随着愈加严格的油耗排放法规的实施,高效清洁动力系统在船舶上的应用呈现快速增长的趋势。混合动力系统因其实用性和环境适应性强,节能减排效果显著,成为最具发展潜力的动力方案之一。本文基于一艘串联式混合动力水质监测船舶进行了详细的仿真研究。首先,按照模块化建模思想,基于Simulink仿真平台建立了船舶瞬态动力学模型、永磁同步电机动态模型、柴油机-发电机组稳态模型和锂离子电池模型。然后,从三相电压源逆变器PWM调制原理入手,对比分析了正弦脉宽调制技术（SPWM）、注入三次谐波的SPWM技术（THIPWM）和空间矢量调制技术（SVPWM）特点,确定了基于磁场定向矢量控制算法的电机闭环控制系统。至此,完成船舶混合动力推进系统的建模工作。接着,根据水质监测船的运行环境与工作特点,设计了基于确定规则的能量管理算法。结合柴油机工作特点,以降低燃油消耗率和NOx排放为控制目标,引入了权重系数。当权重系数取值0、0.8、0.9和1时,研究了对柴油机工作点、船舶运行模式、电池SOC参数的影响。以传统柴油机推进系统为对照组,分析预设工况下油耗和NOx排放特性。仿真结果表明,不同权重系数ω下的确定规则算法有效降低油耗38.54%～41.72%,但在=1和ω=0.9下,由于其工况点处于NOx高排放区,未能实现全航程低排放目标,而在=0.8和ω=0下NOx排放分别降低了5.94%和24.50%。最后,本文设计了基于动态规划的能量管理算法,选取电池SOC为状态变量,柴油机输出功率为决策变量,最小燃油消耗率为代价函数,在相同预设工况下进行模型仿真。将基于确定规则的能量管理算法（=1）作为对照组,从柴油机工作状态、电池SOC变化趋势以及动力系统总能耗分析了该动态规划算法的特点。仿真结果表明,动态规划算法下的柴油机集中运行在中高负荷区,且工作状态较稳定,不易受外界环境的影响;完成预设工况后,两种算法下的SOC终了状态较为接近。基于动态规划算法下的系统能耗和油耗均最小,比基于确定规则算法节省约4.33%能耗,比传统柴油机推进节省约24.48%能耗。由于柴油机的预设工作区间处于NOx高排放区,导致基于动态规划算法的NOx排放最高。