纯电池船电力推进系统建模与仿真研究
摘要
随着双碳目标的深入推进，船舶领域内的新能源内河船舶如：电池船、氢动力船等
已经成为研究的热门。与柴油动力船相比，这些新能源船有着无污染、低噪声的显著优
点。在新能源内河船舶中，纯电池船凭借能量密度大，续航时间长的特点，得到了广泛
研究。船舶电力推进系统的抗干扰能力和稳定性，直接关系着电力推进系统的动力输出
特性，是电力推进船舶的研制过程中必须着重考虑的地方。然而磷酸铁锂电池的功率密
度有限，动态响应速度慢，船舶电力负荷突变会导致电池供电与用电需求失衡，使得母
线电压与电流剧烈波动，使直流电网稳定性下降。同时，电力负荷的持续波动，会降低
磷酸铁锂电池使用寿命。
针对上述问题，本文采用磷酸铁锂电池与超级电容组合成复合储能系统，利用超级
电容功率密度大、反应快的特点，来补偿磷酸铁锂电池功率密度低的缺点，抑制电池的
功率输出波动，稳定直流母线电压，提升电力推进系统的可靠性、安全性。同时本文搭
建了纯电池船与超级电容相结合的电力推进系统模型，进行了突加负载的仿真试验，对
搭建的船舶电力推进系统的稳定性进行了验证。主要工作如下：
本文以黑龙江省第一艘纯电池船“领航之星”号为研究基础。首先对该船复合储能系
统进行建模，其中包括目标船的与储能系统的介绍，储能系统选型和参数匹配，对磷酸
铁锂电池、超级电容、双向DC/DC转换器进行了特性分析与模型搭建。其次基于直流
电网的稳压控制方法，通过滤波算法和改进下垂的功率分配方式，对复合储能系统控制
策略进行仿真整合，并且验证了该控制策略的有效性，有效降低了电池的大幅功率波动，
使高频功率波动由超级电容承担。随后基于仿真软件，对推进电机进行选型，对推进电
机的控制系统进行建模与仿真，制定推进电机的控制策略，搭建了电机的矢量控制模型，
对该电机模型的负载突加实验可以证明电机参数设置以及控制系统的正确性及有效性。
最后对船桨系统进行建模与仿真，对螺旋桨启动方式进行一系列仿真研究，验证了
船桨整体模型的正确性；对船舶电力推进系统各模块整合，并进行了整体的仿真与分析，
在负载变化的条件下进行仿真试验，结果表明，本文所建立模型可以应对负载变化，超
级电容以及本文所制定的控制策略可以起到保护电池，增强电力推进系统稳定性的作用。
关键词：电力推进系统；复合储能系统；系统搭建；能量管理控制策略
纯电池船电力推进系统建模与仿真研究
Abstract
Withthedeepeningofthecarbonpeakingandcarbonneutralitygoals,inthefieldofships,
newenergyinlandships,suchasbatteryshipsandhydrogen-poweredships,havebecomehot
spotsforresearch.Comparedwithdiesel-poweredships,thesenewenergyshipshave
significantadvantagesofnopollutionandlownoise.Amongthem,purebatteryboatshavethe
characteristicsofhighenergydensityandlongendurance.Theanti-interferenceabilityand
stabilityoftheshipselectricpropulsionsystemarerelatedtothepoweroutputcharacteristics
oftheelectricpropulsionsystem,andarethekeyaspectsthatneedtobeconsideredinthe
developmentprocessofelectricpropulsionships.However,thepowerdensityoflithiumiron
phosphate