一种纯电驱动船舶动力系统的参数匹配与仿真验证方法及装置与流程

本技术涉及船舶动力系统，尤其涉及一种纯电驱动船舶动力系统的参数匹配与仿真验证方法及装置。

背景技术：

1、在现有纯电驱动船舶动力系统设计过程中，设备参数匹配仍然主要依赖经验设计，容易造成燃料电池、锂电池、电机和变换器之间功率配置不协调。设计人员通常根据船舶功率需求简单选取燃料电池额定功率、电池容量、电机功率和变换器功率，可能导致系统在实际运行过程中出现功率响应不足、电池过度放电或母线电压波动较大的问题。同时，部分设计方案只完成静态功率匹配，未进一步通过动态仿真验证船舶在启动、加速、巡航、减速、靠泊和应急工况下的功率响应、soc变化、直流母线电压稳定性和续航能力，导致方案在实际应用中可能出现功率不足、设备冗余过大、电池soc下降过快、母线电压波动较大等问题。

技术实现思路

1、本技术实施例的主要目的在于提出一种纯电驱动船舶动力系统的参数匹配与仿真验证方法及装置，能够解决现有纯电驱动船舶动力系统设计中参数匹配依赖经验、设备配置不协调和动态工况验证不足的问题。

2、为实现上述目的，本技术实施例的一方面提出了一种纯电驱动船舶动力系统的参数匹配与仿真验证方法，所述方法包括以下步骤：

3、获取目标纯电驱动船舶的目标船舶基础参数和航行任务参数；

4、根据所述航行任务参数，将船舶运行过程划分为多个典型航行工况；

5、根据所述目标船舶基础参数，计算不同典型航行工况下的推进功率需求和总负载功率需求；

6、根据所述推进功率需求和所述总负载功率需求，对纯电驱动船舶动力系统中的推进电机、燃料电池系统、锂电池系统、dc/dc变换器、逆变器以及直流母线进行参数配置；

7、根据参数配置结果构建纯电驱动船舶动力系统仿真模型，进而将不同典型航行工况的功率序列输入所述纯电驱动船舶动力系统仿真模型进行仿真验证，得到仿真验证结果；

8、对所述仿真验证结果进行性能指标评价，得到性能指标评价结果；

9、根据所述性能指标评价结果，对所述参数配置结果进行修正，得到参数配置方案。

10、在一些实施例中，所述目标船舶基础参数包括船长、型宽、吃水、排水量、载客量、设计航速、最大航速、经济航速、目标航程、续航时间、航行水域、推进形式、辅助负载功率以及锂电池动态补偿能力，所述典型航行工况包括启动航行工况、低速航行工况、加速航行工况、减速航行工况、高速航行工况、巡航航行工况、靠泊航行工况以及应急航行工况。

11、在一些实施例中，所述根据所述目标船舶基础参数，计算不同典型航行工况下的推进功率需求和总负载功率需求，具体包括：

12、根据所述船长、所述型宽、所述吃水以及所述排水量，计算得到船舶阻力；

13、根据所述设计航速、所述最大航速以及所述经济航速，确定每一典型航行工况下的船舶航速，并根据所述推进形式确定推进效率和推进负载特性；

14、根据所述船舶阻力、所述船舶航速以及所述推进效率，计算得到不同典型航行工况下的所述推进功率需求；

15、根据所述推进功率需求和所述辅助负载功率，计算得到不同典型航行工况下的总负载功率需求。

16、在一些实施例中，所述根据所述推进功率需求和所述总负载功率需求，对纯电驱动船舶动力系统中的推进电机、燃料电池系统、锂电池系统、dc/dc变换器、逆变器以及直流母线进行参数配置，具体包括：

17、根据所述总负载功率需求，提取最大负载功率和持续巡航功率；

18、根据所述最大负载功率、所述持续巡航功率以及所述推进负载特性，对所述推进电机的额定功率、峰值功率、转速以及输出转矩进行参数配置；

19、根据所述推进功率需求、所述最大负载功率、所述辅助负载功率以及所述锂电池动态补偿能力，对所述燃料电池系统的额定功率、最大输出功率以及功率变化率进行参数配置；

20、根据所述最大负载功率和所述锂电池动态补偿能力，对所述锂电池系统的最大放电功率、所需能量以及额定容量进行参数配置；

21、分别对所述dc/dc变换器和逆变器的额定功率进行参数配置，对所述直流母线的电压等级进行参数配置。

22、在一些实施例中，所述根据参数配置结果构建纯电驱动船舶动力系统仿真模型，进而将不同典型航行工况的功率序列输入所述纯电驱动船舶动力系统仿真模型进行仿真验证，得到仿真验证结果，具体包括：

23、根据所述参数配置结果，依次构建燃料电池系统模型、锂电池系统模型、dc/dc变换器模型、逆变器模型、直流母线模型、推进电机模型、推进负载模型、辅助负载模型、典型工况输入模型以及能量管理控制模型，得到所述纯电驱动船舶动力系统仿真模型；

24、将不同典型航行工况的所述功率序列输入所述纯电驱动船舶动力系统仿真模型进行仿真验证，输出所述仿真验证结果；

25、其中，所述仿真验证结果包括功率响应结果、锂电池电荷变化、直流母线电压变化、续航能力以及系统效率。

26、在一些实施例中，所述对所述仿真验证结果进行性能指标评价，得到性能指标评价结果，具体为：

27、根据所述仿真验证结果进行功率跟踪误差、锂电池电荷状态变化范围、直流母线电压偏差、续航能力、系统效率与设备功率利用率评价，得到所述性能指标评价结果。

28、在一些实施例中，所述根据所述性能指标评价结果，对所述参数配置结果进行修正，得到参数配置方案，具体包括：

29、确定约束条件；

30、若功率跟踪误差、锂电池电荷状态变化范围、直流母线电压偏差、续航能力、系统效率与设备功率利用率评价对应的所述性能指标评价结果均满足所述约束条件，不对所述参数配置结果进行修正，得到第一参数配置方案；

31、若功率跟踪误差、锂电池电荷状态变化范围、直流母线电压偏差、续航能力、系统效率与设备功率利用率评价对应的所述性能指标评价结果中的至少一项不满足所述约束条件，对对应的所述参数配置结果进行修正，得到第二参数配置方案。

32、为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种纯电驱动船舶动力系统的参数匹配与仿真验证装置，所述装置包括：

33、参数获取模块，用于获取目标纯电驱动船舶的目标船舶基础参数和航行任务参数；

34、典型工况划分模块，用于根据所述航行任务参数，将船舶运行过程划分为多个典型航行工况；

35、功率计算模块，用于根据所述目标船舶基础参数，计算不同典型航行工况下的推进功率需求和总负载功率需求；

36、参数配置模块，用于根据所述推进功率需求和所述总负载功率需求，对纯电驱动船舶动力系统中的推进电机、燃料电池系统、锂电池系统、dc/dc变换器、逆变器以及直流母线进行参数配置；

37、仿真验证模块，用于根据参数配置结果构建纯电驱动船舶动力系统仿真模型，进而将不同典型航行工况的功率序列输入所述纯电驱动船舶动力系统仿真模型进行仿真验证，得到仿真验证结果；

38、性能指标评价模块，用于对所述仿真验证结果进行性能指标评价，得到性能指标评价结果；

39、配置结果修正模块，用于根据所述性能指标评价结果，对所述参数配置结果进行修正，得到参数配置方案。

40、为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前面所述的方法。

41、为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前面的方法。

42、本技术实施例至少包括以下有益效果：本技术的纯电驱动船舶动力系统的参数匹配与仿真验证方法及装置，首先获取目标船舶基础参数和航行任务参数，然后构建船舶典型航行工况，对不同典型航行工况的推进功率需求和总负载功率需求进行计算，在此基础上作为推进电机、燃料电池系统、锂电池系统、dc/dc变换器、逆变器以及直流母线参数匹配的基础输入；完成初始参数匹配后，进一步建立系统级仿真模型，对典型航行工况进行动态仿真验证，并根据仿真验证结果进行性能指标评价，最后根据性能指标评价结果对初始的参数配置结果进行修正，得到最终的参数配置方案。本技术从船舶航行任务和典型航行工况出发，建立推进功率、总负载功率和关键设备参数之间的对应关系，使燃料电池系统、锂电池系统、推进电机、dc/dc变换器、逆变器以及直流母线的参数配置更加系统和合理，并根据建立的动力系统仿真模型进行动态仿真验证、性能指标评估与参数修正，能够降低设备参数配置不足或过度冗余的风险，提高参数配置的可靠性、安全性以及稳定性。