基于负荷预测的多能源船舶智能功率分配方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种基于负荷预测的多能源船舶智能功率分配方法，包括：采集电力参数；确定各能源的实际输出功率；采集负荷功率实际值；确定负荷功率预测值；确定待分配的负荷功率；对待分配的负荷功率进行分解，将分解后的功率信号对应分配给相应的储能元件作为其负荷功率分配值；根据采用的多能源起停控制策略，对各能源的输出功率进行调整，控制储能元件的充放电状态及发电机的起停。本申请的方法增强负荷预测的真实性，利用小波分解，将高低频信号分解给不同性能的储能元件，增强船舶电网供电的稳定性，延长储能元件的使用寿命，减少船舶的柴油发电机频繁起停所带来的经济与环保问题。

Intelligent power distribution method and device for multi energy ship based on load forecasting

【技术实现步骤摘要】
基于负荷预测的多能源船舶智能功率分配方法及装置
本专利技术涉及多能源船舶功率分配，具体涉及一种基于负荷预测的多能源船舶智能功率分配方法及装置。
技术介绍
为缓解能源问题和环境污染问题，新能源船舶成为未来船舶发展的重要方向，太阳能即具有相当潜力的绿色能源。随着技术的发展，光伏电池转换效率逐渐提高，光伏发电在船舶上具有广阔的应用前景。然而，基于太阳能的间歇性、船舶的面积、空间以及航行区域大的特点，在大型远洋船舶上，仅仅依靠光伏发电难以满足全船负载需求功率，亦难以保证船舶供电的可靠性，通常需要传统的柴油发电机电源。因此，采用柴油发电、太阳能发电及储能装置构成的船舶电力微网是多能源船舶电力系统的发展方向之一。船舶的驾控情况发生变化，其负荷功率需求也随之改变。为实现多能源供电与船舶驾控负荷的功率匹配，需要配合高校的功率分配方法和策略，解决新能源利用的瓶颈问题，延长设备使用寿命，提高供电的可靠性。公告号为CN103332284B的专利技术专利，公开了一种混合动力船舶电力推进系统的能量管理与控制方法，虽然涉及到超级电容与锂电池，但是并没有根据不同储能装置的特性设计能量管理策略，且能量经多次转化使得效率较低。公开号为CN203318671U的专利技术专利，公开了一种船用复合能源装置及设置有复合能源装置的船舶，但仅探讨了超级电容与蓄电池在船舶电网中的应用，并没有涉及作为辅助推进能源的作用以及超级电容与蓄电池能源的管理控制方法。诸如上述专利的现有技术中虽然涉及到储能装置在船舶中的应用，但并未就如何充分应用光伏发电、储能装置以改善柴油发电机的性能提供合理的能源管理策略。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术目的是提供一种基于负荷预测的多能源船舶智能功率分配方法，通过利用改进的粒子群算法对任一时刻的复合功率进行预测，实现对多能源的功率进行合理分配，解决现有技术中多能源功率分配不合理，无法充分利用储能装置的缺陷。本专利技术的另一目的在于提供一种基于负荷预测的多能源船舶智能功率分配装置。技术方案：本申请一方面提供了一种基于负荷预测的多能源船舶智能功率分配方法，包括：(1)采集电力参数：利用电力参数采集器采集船舶各能源的电力参数；电力参数包括发电机、光伏板、储能元件的电压、电流，以及储能元件的剩余电量SOC；(2)确定各能源的实际输出功率：根据采集到的的电力参数，分别确定发电机、光伏板和储能元件的实际输出功率；(3)采集负荷功率实际值：根据船舶的驾控信息以及负荷采集器采集的各类负荷需求功率确定船舶的负荷功率实际值；(4)确定负荷功率预测值：根据采集的负荷功率实际值，通过标准粒子群算法，利用负荷功率实际值与负荷功率预测值之间的关系对船舶的负荷功率进行预测，得到负荷功率预测值；(5)确定待分配的负荷功率：将负荷功率预测值与光伏板的实际输出功率的差值作为待分配的负荷功率；(6)对待分配的负荷功率进行一次小波分解，得到高频功率信号、第一低频功率信号和第二低频功率信号，并根据储能元件的属性，将分解后的功率信号对应分配给相应的储能元件，作为储能元件的负荷功率分配值；(7)根据采用的多能源起停控制策略，将负荷功率分配值与实际输出功率进行对比，结合储能元件的剩余电量，对各能源的输出功率进行调整，控制储能元件的充放电状态及发电机的起停。进一步地，在步骤(4)中采用以下步骤确定负荷功率的预测值：(41)将采集的负荷功率实际值中的异常数据进行辨识和预处理，并对预处理后的负荷功率实际值的历史数据进行拟合，得到负荷波动趋势；(42)采用标准粒子群算法，设置粒子速度和位置信息，得到粒子群算法预测值；(43)对比负荷功率实际值的历史数据和粒子群算法预测值，得到实际值与预测值之间的相对误差ERE及平均相对误差EERE，二者通过下述公式可得：Y’为粒子群算法预测值，Y为负荷功率实际值的历史数据；n为采集的历史数据数量，i∈[1，n]，i为正整数；(44)将平均相对误差定义为新的相对误差，将平均相对误差EERE与负荷功率实际值的历史数据回代公式(1)得到任一时刻预测值作为负荷功率的预测值。进一步地，储能元件包括超级电容和蓄电池；在步骤(6)中，将高频功率信号和第一低频信号分配给超级电容，将第二低频信号分配给蓄电池。进一步地，光伏板利用最大功率点追踪技术控制单相DC/DC换流器，以便光伏板能稳定输出其最大功率。进一步地，在步骤(7)中，多能源控制起停策略包括：(71)设定储能元件剩余电量的充电阈值；(72)持续判断储能元件的剩余电量是否越限：若储能元件的剩余电量小于充电阈值，则直接启动发电机，同时控制切换储能元件为充电模式，此时光伏板与发电机为船舶提供能量；否则：(73)比较储能元件的输出功率与储能元件的负荷功率分配值的大小：若输出功率大于负荷功率的分配值，则减少储能元件的输出功率；否则增大储能元件的输出功率；(74)判断储能元件的输出功率能否满足储能元件负荷功率分配值的需求：若无法满足，则启动发电机，将第一低频功率信号分配给发电机。另一方面，本申请还提供了一种基于负荷预测的多能源船舶智能功率分配装置，包括：电力参数采集模块，用于采集船舶各能源的电力参数；电力参数包括发电机、光伏板、储能元件的电压、电流，以及储能元件的剩余电量SOC；实际输出功率确定模块，用于根据采集到的的电力参数，分别确定发电机、光伏板和储能元件的实际输出功率；负荷功率采集模块，用于根据船舶的驾控信息以及负荷采集器采集的各类负荷需求功率确定船舶的负荷功率实际值；负荷功率预测模块，用于根据采集的负荷功率实际值，通过标准粒子群算法，利用负荷功率实际值与负荷功率预测值之间的关系对船舶的负荷功率进行预测，得到负荷功率预测值；待分配负荷功率确定模块，用于将负荷功率预测值与光伏板的实际输出功率的差值作为待分配的负荷功率；功率信号分解模块，用于对待分配的负荷功率进行一次小波分解，得到高频功率信号、第一低频功率信号和第二低频功率信号，并根据储能元件的属性，将分解后的功率信号对应分配给相应的储能元件，作为储能元件的负荷功率分配值；执行控制模块，用于根据采用的多能源起停控制策略，将负荷功率分配值与实际输出功率进行对比，结合储能元件的剩余电量，对各能源的输出功率进行调整，控制储能元件的充放电状态及发电机的起停。进一步地，负荷功率预测模块采用以下步骤确定负荷功率的预测值：(41)将采集的负荷功率实际值中的异常数据进行辨识和预处理，并对预处理后的负荷功率实际值的历史数据进行拟合，得到负荷波动趋势；(42)采用标准粒子群算法，设置粒子速度和位置信息，得到粒子群算法预测值；(43)对比负荷功率实际值的历史数据和粒子群算法预测值，得到实际值与预测值之间的相对误差ERE及平均相对误差EERE，二者通过下述公式可得：Y’为粒子群算法预测值，Y为负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于负荷预测的多能源船舶智能功率分配方法，其特征在于，包括：/n(1)采集电力参数：利用电力参数采集器采集船舶各能源的电力参数；所述电力参数包括发电机、光伏板、储能元件的电压、电流，以及储能元件的剩余电量SOC；/n(2)确定各能源的实际输出功率：根据采集到的的电力参数，分别确定发电机、光伏板和储能元件的实际输出功率；/n(3)采集负荷功率实际值：根据船舶的驾控信息以及负荷采集器采集的各类负荷需求功率确定船舶的负荷功率实际值；/n(4)确定负荷功率预测值：根据采集的负荷功率实际值，通过标准粒子群算法，利用负荷功率实际值与负荷功率预测值之间的关系对船舶的负荷功率进行预测，得到负荷功率预测值；/n(5)确定待分配的负荷功率：将负荷功率预测值与光伏板的实际输出功率的差值作为待分配的负荷功率；/n(6)对待分配的负荷功率进行一次小波分解，得到高频功率信号、第一低频功率信号和第二低频功率信号，并根据储能元件的属性，将分解后的功率信号对应分配给相应的储能元件，作为储能元件的负荷功率分配值；/n(7)根据采用的多能源起停控制策略，将所述负荷功率分配值与所述实际输出功率进行对比，结合储能元件的剩余电量，对各能源的输出功率进行调整，控制储能元件的充放电状态及发电机的起停。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于负荷预测的多能源船舶智能功率分配方法，其特征在于，包括：
(1)采集电力参数：利用电力参数采集器采集船舶各能源的电力参数；所述电力参数包括发电机、光伏板、储能元件的电压、电流，以及储能元件的剩余电量SOC；
(2)确定各能源的实际输出功率：根据采集到的的电力参数，分别确定发电机、光伏板和储能元件的实际输出功率；
(3)采集负荷功率实际值：根据船舶的驾控信息以及负荷采集器采集的各类负荷需求功率确定船舶的负荷功率实际值；
(4)确定负荷功率预测值：根据采集的负荷功率实际值，通过标准粒子群算法，利用负荷功率实际值与负荷功率预测值之间的关系对船舶的负荷功率进行预测，得到负荷功率预测值；
(5)确定待分配的负荷功率：将负荷功率预测值与光伏板的实际输出功率的差值作为待分配的负荷功率；
(6)对待分配的负荷功率进行一次小波分解，得到高频功率信号、第一低频功率信号和第二低频功率信号，并根据储能元件的属性，将分解后的功率信号对应分配给相应的储能元件，作为储能元件的负荷功率分配值；
(7)根据采用的多能源起停控制策略，将所述负荷功率分配值与所述实际输出功率进行对比，结合储能元件的剩余电量，对各能源的输出功率进行调整，控制储能元件的充放电状态及发电机的起停。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中采用以下步骤确定负荷功率的预测值：
(41)将采集的负荷功率实际值中的异常数据进行辨识和预处理，并对预处理后的负荷功率实际值的历史数据进行拟合，得到负荷波动趋势；
(42)采用标准粒子群算法，设置粒子速度和位置信息，得到粒子群算法预测值；
(43)对比负荷功率实际值的历史数据和所述粒子群算法预测值，得到实际值与预测值之间的相对误差ERE及平均相对误差EERE，二者通过下述公式可得：






Y’为粒子群算法预测值，Y为负荷功率实际值的历史数据；n为采集的历史数据数量，i∈[1,n]，i为正整数；
(44)将平均相对误差定义为新的相对误差，将平均相对误差EERE与负荷功率实际值的历史数据回代公式(1)得到任一时刻预测值作为负荷功率的预测值。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储能元件包括超级电容和蓄电池；在步骤(6)中，将高频功率信号和第一低频信号分配给所述超级电容，将所述第二低频信号分配给所述蓄电池。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光伏板利用最大功率点追踪技术控制单相DC/DC换流器，以便所述光伏板能稳定输出其最大功率。


5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(7)中，所述多能源控制起停策略包括：
(71)设定储能元件剩余电量的充电阈值；
(72)持续判断储能元件的剩余电量是否越限：若储能元件的剩余电量小于充电阈值，则直接启动发电机，同时控制切换储能元件为充电模式，此时光伏板与发电机为船舶提供能量；否则：
(73)比较储能元件的输出功率与储能元件的负荷功率分配值的大小：若输出功率大于负荷功率的分配值，则减少储能元件的输出功率；否则增大储能元件的输出功率；
(74)判断储能元件的输出功率能否满足储能元件负荷功率分配值的需求：若无法满足，则启动发电机，将第一低频功率信号分配给发电机。

【专利技术属性】
技术研发人员：沈奎成，戴晓强，赵扬，陆震，吴飞，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32