全直流船舶微电网系统的多时间尺度综合能量管理方法技术方案

一种全直流船舶微电网系统的多时间尺度综合能量管理方法，包括：位于底层的基于规则的能量管理策略和位于上层的改进的乌鸦搜索算法，能量管理策略为针对储能单元和需求侧负荷的短时控制，通过实时采集发电单元发电量、各推进器负荷功率、其他生活类负荷功率和直流母线电压，在全直流船舶微电网系统运行工况切换时根据需要控制储能系统接入或切除一部分需求侧负荷；改进的乌鸦搜索算法为针对发电单元的长期控制，将调度时长切割为多个时间段，收集各推动器负荷功率、生活类负荷功率和储能单元SOC状态信息的信息到微电网能量管理系统，根据工作目标方程，以参数约束为计算条件，通过综合计算得到储能单元、柴油发电机和各类需求侧负荷的总调度时长优化调度计划，储能单元、柴油发电机和各类需求侧负荷按照收到的调度指令调整发电量和用电量。度指令调整发电量和用电量。度指令调整发电量和用电量。

【技术实现步骤摘要】
全直流船舶微电网系统的多时间尺度综合能量管理方法


[0001]本专利技术涉及的是一种微电网领域的技术，具体是一种全直流船舶微电网系统的多时间尺度综合能量管理方法。

技术介绍

[0002]传统的交直流微电网技术中，当分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等大量的电气设备接入时，微电网的协调能力表现出明显的不足，尤其是应用于船舶微电网时，由于船舶微电网无法像传统微电网一样与主网交换功率，且船舶在海上的运行工况更加复杂、随机性更强，采用传统微电网难以保证母线电压的稳定，影响船舶运行的可靠性。全直流船舶微电网作为一种新型船舶电力系统，通常包括发电单元、储能单元、各类变换器、推进器以及其他生活负荷，由一条直流母线连接。其核心是综合电力推进技术，具有可靠性高、机动能力强以及维修成本低等优点，很好地解决了传统微电网的问题。目前对如何综合短时间尺度电能质量管理和长时间尺度负荷经济调度，实现全直流船舶微电网系统多时间尺度综合能量管理的技术尚存在缺失。
[0003]目前的全直流船舶微电网系统采用柴油发电机供电，当发生一些突发状况如果发电机的出力无法满足系统功率需求时，此时负荷若正常工作，将因功率不平衡导致直流母线电压出现较大幅度的下降，并使得电能质量降低。为了保障船舶能够安全可靠运行，将作为能量缓冲设备的储能系统应用在船舶中，当直流母线电压下降时，将储能电池接入直流母线，弥补功率不足，保证电压稳定和供需功率平衡。目前所提出的全直流船舶微电网系统并未将发电单元、储能单元和各类需求侧负载作为整体进行调度出力，无法有效保证短时间尺度的电压稳定和供需功率平衡。同时也未进行长时间尺度优化调度，造成了能量的浪费。
[0004]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN113949107A公开日2022.01.18，公开了一种风光柴储混合多能源船舶能量管理方法，提出了一种主
‑
副发电机组结构，主发电机承担基础负荷，副发电机承担波动负荷，结合HOMER软件、K均值聚类算法生成场景来定量描述风光出力随机性。并建立以燃油消耗、偏离蓄电池参考荷电状态为目标，容量、功率限值等为约束条件的风光柴储混合多能源船舶能量管理模型。利用动态规划算法求解模型，获得风光柴储混合多能源船舶最优能量管理策略；分别得到无风光发电装置时，单发电机最优能量管理策略、有风光发电装置时，单发电机最优能量管理策略、无风光发电装置时，主副发电机组最优能量管理策略。但该现有技术与本专利技术相比，前者只考虑了长期运行工况下的多能源船舶能量管理最优化，并未考虑短期内突发事件可能引起的运行工况变化，从而其无法解决的技术问题是无法有效处理全直流船舶微电网系统中由船舶大功率推进器接入引起的短期剧烈负荷波动，未实现长短期结合的多时间尺度综合能量管理。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对目前全直流船舶微电网系统能量管理技术明显不足，无法应对船舶海
上复杂运行工况，无法保证母线电压的稳定，无法保证电能质量，无法将发电单元、储能单元和各类需求侧负载作为整体进行调度出力等缺陷，提出一种全直流船舶微电网系统的多时间尺度综合能量管理方法，采用多时间尺度分层控制的综合能量管理策略，在短期和长期两个时间尺度上，分别提出相应的控制策略。在短期内，针对船舶大功率推进器接入引起的负荷波动，通过基于规则的能量管理策略实现直流侧母线电压的稳定和供需功率的平衡。在长期运行时采用改进的CSA算法实现削峰填谷和平滑负荷曲线，不仅可以满足全直流船舶微电网的可靠性要求，还提高了经济性。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术涉及一种全直流船舶微电网系统的多时间尺度综合能量管理方法，包括：位于底层的基于规则的能量管理策略和位于上层的改进乌鸦搜索算法(CSA)，其中：能量管理策略针对储能单元和需求侧负荷的针对储能单元和需求侧负荷的短时控制，通过实时采集发电单元发电量、各推进器负荷功率、其他生活类负荷功率和直流母线电压，在全直流船舶微电网系统运行工况切换时根据需要控制储能系统接入或切除一部分需求侧负荷；改进乌鸦搜索算法针对发电单元的针对发电单元的长期控制，将调度时长切割为多个时间段，收集各推动器负荷功率、生活类负荷功率和储能单元SOC状态信息的信息到微电网能量管理系统，根据工作目标方程，以参数约束为计算条件，通过综合计算得到储能单元、柴油发电机和各类需求侧负荷的总调度时长优化调度计划，储能单元、柴油发电机和各类需求侧负荷按照调度指令，从而设置在该时段内发电量和用电量的短时控制给定值。
[0008]所述的全直流船舶微电网系统包括：发电单元、储能单元、各类变换器以及需求侧负荷，其中：需求侧负荷包括推进器和各类生活负荷，推进器经由交流变换器接在直流母线上，发电单元经由交流变换器接在直流母线上，储能单元经由直流变换器接在直流母线上，两者共同作用，通过直流母线为推进器和负荷提供电能，各类型生活负荷主要通过交流变换器接在直流母线上。
[0009]所述的推进器包括：主推、上推、下推和两个侧推，分别经由PMSM和交流变换器接在直流母线上，为船舶提供动能。
[0010]所述的发电单元和储能单元为柴油发电机和储能设备，两者共同作用通过输电线路为各类推进器及生活负荷提供电能。
[0011]所述的需求侧负荷包括：刚性负荷、可时移负荷和可中断负荷，其中：刚性负荷是维持船舶基本航行的负荷，这类负荷中断将会造成重大的设备损坏，产生很严重的影响，如推进负荷等；可时移负荷指的是短时重复使用的负载，如空调之类的负荷等；可中断负荷指的是偶尔短时使用的负载，如探照灯等之类的负荷。
[0012]所述的工作目标方程为其物理含义为船舶微电网系统的运行成本最低，其中：C为船舶微电网运行成本，C
die
(t)为燃料费用，C
bat
(t)为储能的折旧成本，N为储能电池的循环使用寿命，C
B
为单组储能电池的价格，n为储能电池的个数，Q
B
为储能电池组的额定容量，ΔW
bat
(t)为t时刻储能电池的电量变化。
[0013]所述的工作目标方程的参数约束包括：系统功率必须在功率上限与功率下限之间；柴油发电机的发电功率在出力预测值与出力最小值之间；储能单元的充电功率小于最小充电功率与SOC充电限制值的较小值，放电功率大于最小放电功率与SOC放电限制值的较
小值，电量位于最低电量之上；发电机推进运行模式功率必须在功率上限与功率下限之间；主动减载模式功率必须大于电池放电与功率燃料供应功率之和。技术效果
[0014]与现有技术相比，本专利技术实现了多时间尺度的能量管理，在短时控制下，采用基于规则的能量管理策略，能够更好的应对突发事件引起的运行工况变化，稳定电压、改善电能质量。长期运行时，在成本优化模型中采用改进的CSA算法，能够实现总运行成本的优化，同时削峰填谷，平滑负荷曲线。现有技术仅能实现长期内的船舶能量管理最优化，而本专利技术设计的全直流船舶微电网系统多时间尺度综合能量管理方法，不仅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全直流船舶微电网系统的多时间尺度综合能量管理方法，其特征在于，包括：位于底层的基于规则的能量管理策略和位于上层的改进的乌鸦搜索算法，其中：能量管理策略针对储能单元和需求侧负荷的针对储能单元和需求侧负荷的短时控制，通过实时采集发电单元发电量、各推进器负荷功率、其他生活类负荷功率和直流母线电压，在全直流船舶微电网系统运行工况切换时根据需要控制储能系统接入或切除一部分需求侧负荷；改进乌鸦搜索算法针对发电单元的针对发电单元的长期控制，将调度时长切割为多个时间段，收集各推动器负荷功率、生活类负荷功率和储能单元SOC状态信息的信息到微电网能量管理系统，根据工作目标方程，以参数约束为计算条件，通过综合计算得到储能单元、柴油发电机和各类需求侧负荷的总调度时长优化调度计划，储能单元、柴油发电机和各类需求侧负荷按照调度指令，从而设置在该时段内发电量和用电量的短时控制给定值。2.根据权利要求1所述的全直流船舶微电网系统的多时间尺度综合能量管理方法，其特征是，所述的全直流船舶微电网系统包括：发电单元、储能单元、各类变换器以及需求侧负荷，其中：需求侧负荷包括推进器和各类生活负荷，推进器经由交流变换器接在直流母线上，发电单元经由交流变换器接在直流母线上，储能单元经由直流变换器接在直流母线上，两者共同作用，通过直流母线为推进器和负荷提供电能，各类型生活负荷通过交流变换器接在直流母线上；所述的推进器包括：主推、上推、下推和两个侧推，分别经由PMSM和交流变换器接在直流母线上，为船舶提供动能；所述的发电单元和储能单元为柴油发电机和储能设备，两者共同作用通过输电线路为各类推进器及生活负荷提供电能；所述的需求侧负荷包括：刚性负荷、可时移负荷和可中断负荷，其中：刚性负荷是维持船舶基本航行的负荷，这类负荷中断将会造成重大的设备损坏，产生很严重的影响，如推进负荷等；可时移负荷指的是短时重复使用的负载，如空调之类的负荷等；可中断负荷指的是偶尔短时使用的负载，如探照灯等之类的负荷。3.根据权利要求1所述的全直流船舶微电网系统的多时间尺度综合能量管理方法，其特征是，所述的工作目标方程为其物理含义为船舶微电网系统的运行成本最低，其中：C为船舶微电网运行成本，C
die
(t)为燃料费用，C
bat
(t)为储能的折旧成本，N为储能电池的循环使用寿命，C
B
为单组储能电池的价格，n为储能电池的个数，Q
B
为储能电池组的额定容量，ΔW...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子强，闵凡奇，王杰，周荔丹，邵雷军，姚钢，于雷，王婷，王德佳，王亮，郭文涛，刘萍，郑雨墨，
申请(专利权)人：上海动力储能电池系统工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：