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(shù)的不斷發(fā)展，由于以柴油機(jī)為動(dòng)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(yán)重。而使用電力驅(qū)動(dòng)的新能源船舶可以有效解決上述問題。漁業(yè)船舶電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)主要由充電系統(tǒng)與放電系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。充放電系統(tǒng)的建模是研究漁業(yè)船舶電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的基礎(chǔ)。分別建立了由雙向DC/DC變換器和AC/DC整流器所構(gòu)成的充電系統(tǒng)、由Buck-boost DC/DC變換器和三相VSR所構(gòu)成的放電系統(tǒng)。在Matlab/Simulink中對(duì)本次充放電系統(tǒng)的進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，充電系統(tǒng)可以在5小時(shí)左右將動(dòng)力電池系統(tǒng)充滿電;針對(duì)放電系統(tǒng)，可以在定額負(fù)載下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。本次仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該模型的正確性與可行性，研究結(jié)果對(duì)于電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)在漁業(yè)船舶中的應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：漁業(yè)船舶;電動(dòng)動(dòng)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(hào)：S972.7? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）10-0098-02

1引言

近年來，隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，新能源技術(shù)已在各個(gè)領(lǐng)域得到快速發(fā)展[1]。我國(guó)雖然已在漁業(yè)裝備領(lǐng)域取得長(zhǎng)足發(fā)展，但是我國(guó)現(xiàn)有漁業(yè)輔助漁船大多仍使用老式柴油機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。其相對(duì)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(jìn)動(dòng)力已經(jīng)成為一種行業(yè)趨勢(shì)[2]。

充放電系統(tǒng)的建模是研究漁業(yè)船舶的基礎(chǔ)，本文通過對(duì)漁業(yè)船舶的電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)中的動(dòng)力電池組、DC/AC逆變器、AC/DC整流器等關(guān)鍵部件進(jìn)行仿真建模并加以分析，仿真結(jié)果表明，該電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以滿足其正常工況下的使用需求。

2漁業(yè)船舶電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)

按照漁業(yè)船舶動(dòng)力系統(tǒng)與充電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在Matlab/simulink中搭建該船舶電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的仿真模型，以檢驗(yàn)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(shè)置為380V、50hz，直流側(cè)濾波電感L=1e-6、電容C=1e-3，選取Simulink/Simscape中的battery對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，在battery中將電池類型更改為L(zhǎng)ithium-Ion，將電池參數(shù)中的Nominal-voltage設(shè)置為380V，Rated capacity設(shè)置為1000Ah，初始SOC設(shè)置為30%，Battery response time設(shè)置為1s，對(duì)充電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件進(jìn)行仿真建模，將Stop Time設(shè)置為1s，由圖5可知，該船舶動(dòng)力電池系統(tǒng)的充電荷電狀態(tài)較為穩(wěn)定;動(dòng)力電池系統(tǒng)的充電電流在仿真時(shí)間=0S時(shí)出現(xiàn)波動(dòng)，通過圖6可知，充電系統(tǒng)充電電流仿真時(shí)間=0.1S后充電電流處于穩(wěn)定狀態(tài)，其穩(wěn)定在200A，動(dòng)力電池系統(tǒng)的額定容量為1000Ah，按照恒流充電計(jì)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(shè)計(jì)需求;由圖7可知，該船動(dòng)力電池系統(tǒng)充電電電壓在仿真時(shí)間=0 S出現(xiàn)波動(dòng)，在仿真時(shí)間=0.8S時(shí)動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)正常充電的要求。

由圖3可知，當(dāng)對(duì)該漁業(yè)船舶正常航行的工況進(jìn)行仿真時(shí)，其直流母線電壓在仿真時(shí)間為0.4s后穩(wěn)定在144V，符合其初始設(shè)計(jì)工況;將其通過三相逆變器進(jìn)行逆變，其三相負(fù)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(chǎn)生?？梢詽M足該漁業(yè)船舶在正常行駛工況的供電需求。

3 結(jié)論

本次仿真對(duì)漁業(yè)船舶電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)，并對(duì)該電動(dòng)動(dòng)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(guān)鍵部件進(jìn)行建模，通過Matlab/simulink進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力系統(tǒng)中的動(dòng)力電池系統(tǒng)的充放電仿真。但是本文僅對(duì)理想工況下的漁業(yè)船舶進(jìn)行了理論研究，并未考慮實(shí)際工況下該漁業(yè)船舶可能面臨的風(fēng)浪阻力，以及極端條件下的航行問題，對(duì)于上述問題，還需要對(duì)其進(jìn)一步進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]林洪山.融入國(guó)家能源革命 中國(guó)造船大有可為[J].廣東造船，2020，39（06）：11-12.

[2]汪峻峰.電子技術(shù)在新能源汽車中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)，2021，50（05）：156-157.

[3]E. Ovrum，G. Dimopoulos. A validated dynamic model of the first marine molten carbonate fuel cell[J]. Applied Thermal Engineering，2012，35：15-28.

[4]沈蘇雯.電池推進(jìn)船最新研發(fā)動(dòng)向[J].中國(guó)船檢， 2013（10）：78-81.