[3]袁成清,潘鹏程,孙玉伟,等.基于多能源和混合储能技术的船舶综合电力系统实验平台.CN201810448378.6[2023-06-26].