綠色拖輪混合動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化配置.pdf

1、現(xiàn)如今，節(jié)能、低碳、環(huán)保、人類(lèi)和自然界協(xié)調(diào)發(fā)展是人們討論的熱門(mén)話題。近年來(lái)，由于船舶柴油機(jī)油耗、煙霧、積碳、廢氣污染等問(wèn)題日益突出，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注其他更環(huán)保、更節(jié)能的動(dòng)力推進(jìn)裝置。本文以港口拖輪為研究對(duì)象，闡述傳統(tǒng)港作拖輪推進(jìn)系統(tǒng)的組成和工作原理，針對(duì)其作業(yè)具有間歇性、靠離頻繁、航程短（其作業(yè)范圍僅限于港區(qū)、航道和錨地）、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、航速航向多變、要求快速啟停等工作特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)分析其航行作業(yè)數(shù)據(jù)，最終提出混合動(dòng)力“綠色拖輪”更適合港口作

2、業(yè)的觀點(diǎn)。
　　混合動(dòng)力“綠色拖輪”是將新的儲(chǔ)能設(shè)備——聚合物鋰電池應(yīng)用于拖輪中。蓄電池的使用，有利于動(dòng)能回收，實(shí)現(xiàn)不間斷供電和能量的可逆轉(zhuǎn)化，強(qiáng)化船舶電站功能，改善電站供電質(zhì)量和可靠性，是船舶電站的一種優(yōu)化模式。同時(shí)，減輕拖輪的沖擊振動(dòng)，使噪聲的分貝數(shù)遠(yuǎn)低于規(guī)定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。
　　本文設(shè)計(jì)了混合動(dòng)力拖輪推進(jìn)系統(tǒng)，詳細(xì)闡述了其工作原理和四種作業(yè)模式。對(duì)主推進(jìn)柴油機(jī)（主機(jī)）、永磁同步電機(jī)、變頻器、蓄電池、發(fā)電機(jī)組等設(shè)備進(jìn)行介紹和

3、選型，并根據(jù)所選設(shè)備進(jìn)行安裝重量與布局的可行性分析。運(yùn)用MATLAB軟件中的相關(guān)仿真模塊，設(shè)計(jì)混合動(dòng)力拖輪推進(jìn)系統(tǒng)的控制策略，搭建系統(tǒng)的燃油消耗計(jì)算模型、排放計(jì)算模型、聚合物鋰離子電池的充放電模型等，然后進(jìn)行計(jì)算和數(shù)據(jù)分析。為了更合理的進(jìn)行設(shè)備的配置選型，本文運(yùn)用智能算法對(duì)其進(jìn)行選型優(yōu)化，首先介紹了傳統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化算法，這些傳統(tǒng)算法主要適用于線性或連續(xù)系統(tǒng)，對(duì)求解使用代數(shù)函數(shù)表示的混合系統(tǒng)則相當(dāng)困難，因而引入帶精英策略的非支配排序遺傳算

4、法（NSGA-Ⅱ），該優(yōu)化算法是模仿自然界進(jìn)化規(guī)律，應(yīng)用達(dá)爾文的“適者生存”思想，適合全局尋優(yōu)，只返回值，不需要其他輔助函數(shù)，其包括“搜索空間”和“目標(biāo)空間”，參數(shù)變量定義了一個(gè)搜索空間，燃油消耗量和安裝重量作為優(yōu)化目標(biāo)，最終得到離散的帕累托最優(yōu)前沿，通過(guò)對(duì)Pareto最優(yōu)解集的分析以及優(yōu)化前后的對(duì)比，為設(shè)計(jì)者提供了切實(shí)可行的設(shè)備配置方案。
　　本文的研究為多能源混合動(dòng)力推進(jìn)船舶的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供了理論依據(jù)和工程解決方案，為“綠色船