电动游轮航行能耗预测与控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电动游轮航行能耗预测与控制方法，步骤如下：S1、设定游轮航行时间；S2、实时获取航行信息；S3、加载航行历史信息；S4、游轮航行所需总能耗计算；S5、游轮上行下行能耗计算；S6、游轮航行航速规划：根据航行总能耗和上行下行过程能耗计算公式，结合约束条件，以游轮t时刻时，航行所需总能耗最小为目标条件，计算得出游轮当前最佳航速值，同时，得出t时刻时游轮航行所需的最小总能耗；S7、娱乐设施开放度规划；S8、游轮航行能耗控制：根据系统计算得出的上行或下行实时航速和娱乐设施开放度，控制游轮的航速和娱乐设施的功率。控制游轮的航速和娱乐设施的功率。控制游轮的航速和娱乐设施的功率。

【技术实现步骤摘要】
电动游轮航行能耗预测与控制方法


[0001]本专利技术属于电动游轮控制领域，具体涉及的是一种电动游轮航行能耗预测与控制方法。

技术介绍

[0002]面对航运业节能减排日益加大的压力，全球范围内许多国家已实施严格的船舶排放标准，迫使船舶制造往清洁化方向转变。游轮电动化是未来发展的必然趋势。目前，我国大部分游轮采用柴油机动力系统，航行和进港过程产生大量的油污水和有害气体及颗粒物，对水域生态环境造成严重影响。
[0003]而电动游轮采用锂电池驱动，相比同尺度两千吨位的燃油动力船舶每年可省油近百吨，无碳、硫等废弃污染物排放，运行噪音仅50分贝左右，大大提高游客的出行体验。但是，目前电动游轮的普及率较低，充电不够便利。而且面对各种复杂的海况和种类繁多、耗电较大的娱乐设施，在航行的过程中，需要驾驶部的操作人员实时地根据电动游轮的剩余能量对接下来的航行路线进行正确决策：是航速太快导致航行能耗加快还是娱乐设施开放程度太高导致娱乐耗能太高，返航能量是否充足，停靠港口时是否需要充电等问题，从而顺利完成航行任务，进而保证船舶航行经济性。
[0004]专利“一种考虑动态路网交通流的电动汽车能耗预测方法”(申请号202010584074.X)在进行电动汽车能耗计算时，考虑动态路网交通流的实时变化，采用DBN算法，大大提高了预测的准确率，能够较好的适应路网交通信息的随机性和波动性。专利“电动汽车平均能耗预测方法及装置”(申请号202110067943.6)通过获取电池组的实时电压及实时电流确定电动汽车的实时单位里程段对应的实际能耗，基于单位里程段的实际能耗、目标平均能耗及平均能耗调整参数确定电动汽车的实际平均能耗，从而能够实时、精确的计算电动汽车在当前时刻的实际平均能耗。对于电动游轮的航行能量预测中，重要的影响因素为游轮航行速度，其次为水文条件及航道信息，上述专利中的能量预估方法不适用于船舶航行能量预测，因此有必要专利技术一种电动船舶航行能耗预测方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种电动游轮航行能耗预测与控制方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：电动游轮航行能耗预测与控制方法，步骤如下：
[0007]S1、设定游轮航行时间
[0008]游轮航行线路固定，航行过程包括上行、停靠和下行，其中上行时间记为T1停靠时间记为T2,下行时间记为T3，T3∈[3,5]；总航行时间记为T0，T0＝T1+T2+T3，单位均为h；
[0009]S2、实时获取航行信息
[0010]从岸端监管系统获取航线的航道信息，包括拥堵航段位置信息及该航段推荐航速，根据航道信息将航线划分为n个航段，第i个航段长度为L
i
，(i＝1，2，
…
，n)，起点和终点
位置分别为L
is
和L
ie
，第i个航段L
i
的参考航速为Vi，(i＝1，2，
…
，n)，如果出现拥堵航段，驾驶员根据该航段实际航行情况，适时调整或取消该航段航速限制；
[0011]从岸端监管系统获取水流速速V
W
，同时通过船载水流速度传感器，实时获取船舶周围水流速度V
S
；计算得到水流速度融合值V
T
＝0.8V
S
+0.2V
W
；
[0012]实时获取游轮当前剩余能量E
0L
；
[0013]S3、加载航行历史信息
[0014]根据航道水文情况以及对应的航行历史数据分类，获取在与目前相同的水文条件下游轮上行和下行的历史能耗值，分别记为E
uT
和E
dT
；
[0015]S4、游轮航行所需总能耗计算
[0016]分析电动游轮航行过程中总能耗E0：E0＝E1+E2+E3；
[0017]其中，E1为推进系统能耗，E2为娱乐设施能耗，E3为日用负载能耗，单位均为kWh。
[0018]对推进系统能耗E1进行分析计算，在电动游轮上行或下行过程中产生推进系统能耗，推进系统能耗由推进器有效功率对航行时间积分得到，根据推进器试验数据得出t时刻船舶航速V(t)与推进器有效功率P(t)之间的关系为：P(t)＝F(V(t)),0≤t≤T0；
[0019]考虑航道拥堵情况，根据航道信息设定各拥堵航段航速值；
[0020]游轮上行时，当即船只在第i个航段时，且第i个航段为拥堵航段，则令该拥堵航段的实时航速值：V(t)≤V
i
；且满足S为游轮上行或下行总行程；
[0021]游轮下行时，当即船只在第j个航段时，且第j个航段为拥堵航段，则令该拥堵航段的实时航速值：V(t)≤V
j
；且满足S为游轮上行或下行总行程；
[0022]则t时刻时，推进系统运行能耗E1(t)为：
[0023]分析计算娱乐设施能耗E2，娱乐设施消耗功率P
a
由游轮娱乐设施开放度δ确定，t时刻，娱乐设施消耗功率P
a
(t)为：P
a
(t)＝δ(t)P
m
；
[0024]其中，δ(t)∈[0,1]，P
m
为游轮娱乐设施最大功率，初始情况下，δ(0)＝0.9，若未调整娱乐设施开放度，则一直按初始值执行；
[0025]则t时刻之后，娱乐设施能耗E2(t)为：
[0026]日用负载功率P
n
基本为定值，
[0027]则t时刻之后，日用负载能耗E3(t)＝P
n
×
(T0‑
t)；
[0028]由此，得出t时刻之后，电动游轮航行所需的总能耗E0(t)为
[0029][0030]S5、游轮上行下行能耗计算
[0031]游轮上行或下行能耗包括推进系统能耗、娱乐设施能耗和日用负载能耗，
[0032]游轮上行能耗
[0033]游轮下行能耗
[0034]根据游轮上行和下行的能耗历史数据，在相同水文条件下，得出上行和下行能耗范围：
[0035]上行能耗取值范围为E
u
∈(E
uT
‑
W
u
，E
uT
+W
u
)
[0036]下行能耗取值范围为Ed∈(E
dT
‑
W
d
，E
dT
+W
d
)
[0037]其中，W
u
和W
d
分别为上行和下行能耗裕度；
[0038]S6、游轮航行航速规划
[0039]根据航行总能耗和上行下行过程能耗计算公式，结合约束条件，以游轮t时刻时，航行所需总能耗E0(t)最小为目标条件，计算得出游轮当前最佳航速值V(t)，计算公式及约束条件如下：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电动游轮航行能耗预测与控制方法，步骤如下：S1、设定游轮航行时间游轮航行线路固定，航行过程包括上行、停靠和下行，其中上行时间记为T1停靠时间记为T2,下行时间记为T3，T3∈[3,5]；总航行时间记为T0，T0＝T1+T2+T3，单位均为h；S2、实时获取航行信息从岸端监管系统获取航线的航道信息，包括拥堵航段位置信息及该航段推荐航速，根据航道信息将航线划分为n个航段，第i个航段长度为L
i
，(i＝1，2，
…
，n)，起点和终点位置分别为L
is
和L
ie
，第i个航段L
i
的参考航速为Vi，(i＝1，2，
…
，n)，如果出现拥堵航段，驾驶员根据该航段实际航行情况，适时调整或取消该航段航速限制；从岸端监管系统获取水流速速V
W
，同时通过船载水流速度传感器，实时获取船舶周围水流速度V
S
；计算得到水流速度融合值V
T
＝0.8V
S
+0.2V
W
；实时获取游轮当前剩余能量E
0L
；S3、加载航行历史信息根据航道水文情况以及对应的航行历史数据分类，获取在与目前相同的水文条件下游轮上行和下行的历史能耗值，分别记为E
uT
和E
dT
；S4、游轮航行所需总能耗计算分析电动游轮航行过程中总能耗E0：E0＝E1+E2+E3；其中，E1为推进系统能耗，E2为娱乐设施能耗，E3为日用负载能耗，单位均为kWh。对推进系统能耗E1进行分析计算，在电动游轮上行或下行过程中产生推进系统能耗，推进系统能耗由推进器有效功率对航行时间积分得到，根据推进器试验数据得出t时刻船舶航速V(t)与推进器有效功率P(t)之间的关系为：P(t)＝F(V(t)),0≤t≤T0；电动游轮静水航速V0，单位km/h和推进器有效功率P，单位kW的函数关系表达式为P＝a
×
V
0b
,V0∈[9,22]；考虑航道拥堵情况，根据航道信息设定各拥堵航段航速值；游轮上行时，当即船只在第i个航段时，且第i个航段为拥堵航段，则令该拥堵航段的实时航速值：V(t)≤V
i
；且满足S为游轮上行或下行总行程；游轮下行时，当即船只在第j个航段时，且第j个航段为拥堵航段，则令该拥堵航段的实时航速值：V(t)≤V
j
；且满足T0‑
T3≤t≤T0，S为游轮上行或下行总行程；则t时刻时，推进系统运行能耗E1(t)为：分析计算娱乐设施能耗E2，娱乐设施消耗功率P
a
由游轮娱乐设施开放度δ确定，t时刻，娱乐设施消耗功率P
a
(t)为：P
a
(t)＝δ(t)P
m
；其中，δ(t)∈[0,...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤文军，汪雄飞，乌云翔，邵诗逸，樊志红，赵红品，王树申，
申请(专利权)人：无锡赛思亿电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：