摘 要

柴电混合动力系统日益广泛应用在多种类型船舶上，本文主要针对某一内河小型船舶进行改造，提出一种适用于该船舶的柴电混合动力系统方案，给出混合动力系统的结构组成和工作方式，按照系统动力性能要求，对系统各部件进行选型，并估算混合动力系统的基本性能。

根据国内外发展研究现状对柴电混合船舶动力系统的四种关键性技术进行研究分析。

通过柴油机和螺旋桨特性建模分析其特性曲线，对机桨船匹配建模分析；对柴电并车控制技术进行仿真研究；基于Simulink平台对逻辑控制策略进行分析。

最后的结论是柴电混合动力系统的船舶更加节能环保、低负荷燃油经济效益高、推进装置安全可靠且冗余性高、船舶本身智能化程度明显。

关键字：柴电混合动力系统；关键技术；建模；仿真

Abstract

Diesel-electric hybrid power system is increasingly widely used in various types of ships. This paper mainly aims at reforming a small inland river ship, proposes a diesel-electric hybrid power system scheme suitable for the ship, gives the structural composition and working mode of the hybrid power system, selects the components of the system according to the system dynamic performance requirements, and estimates the basic performance of the hybrid power system.

According to the development and research status at home and abroad, four key technologies of diesel-electric hybrid ship power system are studied and analyzed.

The characteristic curve of diesel engine and propeller is analyzed through the characteristic modeling, and the matching modeling analysis of engine, propeller and ship is carried out. Simulation study on diesel-electric parallel locomotive control technology; The logic control strategy is analyzed based on Simulink platform.

The final conclusion is that the diesel-electric hybrid power system is more energy-saving and environment-friendly, with high economic benefits of low-load fuel oil, safe and reliable propulsion device, high redundancy, and obvious intelligent degree of the ship itself.

Key words: Diesel-electric hybrid power system; Modeling； Simulation

Key technology

目 录

第1章 绪论……………………………………………………………………………………1

1.1 研究目的及意义…………………………………………………………………………1

1.2 国内外研究现状…………………………………………………………………………1

1.2.1国内研究现状…………………………………………………………………………1

1.2.2国外研究现状…………………………………………………………………………2

第2章 柴电混合动力船舶选型………………………………………………………………3

2.1 原船舶简介………………………………………………………………………………3

2.2 柴电混合船舶动力系统…………………………………………………………………4

2.2.1系统结构……………………………………………………………………4

2.2.2工作模式……………………………………………………………………………5

2.3 柴电混合动力船舶部件选型……………………………………………………………6

2.3.1性能要求…………………………………………………………………………6

2.3.2 主机功率……………………………………………………………………………7

2.3.3 蓄电池参数…………………………………………………………………………8

2.3.4 减速器参数………………………………………………………………………9

2.3.5 螺旋桨参数…………………………………………………………………………10

第3章 能量管理系统…………………………………………………………………………11

3.1能量管理系统的重要性…………………………………………………………………11

3.2能量管理系统的应用………………………………………………………………11

第4章机桨船匹配建模分析……………………………………………………………………13

4.1机桨船匹配原理…………………………………………………………………………13

4.2柴油机特性建模…………………………………………………………………………14

4.3螺旋桨特性建模…………………………………………………………………………15

第5章 柴电并车仿真技术……………………………………………………………………17

5.1柴电并车过程的仿真…………………………………………………………………17

第6章 柴电混合动力系统控制研究…….……………………………………………………19

6.1逻辑控制策略…………………………………………………………………………19

6.2控制策略设计…………………………………………………………………………20

第7章 论文总结与展望………………………………………………………………………23

7.1论文总结………………………………………………………………………………23

7.2展望……………………………………………………………………………………23

参考文献………………………………………………………………………………………24

致谢………………………………………………………………………………………25

第1章 绪论

1.1研究目的及意义

柴电混合动力系统有着柴油机推进、电力推进和柴电并车混合推进等多种工作模式，柴电并车混合推进可以发挥柴油机推进和电力推进两种动力形式的综合优势，具有高效节能、操作性灵活、可靠性高等优点。在船舶节能环保情况下，柴电混合动力系统还具有运行工况灵活、低负荷燃油经济效益高、冗余性高等优点，所以在目前柴电混合动力系统越来越受到船东、船舶设备厂的关注，陆续有科考船、渔船、公务船等采用柴电混合动力系统。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

第一阶段，在20世纪90年代至21世纪初，国内柴电混合动力处于刚刚起步阶段，只有少数造船厂取用柴电混合动力系统，相对应匹配的柴电混合动力系统还需从国外进口供货。这一阶段的典型船舶包括: 江南船厂出口挪威的16400 t化学品船、金陵船厂为芬兰FOＲTUM公司建造25000DWT化学品船等。

第二阶段，2009年前后，中船重工集团公司第七一一研究所在柴电混合动力系统的关键技术上有着重大突破，研制出电机定转速柴电混合动力系统，并为粤海铁火车渡轮 3#、4#船供货。粤海铁火车渡轮3#、4#船配置的柴电混合动力系统可实现轴带发电 ( PTO) 模式、电机推进 (PTI) 模式等，不仅改善了系统的燃油经济性，而且提高了火车渡轮动力系统的安全冗余性。