【技术实现步骤摘要】
一种多能源船舶混合动力系统分层分布式控制方法与系统
[0001]本专利技术属于船舶混合动力系统领域，具体涉及一种多能源船舶混合动力系统分层分布式控制方法与系统。
技术介绍
[0002]多能源混合动力船舶能够从以下三个方面实现节能减排，一种是集成利用可再生能源和储能装置，减少化石能源的消耗；二是降低主机的选型功率，改善航行过程中主机长期低负荷运行问题；三是采用智能的能量管理策略提升混合动力系统能效水平。随着船舶绿色化和智能化的发展，风能、光伏电池和燃料电池等新能源及蓄电池、超级电容等储能装置在船舶上逐步得到应用，使得船舶混合动力系统的结构和控制逐渐复杂化。能量管理系统不仅需要开展船舶电力系统电能的管理、分配与控制，还涉及到具体动力设备与功率器件的控制，实现对各动力源的功率最优分配，满足船舶动力性、经济性和排放性要求。混合动力船舶的安全高效运行取决于混合动力系统和能量管理系系统。
[0003]分层分布式控制结构的能量管理系统综合了集中控制和分散控制的优点，具有结构简单、职责分明和分工明确的优点。虽然分层分布式控制结构已经...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多能源船舶混合动力系统分层分布式控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据船舶负载预测模型，预测k+1至k+N时刻内船舶需求功率；S2、采用前向动态规划算法，以等效油耗最小为优化目标，计算k+1至k+N时刻内蓄电池的参考充放电功率、柴油机参考输出功率、电机参考输出功率和发电机组参考输出功率；S3、根据k+1至k+N时刻内蓄电池的参考充放电功率，计算得到k+1至k+N时刻内蓄电池的SOC轨迹；S4、通过模型预测控制器跟踪SOC轨迹，以跟踪误差最小为优化目标，计算得到k+1至k+N时刻内新的蓄电池的参考充放电功率、柴油机参考输出功率、电机参考输出功率和发电机组参考输出功率；S5、根据动力源的输出电压与期望电压的偏差，采用基于一致性算法计算得到各动力源的参考控制电压补偿量ΔU；S6、根据新的蓄电池的参考充放电功率、柴油机参考输出功率、电机参考输出功率和发电机组参考输出功率，动态计算下垂系数；通过下垂控制器计算得到各动力源的参考控制电压V
ref
；S7、对参考控制电压V
ref
和参考控制电压补偿量ΔU做叠加处理，作为最终控制电压输出，对各动力源的输出电压进行控制，实现分层分布式控制。2.根据权利要求1所述的一种多能源船舶混合动力系统分层分布式控制方法，其特征在于，S4中模型预测控制器通过模型预测控制方法跟踪SOC轨迹，模型预测控制方法基于建立的混合动力系统状态方程，跟踪SOC轨迹，以跟踪误差最小为优化目标，计算得到k+1至k+N时刻内新的蓄电池的参考充放电功率、柴油机参考输出功率、电机参考输出功率和发电机组参考输出功率。3.根据权利要求2所述的一种多能源船舶混合动力系统分层分布式控制方法，其特征在于，混合动力系统状态方程根据蓄电池的SOC轨迹与充放电功率、时间关系建立；SOC轨迹为蓄电池剩余电量和时间的关系。4.根据权利要求1所述的一种多能源船舶混合动力系统分层分布式控制方法，其特征在于，S2中前向动态规划算法是基于当前系统SOC状态以及预测得到的船舶需求功率，依据蓄电池的特性，离散化k+1至k+N时刻内蓄电池的可能输出功率，遍历寻优寻找最优解；寻优求解过程的优化目标是等效油耗最小。5.根据权利要求1所述的一种多能源船舶混合动力系统分层分布式控制方法，其特征在于，S1中船舶负载预测模型中的负载预测是基于机器学习智能算法实现的；其预测时域依据船舶工况预测精度进行设定。6.根据权利要求1所述的一种多能源船舶混合动力系统分层分布式控制方法，其特征在于，S5为基于船舶母线电压与期望值的偏差，通过调控补偿本地控制器输出的电压，实现船舶电网母线电压接近期望值；其中，一致性算法为基于各动力源的输出电压进行通信与信息交互，得到参考控制电压补偿量；参考控制电压补偿量通过PI控制得到，其计算方法为：ΔU
i
＝k
p
(V0‑
V
ave
)+k
i
∫(V0‑
V
ave
)dt其中，ΔU
i
是分布式控制器输出的参考控制电压补偿量；V
i
是第i个动力源的输出电压；k
p
和k
i
均为PI控制器参数；V
ave
...
【专利技术属性】
技术研发人员：范爱龙，刘汉有，李永平，田智齐，邱皓，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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