漁船電動動力系統仿真

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的不斷發展，由于以柴油機為動力的傳統漁船排放的污染物較多、能源利用率低、噪音污染嚴重。而使用電力驅動的新能源船舶可以有效解決上述問題。漁業船舶電動動力系統主要由充電系統與放電系統兩部分構成。充放電系統的建模是研究漁業船舶電動動力系統的基礎。分別建立了由雙向DC/DC變換器和AC/DC整流器所構成的充電系統、由Buck-boost DC/DC變換器和三相VSR所構成的放電系統。在Matlab/Simulink中對本次充放電系統的進行仿真實驗。結果顯示，充電系統可以在5小時左右將動力電池系統充滿電;針對放電系統，可以在定額負載下實現穩定運行。本次仿真實驗驗證了該模型的正確性與可行性，研究結果對于電動動力系統在漁業船舶中的應用具有一定的參考價值。

關鍵詞：漁業船舶;電動動力系統;雙向DC/DC變換器;AC/DC逆變器;三相VSR;Simulink仿真

中圖分類號：S972.7? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）10-0098-02

1引言

近年來，隨著新能源技術的不斷發展，新能源技術已在各個領域得到快速發展[1]。我國雖然已在漁業裝備領域取得長足發展，但是我國現有漁業輔助漁船大多仍使用老式柴油機進行驅動。其相對于新能源船舶而言，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、且幾乎沒有噪音，所以使用綠色電能來代替傳統漁業船舶的推進動力已經成為一種行業趨勢[2]。

充放電系統的建模是研究漁業船舶的基礎，本文通過對漁業船舶的電動動力系統中的動力電池組、DC/AC逆變器、AC/DC整流器等關鍵部件進行仿真建模并加以分析，仿真結果表明，該電動動力系統設計可以滿足其正常工況下的使用需求。

2漁業船舶電動動力系統仿真實驗

按照漁業船舶動力系統與充電系統拓撲結構，在Matlab/simulink中搭建該船舶電動動力系統的仿真模型，以檢驗該模型的正確性及合理性。其參數如下，將岸電電源電壓、頻率分別設置為380V、50hz，直流側濾波電感L=1e-6、電容C=1e-3，選取Simulink/Simscape中的battery對動力電池系統進行仿真建模，在battery中將電池類型更改為Lithium-Ion，將電池參數中的Nominal-voltage設置為380V，Rated capacity設置為1000Ah，初始SOC設置為30%，Battery response time設置為1s，對充電系統中的關鍵部件進行仿真建模，將Stop Time設置為1s，由圖5可知，該船舶動力電池系統的充電荷電狀態較為穩定;動力電池系統的充電電流在仿真時間=0S時出現波動，通過圖6可知，充電系統充電電流仿真時間=0.1S后充電電流處于穩定狀態，其穩定在200A，動力電池系統的額定容量為1000Ah，按照恒流充電計算，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計需求;由圖7可知，該船動力電池系統充電電電壓在仿真時間=0 S出現波動，在仿真時間=0.8S時動力電池系統的充電電電壓處于穩定狀態。可以滿足動力系統正常充電的要求。

由圖3可知，當對該漁業船舶正常航行的工況進行仿真時，其直流母線電壓在仿真時間為0.4s后穩定在144V，符合其初始設計工況;將其通過三相逆變器進行逆變，其三相負載電壓在仿真開始后始終處于穩定狀態，穩定在144V，且幾乎沒有諧波產生。可以滿足該漁業船舶在正常行駛工況的供電需求。

3 結論

本次仿真對漁業船舶電動動力系統的拓撲結構進行了研究與設計，并對該電動動力系統中雙向buck-boost DC/DC控制器，DC/AC逆變器與AC/DC電壓型整流器等關鍵部件進行建模，通過Matlab/simulink進行仿真實驗，實現了動力系統中的動力電池系統的充放電仿真。但是本文僅對理想工況下的漁業船舶進行了理論研究，并未考慮實際工況下該漁業船舶可能面臨的風浪阻力，以及極端條件下的航行問題，對于上述問題，還需要對其進一步進行研究。

參考文獻：

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[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.

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