清洁能源直流供电系统及考虑供电约束的能源管理方法技术方案

本发明专利技术提供一种清洁能源直流供电系统及考虑供电约束的能源管理方法。系统包括三个供电分区，其中第一供电分区用于连接两组光伏发电系统，第二供电分区用于连接两组风力发电系统，第三供电分区用于连接两组内燃机发电系统，其中光伏发电系统和风力发电系统均包括蓄电池。本发明专利技术方法以船舶运行成本最小化为目标，考虑船舶电力系统N

【技术实现步骤摘要】
清洁能源直流供电系统及考虑供电约束的能源管理方法


[0001]本专利技术涉及船舶能源管理
，具体而言，尤其涉及一种清洁能源直流供电系统及考虑供电约束的能源管理方法。

技术介绍

[0002]绿色交通、清洁能源、人工智能和物联网技术的快速发展，推动了智能交通和现代化的发展。随着全球范围环境污染日趋严重，而航运业在环境污染占比巨大，各国航运业开始发展绿色船舶技术，清洁能源船舶的能源管理受到相关领域专家的广泛关注。
[0003]清洁能源船舶近年来发展迅速，但对于清洁能源船舶的电力系统能源管理，其安全性考虑的并不全面。由于船舶在航行过程中会面临各种不确定因素，重要设备的电源必须持续供电。当发电设备损坏时，船舶无法保证其安全稳定运行，清洁能源船舶电力系统的安全性需要提高。供电能力是衡量电力系统安全性的一个重要指标，N
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1校验方法是目前得到普遍认可的电力系统安全性分析方法。因此在船舶电力系统高效、经济的同时，考虑清洁能源船舶的供电能力，使船舶满足N
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1电力安全准则，确保船舶航行安全是十分必要的。
[0004]在现今清洁能源船舶的电力系统能源管理方法中，由于船舶的重要设备需要持续供电，并没有考虑到船舶航行在面临的复杂环境下供电设备损坏的情况，船舶的安全性无法得到保障。供电能力是衡量电力系统安全性的一个重要指标，已有的船舶能源管理系统并未考虑到其供电能力并且无法满足N
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1电力安全准则，这样船舶在航行时的安全性就无法得到保障。

技术实现思路

>[0005]根据上述提出复杂环境下供电设备损坏无法为重要设备持续供电的技术问题，而提供一种清洁能源直流供电系统及考虑供电约束的能源管理方法。本专利技术提出一种清洁能源船舶直流供电系统及考虑其供电能力约束的能源管理方法，以船舶运行成本最小化为目标，考虑船舶电力系统N
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1供电能力约束和其他基本约束，确保船舶在航行时，即使船舶电源设备发生损坏，船舶仍然能够安全稳定运行。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种清洁能源直流供电系统，包括三个供电分区，其中第一供电分区用于连接两组光伏发电系统，第二供电分区用于连接两组风力发电系统，第三供电分区用于连接两组内燃机发电系统，其中光伏发电系统和风力发电系统均包括蓄电池；
[0008]所述第一供电分区包括第一斩波器和第二斩波器，所述第二供电分区包括第三斩波器和第四斩波器，所述第三供电分区包括第五斩波器和第六斩波器；
[0009]第一光伏发电系统通过DC/DC转换器连接到第一供电分区的第一斩波器，第一斩波器通过DC电缆分别与非重要负载、重要负载以及逆变器相连，所述逆变器再与逆变器负载相连，同时所述第一斩波器通过DC电缆与第二供电分区的第三斩波器相连；
[0010]第二光伏发电系统通过DC/DC转换器连接到第一供电区域的第二斩波器，第二斩
波器通过DC电缆分别与非重要负载、重要负载以及逆变器相连，所述逆变器再与逆变器负载相连，同时所述第二斩波器通过DC电缆与第二供电区域的第四斩波器相连；
[0011]第一风力发电系统通过AC/DC转换器连接到第二供电区域的第三斩波器，第三斩波器通过DC电缆分别与非重要负载、重要负载以及逆变器相连，所述逆变器再与逆变器负载相连，同时所述第三斩波器通过DC电缆与第一供电区域的第一斩波器和第三供电区域的第五斩波器相连；
[0012]第二风力发电系统通过AC/DC转换器连接到第二供电区域的第四斩波器，第四斩波器通过DC电缆分别与非重要负载、重要负载以及逆变器相连，所述逆变器再与逆变器负载相连，同时所述第四斩波器通过DC电缆与第一供电区域的第二斩波器和第三供电区域的第六斩波器相连；
[0013]第一内燃机发电系统通过AC/DC转换器连接到第三供电区域的第五斩波器，第五斩波器通过DC电缆分别与非重要负载、重要负载以及逆变器相连，所述逆变器再与逆变器负载相连，同时所述第五斩波器通过DC电缆与第二供电区域的第三斩波器相连；
[0014]第二内燃机发电系统通过AC/DC转换器连接到第三供电区域的第六斩波器，第六斩波器通过DC电缆分别与非重要负载、重要负载以及逆变器相连，所述逆变器再与逆变器负载相连，同时所述第六斩波器通过DC电缆与第二供电区域的第四斩波器相连。
[0015]一种考虑供电约束的能源管理方法，基于上述一种清洁能源直流供电系统实现，所述方法包括以下步骤：
[0016]根据船舶各个发电系统的成本函数，构造出以系统运行成本最低为优化目标的目标函数，其中发电系统包括光伏发电系统、风力发电系统和内燃机发电系统；
[0017]根据船舶输出功率必须满足船舶用电需求总量的要求，设置等式约束条件；
[0018]基于清洁能源船舶直流供电系统N
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1安全准则，设置供电能力约束，同时，根据船舶发电系统的配置，设置清洁能源船舶的输出功率以及爬坡速率的不等式约束条件，从而构建清洁能源船舶直流供电系统能量管理模型；
[0019]基于动态规划法对建立的清洁能源船舶直流供电系统能量管理模型进行求解，获取能源管理方案。
[0020]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0021]本专利技术提出一种清洁能源船舶直流供电系统及考虑其供电能力约束的能源管理方法，以船舶运行成本最小化为目标，考虑船舶电力系统N
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1供电能力约束和其他基本约束，确保船舶在航行时，即使船舶电源设备发生损坏，船舶仍然能够安全稳定运行，极大提高清洁能源船舶行驶过程中的安全性。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术的清洁能源船舶直流供电系统结构图；
[0024]图2为本专利技术的船舶电力系统的能源管理模型建模流程图；
[0025]图3为本专利技术的船舶电力系统的能源管理算法流程图；
[0026]图4为本专利技术的风力发电系统、光伏发电系统和内燃机发电系统的输出功率仿真图；
[0027]图5为本专利技术的风力发电力的输出功率仿真图；
[0028]图6为本专利技术的光伏发电力的输出功率仿真图；
[0029]图7为本专利技术的内燃机发电系统1损坏时的输出功率仿真图。
具体实施方式
[0030]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0031]需要说明的是，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种清洁能源直流供电系统，其特征在于，包括三个供电分区，其中第一供电分区用于连接两组光伏发电系统，第二供电分区用于连接两组风力发电系统，第三供电分区用于连接两组内燃机发电系统，其中光伏发电系统和风力发电系统均包括蓄电池；所述第一供电分区包括第一斩波器和第二斩波器，所述第二供电分区包括第三斩波器和第四斩波器，所述第三供电分区包括第五斩波器和第六斩波器；第一光伏发电系统通过DC/DC转换器连接到第一供电分区的第一斩波器，第一斩波器通过DC电缆分别与非重要负载、重要负载以及逆变器相连，所述逆变器再与逆变器负载相连，同时所述第一斩波器通过DC电缆与第二供电分区的第三斩波器相连；第二光伏发电系统通过DC/DC转换器连接到第一供电区域的第二斩波器，第二斩波器通过DC电缆分别与非重要负载、重要负载以及逆变器相连，所述逆变器再与逆变器负载相连，同时所述第二斩波器通过DC电缆与第二供电区域的第四斩波器相连；第一风力发电系统通过AC/DC转换器连接到第二供电区域的第三斩波器，第三斩波器通过DC电缆分别与非重要负载、重要负载以及逆变器相连，所述逆变器再与逆变器负载相连，同时所述第三斩波器通过DC电缆与第一供电区域的第一斩波器和第三供电区域的第五斩波器相连；第二风力发电系统通过AC/DC转换器连接到第二供电区域的第四斩波器，第四斩波器通过DC电缆分别与非重要负载、重要负载以及逆变器相连，所述逆变器再与逆变器负载相连，同时所述第四斩波器通过DC电缆与第一供电区域的第二斩波器和第三供电区域的第六斩波器相连；第一内燃机发电系统通过AC/DC转换器连接到第三供电区域的第五斩波器，第五斩波器通过DC电缆分别与非重要负载、重要负载以及逆变器相连，所述逆变器再与逆变器负载相连，同时所述第五斩波器通过DC电缆与第二供电区域的第三斩波器相连；第二内燃机发电系统通过AC/DC转换器连接到第三供电区域的第六斩波器，第六斩波器通过DC电缆分别与非重要负载、重要负载以及逆变器相连，所述逆变器再与逆变器负载相连，同时所述第六斩波器通过DC电缆与第二供电区域的第四斩波器相连。2.一种考虑供电约束的能源管理方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种清洁能源直流供电系统实现，所述方法包括以下步骤：根据船舶各个发电系统的成本函数，构造出以系统运行成本最低为优化目标的目标函数，其中发电系统包括光伏发电系统、风力发电系统和内燃机发电系统；根据船舶输出功率必须满足船舶用电需求总量的要求，设置等式约束条件；基于清洁能源船舶直流供电系统N
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1安全准则，设置供电能力约束，同时，根据船舶发电系统的配置，设置清洁能源船舶的输出功率以及爬坡速率的不等式约束条件，从而构建清洁能源船舶直流供电系统能量管理模型；基于动态规划法对建立的清洁能源船舶直流供电系统能量管理模型进行求解，获取能源管理方案。3.根据权利要求2所述的一种考虑供电约束的能源管理方法，其特征在于，基于动态规划法对建立的清洁能源船舶直流供电系统能量管理模型进行求解，包括：获取船舶当前所需总负荷，并将用电时间划分为24个时间段，所述总负荷至少包括船舶中通讯用电、厨房用电、照明用电；
将船舶供电设备的供电初值设置为0；获取当前时刻k，根据k+Δt时的所需负荷，计算各个发电系统所需要提供的负荷量；在Δt时刻以系统的成本最小为目标计算局部最优值，得到各个发电系统所需要提供的负荷量的局部最优解；确定各个供电系统供电量的状态转移矩阵，进行递推，得到当前时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：单麒赫，宋晶，王晔，张裕欣，王建元，张欣，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：