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考虑状态耦合特性的动态定位自适应储能系统管理
Adaptive Energy Storage System Management Considering State Coupling Characteristics for Dynamic Positioning
| 作者 | Yingbing Luo · Sidun Fang · Laiqiang Kong · Tao Niu · Guanhong Chen · Ruijin Liao |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年8月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 多物理场耦合 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 船舶电气化 大规模储能系统 状态耦合特性 自适应管理方法 脉冲负载 |
语言:
中文摘要
船舶电气化是不可逆转的发展趋势。大规模储能系统(ESS)集成可有效提高应对不确定航行条件的运行灵活性,尤其是在环境干扰高度不确定的动力定位(DP)场景中。然而,频繁的摇摆工况和不确定的功率需求凸显了储能系统的状态耦合特性,使其动态可行运行范围难以量化,甚至影响其供电能力。为解决这一问题,本文提出了一种考虑状态耦合特性的自适应储能系统管理方法。首先,提出了一种考虑船舶航行惯性的柔性推进功率模型,以减少脉冲负载。然后,基于为期六个月的电池循环实验,提出了一个三阶段状态耦合模型,以捕捉摇摆工况下观察到的电池动态特性,并提出了一种自适应功率控制方案,以应对航行的不确定性。所提方法通过实验室规模的实验系统得到验证。与四种传统方法相比,所提方法的脉冲负载、电压骤降和功率不匹配分别最多降低了28.32%、53.9%和80.24%,且电池始终能在健康功率范围内运行。
English Abstract
The electrification of ships is an irreversible development trend. Large-scale energy storage system (ESS) integration can effectively improve operational flexibility for addressing uncertain navigation conditions, especially in dynamic positioning (DP) scenarios with highly uncertain environmental disturbances. However, frequent swaying conditions and uncertain power requirements protrude the state coupling characteristics of ESSs, making it difficult to quantify their dynamic feasible operation ranges, and even affecting their power supply capabilities. To address this issue, an adaptive ESS management approach that considers state coupling characteristics is proposed in this article. First, a flexible propulsion power model considering the navigation inertia of a ship is proposed to reduce pulse loads. Then, based on a six-month battery cycling experiment, a three-stage state coupling model is proposed to capture the battery dynamics observed under swaying conditions, and an adaptive power control scheme is proposed to account for navigation uncertainties. The proposed method is proven via a laboratory-scale experimental system. Compared with four conventional methods, the pulse loads, voltage sags, and power mismatches of the proposed method exhibit reductions of up to 28.32%, 53.9%, and 80.24%, respectively, and the battery can always operate within a healthy power range.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统业务视角来看,这项针对船舶动态定位场景的自适应储能管理技术具有重要的跨领域借鉴价值。论文聚焦于高度不确定环境下的储能系统状态耦合特性,这与我们在陆上储能系统面临的电网波动、可再生能源间歇性等挑战存在本质相似性。
该研究的核心创新在于三阶段状态耦合模型和自适应功率控制方案。通过六个月的电池循环实验数据,研究团队量化了摇摆工况下的电池动态特性,这对阳光电源开发适应复杂工况的储能系统具有方法论意义。特别是其提出的柔性推进功率模型通过考虑惯性特征来削减脉冲负载,这一思路可直接应用于我们的工商业储能和电网侧储能产品中,用于应对负荷突变和电网频率波动。
实验数据显示,该方法在脉冲负载削减、电压跌落抑制和功率失配控制方面分别实现了28.32%、53.9%和80.24%的改善,这些指标直接关联储能系统的寿命和安全性。对于阳光电源而言,将此类自适应管理算法集成到PowerStack、PowerTitan等储能产品的能量管理系统(EMS)中,可显著提升系统在复杂工况下的鲁棒性和经济性。
技术挑战方面,状态耦合模型的建立需要大量实测数据支撑,且船舶应用的特殊性(机械振动、盐雾腐蚀)与陆上场景存在差异。但该研究验证的自适应控制框架、动态可行域量化方法,以及对电池健康运行边界的精确管控理念,为阳光电源在微电网、离网系统、移动储能等高不确定性场景的产品开发提供了宝贵的技术路径参考。