氢能电池体系在电力船只推动体系中具有巨大使用潜力。推动体系高温超导磁储能体系(HTS-SMES)凭借其高功率密度、快速呼应和高效率等优势，可明显下降氢能电池体系的动态功率呼应需求。虽然超导体在直流运转状况下具有零电阻特性，但在充放电过程中沟通电(AC)损耗会明显发生于超导线圈内部，这不仅下降了体系的整体效率，还添加了失超危险超导线圈因而，在氢-电池-SMES体系规划与优化过程中，剖析和优化SMES的沟通损耗至关重要。本研讨针对氢-电池-SMES体系中的SMES器件，在三种工况下打开沟通损耗研讨能量办理战略、份额积分(PI)操控、含糊逻辑以及等效氢耗最小化战略。结果表明，负载功率的高动摇性会导致超导磁储能体系沟通损耗明显添加。在三种战略中，含糊逻辑办理办法发生的沟通损耗最低。本文提出选用正交实验法优化超导磁储能结构。根据神经网络的操控战略被提出以完成超导磁储能体系沟通损耗最小化。与PI操控相比，选用该操控计划可使超导磁储能沟通损耗最高下降64.2%。

引言

船只电力推动概念近年来被提出[1,2]。燃料电池技能具有效率高、污染近乎为零、燃料多样化以及振动噪声低一级优势。跟着燃料电池技能的不断老练及其在多个领域的广泛使用，其在动态船只体系中的运用已成为航运界关注的热点[3,4]。
单一类别的储能设备无法同时满足高功率载体对瞬态和稳态电能的需求。因而，能源办理体系（EMS）已成为解决这一问题的有效办法[2,5,6]。EMS通常需要与不同类型的储能设备协同作业。能量型设备具有明显的能量密度，并能够支持长期的充放电循环。与之相反，功率型设备展现出更高的功率密度，其首要优势在于快速功率盯梢才能[[7], [8], [9], [10]]。
常见的根据电化学原理的储能技能包含多种电池类型。具有高功率密度特性的储能技能首要包含超导磁储能体系（SMES）和超级电容器（SCs）[11]。表1比照了这些技能的首要特性指标。与其他电池体系相比，锂离子电池已被证明具有更高的能量密度和转换效率。此外，锂离子电池的梯次使用将明显提升其经济性，这使得该技能在电动汽车、电动巴士及电动船只等交通运输领域具有明显优势[[12], [13], [14]]。
超级电容器(SCs)具有长寿命周期、极快呼应时刻、适应多样化环境的特色，且不受放电深度(DoD)影响。但是其较高的日自放电率会导致明显的能量耗散，并发生更高的资本成本。该技能被广泛使用于脉冲功率体系、配备桥接电源、不间断电源(UPS)设备，并作为按捺风力发电中短期快速动摇的有效手段[15,16]。
超导磁储能体系（SMES）根据高功率密度、近乎无限的充放电循环次数以及峰值电流处理才能的原理运转。其技能难点在于制冷体系的杂乱性以及强磁场引发的环境问题。SMES的首要使用领域集中于微电网电能质量问题治理与间歇性可再生能源功率动摇平抑[17,18]。相较于超级电容器（SCs），SMES具备更低的自放电率。此外，跟着高温超导资料和低温技能的快速开展，SMES展现出广阔的使用前景。
本研讨将超导磁储能体系(SMES)与锂离子电池组合构成混合储能体系(HESS)。作为典型的功率型设备，SMES能明显提升燃料电池、蓄电池等电源的功率呼应特性[[19], [20], [21]]，然后快速调理功率动摇，确保体系运转动态的和谐一致。针对由SMES与电池储能体系(BESS)构成的HESS，研讨提出了一种分层操控战略[22]。针对船只风电体系，文献[23]提出了一种SMES与BESS混合储能配置计划。在全电力推动船只领域，研讨[24]选用动态下垂操控战略完成了SMES/蓄电池混合储能体系（HESS）。进一步地，文献[25]提出了一种整合SMES、BESS及动态电压恢复器的HESS战略。此外，文献[26,27]将SMES与燃料电池相结合，完成了电力体系的高效能量办理。
鉴于电动船只具有杂乱结构和多变工况的特性，规划合理高效的能源办理战略至关重要。现在实际使用中选用的能源办理战略可分为两类：根据规矩的能源办理战略和根据优化的能源办理战略[28]。
根据规矩的能量办理战略依赖专家经验值，经过制定一系列规矩，结合当时功率需求与储能体系状况，切换运转形式并调整各动力源的功率输出。有研讨提出根据含糊操控的能量办理战略[29]，结果表明该战略可使超级电容承担更具动态性的负载，然后调控燃料电池的作业区间，进步体系效率。此外，一种含糊操控算法使电池与超级电容器能够密切协作，以应对峰值和脉冲负载，然后保持体系安稳高效的运转[30]。
根据优化的能量办理战略的核心思维是剖析方针特性，确定优化方针及相关约束条件，树立整体优化模型，并选用优化算法求解方针函数的最小值。根据优化的能量办理战略包含模型猜测操控（MPC）[31,32]和等效燃油耗费最小战略（ECMS）[33,34]。
其他前沿办法正在研讨中。有研讨提出选用遗传算法优化含糊逻辑操控器的Fuzzy-GA办法，以完成超导磁储能装置与电池间的有效功率分配[18]。另有一种双层能量办理体系被提出，其结合了根据氢耗的优化战略与根据状况规矩的战略，用以进步船只燃料耗费效率[35]。此外，部分根据学习的能量办理战略依托人工智能算法，经过剖析历史数据或实时猜测信息，操控战略可自主学习并调整参数，然后优化混合动力体系的运转[[36], [37], [38], [39]]。
但是，当将SMES使用于EMS时，充放电过程中发生的沟通损耗会导致SMES发热。温度升高会下降SMES的临界电流，然后导致储能容量下降并添加失超危险，然后影响磁体的安全性与安稳性。此外，这会添加磁体的冷却成本，制冷体系需耗费数百倍的能量以耗散SMES沟通损耗所发生的热量[[40], [41], [42]]。文献[43]提出了一种冷却体系的整体规划计划，其要害评价要素包含超导磁储能体系(SMES)的沟通损耗与热负荷。经过树立SMES热模型，研讨人员剖析了磁体的热特性，并讨论沟通损耗与温度改变的联系[44]。为下降沟通损耗，文献[45]提出约束SMES功率输出的安全运转战略，然后按捺磁体温升。因而，对SMES沟通损耗进行准确核算并完成最大化下降具有重要工程意义。本研讨聚焦SMES沟通损耗问题，旨在完成超导磁储能体系在能量办理体系(EMS)中的可靠集成。
现有研讨首要集中于核算单个超导磁储能体系(SMES)的沟通损耗。根据H-Formulation[46]，研讨者提出了一种均质化模型用于猜测混合型SMES磁体的沟通损耗。针对集成于1兆瓦/1秒不间断电源-SMES体系中的传导冷却低温超导(LTS)脉冲线圈，其内部沟通损耗已得到预算[47]，该评价可确保体系免受瞬态电压Drop的影响。此外，经过联合使用H-Formulation与A-Formulation，研讨人员开发了适用于100兆焦耳圆形高温超导(HTS)SMES的完好沟通损耗模型[48]。更进一步地，针对100千焦HTS SMES体系中的螺线管型磁体线圈几许参数进行了优化，并核算了优化后单个螺线管SMES的沟通损耗[49]。另有研讨选用核算电动力学办法猜测SMES沟通损耗，并讨论了外场与电流密度对SMES沟通损耗的影响[50]。但是，针对电磁导弹体系（EMS）层面的超导磁储能体系（SMES）沟通损耗问题，现在简直未有研讨触及，且缺少相应的优化战略。
本研讨使用MATLAB/Simulink构建了包含燃料电池、电池和SMES的EMS体系。选用根据T-A公式的有限元模型（FEM）核算SMES中的沟通损耗，剖析了SMES在不同运转阶段的沟通损耗，并比较了PI操控、含糊逻辑和ECMS三种操控战略下的沟通损耗特性。经过正交规划办法对SMES结构进行了优化规划。此外，提出了两种根据神经网络的战略以下降SMES沟通损耗，并对它们的性能进行了比照剖析。在此基础上，开发了一种归纳考虑SMES沟通损耗与燃料电池氢气耗费的优化战略。
本文的创新点如下：
研讨了电磁储能体系（SMES）在能量办理体系（EMS）下的沟通损耗特性，比照了不同能量办理战略对SMES沟通损耗的影响。
提出一种根据正交实验的SMES结构优化办法，经过规划SMES内径、饼式线圈数量、线圈匝数以及饼间空隙等参数来下降其沟通损耗。