太阳能船舶在综合运动下改善蓄电池损耗的方法技术

本发明专利技术提供的是一种太阳能船舶在综合运动下改善蓄电池损耗的方法。包括生成多情景，获得船舶具体参数，对长峰波随机海浪进行分析，在固定倾角辐照度计算的基础上进行参数修正，计算光伏板倾斜表面上的辐照度，得到两种运动情况下的光伏板板的输出功率，设计超级电容的容量，蓄电池的容量确定等。考虑船舶摇摆和不计船舶摇摆情况下，存在明显的较高频率的波动功率存在，这种较高频率的波动功率对储能设备的组成和容量选择方面有较大的影响，采用超级电容+蓄电池的混合储能系统不仅可以平抑频繁的功率波动，同时对降低储能总系统的经济性有较好的效果，提高了对新能源船舶系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
太阳能船舶在综合运动下改善蓄电池损耗的方法
本专利技术设计的是一种太阳能混合能源船的蓄电池控制方法，具体地说是一种考虑了船舶在综合运动下改善蓄电池损耗的方法。
技术介绍
在全球每年碳、氮排放物中，有一定比例是由海洋航运业排放造成的。太阳能等可持续能源与船舶传统发电设备一起混合供电成为船舶供电系统的新趋势。船舶在航行过程中的经纬度会时刻发生变化，同时船舶存在摇摆现象，这就使得对船舶中的光伏板辐照度的实际接收量和传统陆地上是有所差别的，因而船舶光伏系统的输出功率也与陆地系统不同。目前，利用可再生能源作为船舶全部或部分供电设备，多只是借鉴甚至套用陆地光伏系统的经验，并没有考虑船舶上光伏发电装置的特殊性，即没有考虑船舶综合运动对光伏发电设备造成的影响。太阳能混合能源船在综合运动下会产生摇摆，这种摇摆现象会导致光伏系统产生波动的输出功率，这种特有的波动功率，不仅影响船舶混合电源系统的电源部分的设计，还会对储能系统造成影响。若这种特有的波动功率频率不是很低，则可能无法只依靠蓄电池进行对波动功率的吸纳。电池充放电次数的限制，频繁充放电会降低电池的储能能力和实际使用寿命、增大电池更换频率，进而会增加实际储能成本和加大对环境污染。因此，船舶在综合运动下对储能系统进行合理地选择，对含新能源船舶系统的稳定性、提高储能系统的经济性、光伏的发电系统的规划等领域具有重要意义，对含有储能的绿色船舶能源系统的科学规划、经济调度和电能调控提供了新的思路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能准确对船舶中的混合储能系统进行选择，在船舶综合运动下减小蓄电池损耗的太阳能船舶在综合运动下改善蓄电池损耗的方法。本专利技术的目的是这样实现的：1)根据实际航线，通过历史数据统计出不同时段不同航段下对船舶横摇产生主要影响参数的范围，并采用超拉丁立方体抽样生成多场景，所述主要影响参数包括海况、海上风速、波高、对应风级；2)根据航行船舶的型号来获得船舶具体参数，所述船舶具体参数包括水线面系数、排水体积、型宽、型深；3)对长峰波随机海浪进行分析，并通过海况、船舶具体参数和浪向对波倾角进行修正，得到船舶横摇角的波动情况；4)在固定倾角辐照度计算的基础上进行参数修正，确定船舶在航行中任意时刻的光伏板处的地外辐照度；5)考虑船舶综合运动和仅进行平移运动两种情况来计算光伏板倾斜表面上的辐照度；6)根据计算出来的辐照度分别得到上述两种运动情况下的光伏板板的输出功率，超级电容在这里用来吸收此部分光伏波动功率，负荷的波动功率由蓄电池承担；7)用多次航程超级电容储能环节吸纳能量的最大值来设计超级电容的容量；8)另一部分，蓄电池的容量确定则根据所确定的具体目标、负荷情况、柴油机情况和船舶运行时的运行状况而确定；9)在确定超级电容的最小容量后，对超级电容的数量和占地面积进行确定。超级电容具有充放电次数多，功率密度虽大，能量密度小、能量自持率低等特性，所以为了保证并延长蓄电池的寿命周期，电池+超级电容的混合储能方式被应用到新能源船舶中。为了能更准确的对船舶中的混合储能系统进行选择，本专利技术提出了一种考虑船舶综合运动下减小蓄电池损耗的方法。本专利技术所达到的有益效果：考虑船舶摇摆和不计船舶摇摆情况下，存在明显的较高频率的波动功率存在，这种较高频率的波动功率对储能设备的组成和容量选择方面有较大的影响，采用超级电容+蓄电池的混合储能系统不仅可以平抑频繁的功率波动，同时对降低储能总系统的经济性有较好的效果，提高了对新能源船舶系统的稳定性。附图说明图1为
技术实现思路
技术流程图；图2a图2b为确定超级电容容量的示意图。具体实施方式下面结合附图来进一步描述本专利技术。附图所描述的内容只是为了介绍本专利技术的原理，而不是用来对本专利技术保护范围进行限制。本专利技术针对综合运动下的新能源船舶，包括发电设备(光伏板，柴油发电机)、负荷以及储能设备，考虑到船舶位置的运动和船体摇摆运动，地理经纬度、天气状况、时间因素、海洋环境和船舶自身特点诸多因素，本专利技术涉及混合储能的容量确定方法，具体包括如下步骤：步骤1)分段统计出不同时段不同航段下海况、海上风速、波高、对应风级等对船舶横摇产生主要影响参数的范围，生成多情景Ki；并统计出某型号船舶的相关参数。步骤2)通过对长峰波随机海浪的分析以及通过海况、浪向对波倾角进行修正，依据求得船舶横摇运动的横摇角度横摇是船舶运动的6个自由度中对船体影响最大的自由度之一。步骤3)确定船舶在航行中任意时刻的PV(光伏板)板处的地外辐照度E，如式(1)所示。将时间分割成足够小，那么在每一个时间段内，光伏板倾角固定，而不同时段之间的倾角不同。在固定倾角辐照度的基础上依据式(2)、式(3)对地外太阳辐照度进行修正，首先对太阳赤纬角Ec、光伏板所在纬度Du、光伏板倾斜角B、太阳时角ωand光伏板方位角γ进行修正。其中，Lu为实时纬度,Du为实时经度。E＝Encosi(1)Lu＝L0-(180/π)(V0/r)(t/3600)sin(JD)(2)Du＝D0-(180/π)(V0/r)(t/3600)cos(JD)(3)式中：JD为船舶航向，即船舶轴线和正南向的夹角；r为地球的平均半径，取值为6371.39km；L0、D0为t0时刻的纬度和经度。步骤4)在船舶综合运动和仅平移运动两种情况来计算光伏板倾斜表面上的辐照度HT，其中，总辐照度包括直接光照、漫反射(HF)(来自水蒸汽、云层和他空气微尘的漫反射)和反射光照辐照度(HS)(来自地面及海平面的反射)三部分，如(4)所示。HT＝HT+HS+HF(4)步骤5)根据计算出来的辐照度分别得到综合运动下船舶上PV板的输出功率Py(综合运动下)和Pk(仅平移运动)，SC(超级电容)在这里用来吸收此部分光伏波动功率，负荷的波动功率则由蓄电池承担,如图2a所示，我们可以得到PT时刻为我们需要计算超级电容容量的时刻；步骤6)不同的季节，PV系统的输出功率是不同的，为使SC可以完美的吸纳光伏波动功率，应该对多次航程超级电容储能环节吸纳能量的最大值来设计超级电容的容量。通过图2b，以及式(7)、(8)、(9)、(10)可设计出超级电容的容量Csc,min，Csc,min为波动功率所需要的最小SC容量值。Esc，rated为存储的最小能量；SC的额定电压为Vref，最大端电压为Vsc，max。Esc，rated＝ΔEsc/0.75(9)步骤7)在已知超级电容的最小容量后，进行超级电容的安装确定情况。根据超级电容最小容量，所选SC的额定电压、单体额定容量、绝对最大电流来确定安装超级电容器组的串并联的个数，从而得出SC的总体积，设备的占地面积，若考虑绝缘安全、散热、维修维护需要，SC的占用空间会更大。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能船舶在综合运动下改善蓄电池损耗的方法，其特征是：1)根据实际航线，通过历史数据统计出不同时段不同航段下对船舶横摇产生主要影响参数的范围，并采用超拉丁立方体抽样生成多场景，所述主要影响参数包括海况、海上风速、波高、对应风级；2)根据航行船舶的型号来获得船舶具体参数，所述船舶具体参数包括水线面系数、排水体积、型宽、型深；3)对长峰波随机海浪进行分析，并通过海况、船舶具体参数和浪向对波倾角进行修正，得到船舶横摇角的波动情况；4)在固定倾角辐照度计算的基础上进行参数修正，确定船舶在航行中任意时刻的光伏板处的地外辐照度；5)考虑船舶综合运动和仅进行平移运动两种情况来计算光伏板倾斜表面上的辐照度；6)根据计算出来的辐照度分别得到上述两种运动情况下的光伏板板的输出功率，超级电容在这里用来吸收此部分光伏波动功率，负荷的波动功率由蓄电池承担；7)用多次航程超级电容储能环节吸纳能量的最大值来设计超级电容的容量；8)另一部分，蓄电池的容量确定则根据所确定的具体目标、负荷情况、柴油机情况和船舶运行时的运行状况而确定；9)在确定超级电容的最小容量后，对超级电容的数量和占地面积进行确定。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能船舶在综合运动下改善蓄电池损耗的方法，其特征是：1)根据实际航线，通过历史数据统计出不同时段不同航段下对船舶横摇产生主要影响参数的范围，并采用超拉丁立方体抽样生成多场景，所述主要影响参数包括海况、海上风速、波高、对应风级；2)根据航行船舶的型号来获得船舶具体参数，所述船舶具体参数包括水线面系数、排水体积、型宽、型深；3)对长峰波随机海浪进行分析，并通过海况、船舶具体参数和浪向对波倾角进行修正，得到船舶横摇角的波动情况；4)在固定倾角辐照度计算的基础上进行参数修正，确定船舶在航行中任意时刻的光伏板处的地外辐照度；5)考虑船舶综合运动和仅进行平移运动两种情况来计算光伏板倾斜表面上的辐照度；6)根据计算出来的辐照度分别得到上述两种运动情况下的光伏板板的输出功率，超级电容在这里用来吸收此部分光伏波动功率，负荷的波动功率由蓄电池承担；7)用多次航程超级电容储能环节吸纳能量的最大值来设计超级电容的容量；8)另一部分，蓄电池的容量确定则根据所确定的具体目标、负荷情况、柴油机情况和船舶运行时的运行状况而确定；9)在确定超级电容的最小容量后，对超级电容的数量和占地面积进行确定。2.根据权利要求1所述的太阳能船舶在综合运动下改善蓄电池损耗的方法，其特征是所述在固定倾角辐照度计算的基础上进行参数修正，确定船舶在航行中任意时刻的光伏板处...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏达，李亚楠，张晴，王琦，李志鹏，杨双铭，韩阳，戴成，王禹婷，万立冬，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23