远洋运输船混合动力系统匹配及能量管理研究
摘要
海运作为为国与国之间的一条经济文化交流的畅通大道，发展航运是我国推进交通
运输科学发展、促进经济社会平稳快速发展的战略选择。随着排放法规的日益严格、能
效设计指标要求提高以及排放控制区的扩大，常规的技术较难以满足要求，混合动力系
统通过采用清洁燃料以及全功率范围的储能及性能匹配等方式，有效减少主辅机的污染
物排放，提升船舶能效，将成为未来技术发展的方向之一。因此本文以远洋运输船舶混
合动力系统为研究对象，对系统的匹配优化、模型建立、能量流、电网效率、能量管理
策略等方面开展研究，为远洋运输船舶混合动力系统的设计和研究提供理论支持。
首先，提出了一种远洋运输船舶混合动力系统，对系统进行了船机桨匹配研究，完
成了主要部件选型，分析了关键参数对系统的影响，采用模块化建模的方法，依据后向
仿真原则，完成对远洋运输船舶混合动力系统模型的建立。
其次，根据功率平衡理论及多目标优化理论，建立了兼顾系统效率与油耗的多目标
优化数学模型，针对推进系统的效率与油耗量进行优化，分析对螺距比和齿轮箱减速比
两个设计参数对推进系统的影响，建立相关优化函数的数学模型，通过NSGA-II算法
进行了优化求解，得到了系统最优匹配参数，实现了系统综合性能最优。优化结果表明，
总效率提升在0.6517%~0.7686%范围内，燃油节省率在4.5711%~4.646%范围内，从系
统匹配角度实现了最佳性能。
再次，针对远洋混合动力系统多运行模式的特点，分析了电网部分不同模式的能量
流路径。对不同动力源组合时电网效率进行计算分析，获得高效率的动力源工作组合以
及不同动力源组合下功率分配方案，为后续的能量管理策略的制定提供足够的数据支持。
最后，设计了一种基于模糊规则控制的能量管理策略，在某远洋船实际运行工况以
及不同初始SOC值得情况下进行仿真。结果表明，基于模糊规则控制的策略能有效的
实现对系统的能量管理，并且各部件的工况点分布在高效率区域，并且将电池SOC控
制在设计的0.4~0.9之间的同时实现了电池充放电高效性。主机与柴发机组燃油消耗量
随着对应模式下始末SOC差值的升高而降低，且初始值为0.7时排放区航行模式的柴
0.31.627
发机组燃油消耗量为的倍。本文所得结论可为船舶混合动力系统的匹配优化、
能量管理策略等关键技术提供理论依据。
关键词：远洋运输船舶；混合动力；优化匹配；能量管理策略；能量流
远洋运输船混合动力系统匹配及能量管理研究
Abstract
Asasmoothwayofeconomicandculturalexchangebetweencountries,the
developmentofshippingisastrategicchoicetopromotethescientificdevelopmentof
transportationandpromotethesteadyandrapiddevelopmentofeconomyandsociety.With
theincreasinglystrictemissionregulations,theimprovementofenergyefficiencydesign
indexrequirementsandtheexpansionofemissioncontrolarea,conventionaltechnologiesare
difficulttomeettherequirements.Hybridpowersystemcaneffectivelyreducepollutant
emissionsofmainandauxiliaryenginesandimproveshipenergyefficiencybyusingclean
fuels,energystorageandperfor