一种电力推进船舶能效监控管理优化系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种电力推进船舶能效监控管理优化系统和方法，包括电力推进主机配电监测采集方案，建立主机阀值分析模型，采用数据挖掘和主成分分析的航速优化辅助决策，和结合目标船舶船模数值拖曳水池计算和CFD计算进行差值计算实现纵倾优化辅助决策，使能效监控和管理功能更适用于电力推进船舶，提高了电力推进船舶的能效监控的准确性和管理的有效性，同时提高了纵倾优化辅助决策的准确性。本发明专利技术通过智能监控管理电力推进船舶的能耗、提供航行辅助决策，达到了节能减排的效果；基于船舶试验及船机桨匹配关系进行航速优化，建立了主机功率与航速的最优匹配关系；基于船舶数值水池数据计算得到基础数据进行纵倾优化，提升了优化的准确性。化的准确性。化的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种电力推进船舶能效监控管理优化系统和方法


[0001]本专利技术属于智能船舶系统
，具体涉及一种电力推进船舶能效监控管理优化系统和方法。

技术介绍

[0002]电力推进是指船舶通过发电机组发电，然后再通过发动机带动螺旋桨的一种船舶推进方式。电力推进系统由发电机组、推进变压器、推进电动机、配电板、轴系、螺旋桨和监控系统组成。
[0003]船舶能效管理系统具有能效管理、能源管理、能耗设备工况监测、航行状态信息监测、航态分析、SEEMP(船舶能效管理计划)、报表管理等功能模块。通过采集船舶硬件设备输出数据，包括主辅机常规运行参数数据，记录轴功率、风速仪、水平仪、GPS、计程仪、测深仪等设备输出的航行数据，并与岸基进行数据同步，实现船舶能耗设备工况、航行数据和能效数据的船、岸在线监控和分析功能。
[0004]现有的船舶能效管理系统主要针对柴油推进船舶，以提高船舶整体运行效能为目的，寻找最佳节油方案，并进一步降低船舶的营运成本，这种船舶能效管理系统用燃油消耗的确切数据来证明船舶整体运行能效的提高；同时实现减少船舶温室气体排放目的。但目前船舶能效管理系统缺乏针对电力推进船舶的能耗监管和智能辅助决策方案，电力推进器作为船舶上最大的耗能设备，其驱动原理与柴油推进机存在很大不同，柴油推进机通过轴功率仪测量推进电机的输出轴、中间轴、螺旋桨轴或特殊的联轴节在扭矩作用下的变形，得到推进器的输出功率。而电力推进器可通过电信号进行电能的获取，此外二者的功率及航速优化也存在很大不同，电力推进船舶的航速与能耗的关系非常紧密，而目前以船舶油耗和废气的排放量作为能耗指标与航速的关系非常复杂，难以进行航速的准确实时优化。另一方面，在目前船舶能效管理系统提供纵倾优化时缺乏智能性，对目标船舶在不同吃水情况下的纵倾对航速、能耗的影响缺乏数据支持，导致优化结果缺乏实用性和目标性。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种电力推进船舶能效监控管理优化系统和方法，用于提高电力推进船舶的能效监控的准确性和管理的有效性，同时提高纵倾优化辅助决策的准确性。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种电力推进船舶能效监控管理优化系统，包括监控装置、决策装置和服务器；监控装置用于监控船舶的电耗参数和状态并上传给服务器；决策装置用于根据服务器存储的数据进行数据分析和评估，实现电力推进航速优化和纵倾优化；监控装置包括监控设备、配电检测系统、船舶状态传感器和信号采集单元，监控设备、配电检测系统和船载传感器的信号输出端分别连接信号采集单元的信号输入端；监控设备用于对变频器和推进电机的电参量进行实时监控；配电检测系统用于统计船舶的推进器及全船高耗能设备的电耗参数；船舶状态传感器用于采集船舶的状态参
数；信号采集单元用于处理监控设备、配电检测系统和船载传感器采集的参数并上传给服务器；监控设备包括监控主机、车钟手柄、驾驶台、集控台和变频器控制面板；监控主机用于通过现场总线网络对推进电机进行驾驶台控制；车钟手柄用于通过变频器对推进电机进行集控台控制；变频器控制面板用于对推进电机进行机旁控制；监控主机包括功率管理模块和变频调速模块；功率管理模块包括功率管理单元，用于处理电参量并接收驾控台的控制指令；变频调速模块包括变频器，用于控制推进电机、负载电机的启动、停止、转速、转矩，并监测电机的电压、电流、功率和电磁转矩；配电检测系统包括按信号流向依次连接的电参数传感器、电量参数采集设备和终端处理器，电量参数采集设备和终端处理器挂接在总线上；电参数传感器用于采集包括开关量、电流、电压的信号；电量参数采集设备用于接收、处理电参数传感器采集的信号并发送给终端处理器；终端处理器用于定时读取、显示、处理、存储数据，并在数据超出预设范围时报警；决策装置包括评估决策模块、智能评估模块、辅助决策模块、数据分析模块、评估模块、航速优化模块、纵倾优化模块；航速优化模块和纵倾优化模块的输出端分别连接辅助决策模块的输入端；数据分析模块和评估模块的输出端分别连接智能评估模块的输入端；辅助决策模块和智能评估模块的输出端分别连接评估决策模块的输入端；航速优化模块用于通过数据挖掘技术获取船舶电力推进主机的历史电耗与降速、航速、航向、风浪流参数之间的关系，通过数据挖掘和主成分分析确定电力推进能耗的主成分，建立电耗神经网络，实时计算并预估主机电耗和最优航速；纵倾优化模块用于计算不同浮态下满足工程精度要求的静水航行阻力、结合模拟数据计算不同吃水和航速下的主机功率曲线建立3D模型，并应用计算流体动力学计算不同吃水和航速下的纵倾曲线，通过插值求解计算最优的纵倾状态。
[0007]按上述方案，船舶状态传感器包括吃水仪、测深仪、风速风向仪、计程仪、GPS设备、倾斜仪、流量计、压力表、温度仪和轴功率仪；流量计、压力表和温度仪布置在包括柴油发电机和副机的耗能设备的油料进出口，轴功率仪布置在主机轴。
[0008]按上述方案，监控设备包括发电机耗能参数监控设备和副机耗能参数监控设备。
[0009]按上述方案，电参数传感器包括LT208-S7型霍尔电流传感器、LT308-S6型霍尔电流传感器、HAX1000-S型霍尔电流传感器和开关量采集卡。
[0010]按上述方案，电量参数采集设备包括CAN模块iCAN-4055、DSP处理板、电压互感器LV25-400、电源模块、电源滤波器，电源滤波器包括220V单相交流滤波器、220V直流滤波器、380V三相交流滤波器。
[0011]一种电力推进船舶能效监控管理优化方法，包括以下步骤：
[0012]S1：搭建包括监控装置、决策装置和服务器的电力推进船舶能效监控管理优化系统；
[0013]S2：监控装置统计数据船舶的状态数据和电耗参数并上传服务器；
[0014]S3：决策装置从服务器获取数据，根据船舶的状态数据计算所需能效指标，以电力功率的方式对船舶能效水平进行实时的电力推进能效评估，并将评估和决策结果上传服务器；
[0015]S4：监控装置从服务器获取评估和决策结果，设定能效及能耗指标限定值，当船舶能效及能耗指标的实时值超过限定值时，监控装置报警。
[0016]进一步的，所述的步骤S3中，具体步骤为：
[0017]S31：在大量统计数据的基础上，利用多元高斯分布理论建立阈值分析模型，分析能效指标、能量的能效分级曲线和能效阈值，并作为基准数据；
[0018]S32：比较分析船舶当前能效指标与历史运营数据或同工况下最优值，综合评估船舶的能效水平并根据分析结果进行航速优化辅助决策和纵倾优化辅助决策，具体步骤为：
[0019]S321：评估电力推进主机的能效状态，进行航速优化辅助决策：以船舶运行记录作为样本，通过数据挖掘技术获取船舶电力推进主机的历史电耗与降速、航速、航向、风浪流参数之间的关系；通过数据挖掘和主成分分析确定电力推进能耗的主成分，简化输入参数；建立电耗神经网络，构建船舶航行状态识别模型和主机能耗模型；将处理后的实时运行数据输入船舶航行状态识别模型，识别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力推进船舶能效监控管理优化系统，其特征在于：包括监控装置、决策装置和服务器；监控装置用于监控船舶的电耗参数和状态并上传给服务器；决策装置用于根据服务器存储的数据进行数据分析和评估，实现电力推进航速优化和纵倾优化；监控装置包括监控设备、配电检测系统、船舶状态传感器和信号采集单元，监控设备、配电检测系统和船载传感器的信号输出端分别连接信号采集单元的信号输入端；监控设备用于对变频器和推进电机的电参量进行实时监控；配电检测系统用于统计船舶的推进器及全船高耗能设备的电耗参数；船舶状态传感器用于采集船舶的状态参数；信号采集单元用于处理监控设备、配电检测系统和船载传感器采集的参数并上传给服务器；监控设备包括监控主机、车钟手柄、驾驶台、集控台和变频器控制面板；监控主机用于通过现场总线网络对推进电机进行驾驶台控制；车钟手柄用于通过变频器对推进电机进行集控台控制；变频器控制面板用于对推进电机进行机旁控制；监控主机包括功率管理模块和变频调速模块；功率管理模块包括功率管理单元，用于处理电参量并接收驾控台的控制指令；变频调速模块包括变频器，用于控制推进电机、负载电机的启动、停止、转速、转矩，并监测电机的电压、电流、功率和电磁转矩；配电检测系统包括按信号流向依次连接的电参数传感器、电量参数采集设备和终端处理器，电量参数采集设备和终端处理器挂接在总线上；电参数传感器用于采集包括开关量、电流、电压的信号；电量参数采集设备用于接收、处理电参数传感器采集的信号并发送给终端处理器；终端处理器用于定时读取、显示、处理、存储数据，并在数据超出预设范围时报警；决策装置包括评估决策模块、智能评估模块、辅助决策模块、数据分析模块、评估模块、航速优化模块、纵倾优化模块；航速优化模块和纵倾优化模块的输出端分别连接辅助决策模块的输入端；数据分析模块和评估模块的输出端分别连接智能评估模块的输入端；辅助决策模块和智能评估模块的输出端分别连接评估决策模块的输入端；航速优化模块用于通过数据挖掘技术获取船舶电力推进主机的历史电耗与降速、航速、航向、风浪流参数之间的关系，通过数据挖掘和主成分分析确定电力推进能耗的主成分，建立电耗神经网络，实时计算并预估主机电耗和最优航速；纵倾优化模块用于计算不同浮态下满足工程精度要求的静水航行阻力、结合模拟数据计算不同吃水和航速下的主机功率曲线建立3D模型，并应用计算流体动力学计算不同吃水和航速下的纵倾曲线，通过插值求解计算最优的纵倾状态。2.根据权利要求1所述的一种电力推进船舶能效监控管理优化系统，其特征在于：船舶状态传感器包括吃水仪、测深仪、风速风向仪、计程仪、GPS设备、倾斜仪、流量计、压力表、温度仪和轴功率仪；流量计、压力表和温度仪布置在包括柴油发电机和副机的耗能设备的油料进出口，轴功率仪布置在主机轴。3.根据权利要求1所述的一种电力推进船舶能效监控管理优化系统，其特征在于：监控设备包括发电机耗能参数监控设备和副机耗能参数监控设备。4.根据权利要求1所述的一种电力推进船舶能效监控管理优化系统，其特征在于：电参数传感器包括LT208-S7型霍尔电流传感器、LT308-S6型霍尔电流传感器、HAX1000-S型霍尔电流传感器和开关量采集卡。
5.根据权利要求1所述的一种电力推进船舶能效监控管理优化系统，其特征在于：电量参数采集设备包括CAN模块iCAN-4055、DSP处理板、电压互感器LV25-400、电源模块、电源滤波器，电源滤波器包括220V单相交流滤波器、220V直流滤波器、380V三相交流滤波器。6.基于权利要求1至5中任意一项所述的一种电力推进船舶能效监控管理优化系统的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：搭建包括监控装置、决策装置和服务器的电力推进船舶能效监控管理优化系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄金锋，寇兴华，王兴众，李莉丽，谭显春，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：