一种多能源电力推进船舶能量管理策略辅助决策方法技术

本发明专利技术公开了一种多能源电力推进船舶能量管理策略辅助决策方法，包括：步骤1：构建船舶的各种约束条件；步骤2：获取船舶当前位置与目的地之间的全部可供选择的航线信息，未来途径海域的名称与管辖权归属；步骤3：根据水域的排放限制要求，构建动态排放约束条件；步骤4：根据能量管理策略经济优化目标需求以及动态排放约束条件，构建能量管理策略辅助决策模型的目标函数；步骤5：根据约束条件、目标函数、乌燕鸥算法构建能量管理策略辅助决策模型；步骤6：用能量管理策略辅助决策模型基于实时数据，对步骤2中获得的每条航线生成各个航线的能量管理策略辅助决策。本发明专利技术能够帮助船舶遵守当地管理规定，通过自主灵活性的辅助决策。通过自主灵活性的辅助决策。

【技术实现步骤摘要】
一种多能源电力推进船舶能量管理策略辅助决策方法


[0001]本专利技术涉及船舶能量管理
，具体涉及一种多能源电力推进船舶能量管理策略辅助决策方法。

技术介绍

[0002]随着全球低碳化进程的不断推进，造船业也加快了其电气化转型的速度。目前，电力推进技术使得电能成为了全船设备的纽带，综合电力系统将船舶电源、推进系统、通信与导航设备、电气负载等装置联结为一个整体，船舶的电气化程度正在加深。在光伏发电设备、储能设备等新型装置上船应用后，船舶的电能生产与使用方式得到了极大丰富，新型的多能源船舶进一步地降低了其在航行过程中的燃油消耗和污染排放情况。为了在完成预期航行任务和保证船舶的动力供应的前提下，降低航行过程中的运营成本以及减少污染排放，则需要充分地协调电网中各分布式电源的工作状态，即为船舶制定适宜的能量管理策略。
[0003]能量管理策略的制定方式可分为两类，实时优化和全局优化。前者将根据船舶电力系统当前时刻的状态即时地制定能量管理策略，而后者会针对整个航行区间，全盘考虑船舶在现在及未来每个时刻的能量管理策略。二者的区别在于，全局优化时需对船舶未来航行状态做出预测，并得到总体评价更好的能量管理策略；但实时优化仅考虑当前瞬时的能量管理策略的制定，而且整个航行区间内实时优化结果的累加并不等同于采用全局优化方式所得到的结果。因此在船舶能量管理策略的制定过程中，采用实时优化方式得到的能量管理策略可直接用于实践；但受限于无法避免的预测精度问题，采用全局优化方式得到的能量管理策略更适宜作为辅助决策手段，便于相关人员进行实际决策。
[0004]船舶在实际应用中将长时间将处于一种孤岛状态，无法便利地在非港口海域上接收物资补给，船舶电力系统所生产的电能应被用电负载100％消耗，而不是如同陆地电网一般，允许大量冗余电能。在船舶电力系统纳入储能设备后，随之而来的问题是，其所生产的冗余电能可被存储并以作后用，进一步提高了船舶能量管理策略制定时的复杂程度。
[0005]在当前关于电力推进船舶的能量管理策略的全局优化的现有资料文献中，电力推进船舶同时配备了多种能量来源形式的发电装置以及储能装置的研究较少。并且现有方法所针对的主要为早期低电气化船舶，所解决问题相对简单，而在面对新型船舶的能量管理需求时，难以作为此类复杂、高维、非线性的优化问题的解决方案，缺乏实际应用价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种多能源电力推进船舶能量管理策略辅助决策方法，以解决现有技术中传统机械动力船舶能量管理方法不适用电力推进船舶的问题。
[0007]本专利技术提供了一种多能源电力推进船舶能量管理策略辅助决策方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：采集船舶电力系统中各个设备的机器参数以及负载侧的总用电需求，构建
船舶的功率平衡约束条件、输出功率约束条件、推进电机功率需求约束条件、剩余电能供应能力约束条件和航行计划约束条件；
[0009]步骤2：根据船舶的预期航行计划和船舶当前地理位置信息，获取船舶当前位置与目的地之间的全部可供选择的航线信息，以及对应的船舶在当前及未来的途径海域的名称与管辖权归属；
[0010]步骤3：根据船舶当前及未来所途径海域的管辖权归属搜索对应水域的排放限制要求，构建动态排放约束条件；
[0011]步骤4：根据能量管理策略经济优化目标需求以及动态排放约束条件，构建能量管理策略辅助决策模型的目标函数；
[0012]步骤5：根据步骤1中构建的数个约束条件、步骤3中构建的目标函数、乌燕鸥算法构建能量管理策略辅助决策模型；
[0013]步骤6：用能量管理策略辅助决策模型基于实时数据，对步骤2中获得的每条航线生成各个航线的能量管理策略辅助决策。
[0014]进一步地，所述功率平衡约束条件为：基于能量守恒定律，所有处于同一电网内的用电设备的电能消耗情况的总和，等于电网内发电设备的电能生产情况的总和；
[0015]输出功率约束条件为：电能供给设备生产厂家提供的额定输出功率变化范围；
[0016]推进电机功率需求约束条件为：推进电机生产厂家提供的额定的输入功率变化范围；
[0017]剩余电能供应能力约束条件为：仅使用按能量转换效率计算的方式，当前电能供给设备自身的所能达到的最大供电电量；
[0018]航行计划约束条件为：对于每一航线的理想航行里程为航行计划约束条件的下限值，预估最大航行里程值为航行计划约束条件的上限。
[0019]进一步地，所述步骤4中，所述目标函数的具体公式如下：
[0020]minCost＝C
DG
+C
B
+C
SC
+Fee
[0021]C
DG
＝price
·
V
fuel
+α(L
FH
)
·
P
DG
[0022]C
B
＝C
Deg，B
＝β
B
·
(B
CD
+B
E
)
[0023]C
SC
＝C
Deg，SC
＝β
SC
·
C
CD
[0024][0025]式中，Cost为船舶电力系统的总运行成本；C
DG
为柴油发电机的使用成本；C
B
为蓄电池组的使用成本；C
SC
为超级电容器的使用成本；price为柴油油价；V
fuel
为柴油发电机的燃油消耗量；Fee为动态排放约束条件经过罚函数处理的排放成本；α(
·
)为柴油发电机的运维费用系数，是负荷率L
FH
的函数；C
Deg，B
为蓄电池组的衰退损耗费用；β
B
为蓄电池组的衰退损耗系数；B
CD
为蓄电池组的充、放电交替循环系数；B
E
为蓄电池组的过量使用幅度；C
Deg，SC
为超级电容器的衰退损耗费用；β
SC
为超级电容器的衰退损耗系数；C
CD
为超级电容器的充、放电交替循环系数；L
i
为船舶排放第i种废气的体积，ζ
i
为船舶排放单位体积的第i种废气的成本折算系数。
[0026]进一步地，所述成本折算系数的具体设置为：
[0027]当船舶所在水域的废气排放不受限制时，成本折算系数为0；当船舶所在水域的废
气被禁止排放时，成本折算系数的设置范围为68814～74120；当船舶所在水域的废气仅允许有限排放时，成本折算系数设置为船舶排放每单位体积气体时所受罚款数值。
[0028]进一步地，所述步骤5的乌燕鸥算法中乌燕鸥个体进行迁移操作的具体公式如下：
[0029][0030]式中，x
′
(i，it+1)
，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多能源电力推进船舶能量管理策略辅助决策方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：采集船舶电力系统中各个设备的机器参数以及负载侧的总用电需求，构建船舶的功率平衡约束条件、输出功率约束条件、推进电机功率需求约束条件、剩余电能供应能力约束条件和航行计划约束条件；步骤2：根据船舶的预期航行计划和船舶当前地理位置信息，获取船舶当前位置与目的地之间的全部可供选择的航线信息，以及对应的船舶在当前及未来的途径海域的名称与管辖权归属；步骤3：根据船舶当前及未来所途径海域的管辖权归属搜索对应水域的排放限制要求，构建动态排放约束条件；步骤4：根据能量管理策略经济优化目标需求以及动态排放约束条件，构建能量管理策略辅助决策模型的目标函数；步骤5：根据步骤1中构建的数个约束条件、步骤3中构建的目标函数、乌燕鸥算法构建能量管理策略辅助决策模型；步骤6：用能量管理策略辅助决策模型基于实时数据，对步骤2中获得的每条航线生成各个航线的能量管理策略辅助决策。2.如权利要求1所述的多能源电力推进船舶能量管理策略辅助决策方法，其特征在于，所述功率平衡约束条件为：基于能量守恒定律，所有处于同一电网内的用电设备的电能消耗情况的总和，等于电网内发电设备的电能生产情况的总和；输出功率约束条件为：电能供给设备生产厂家提供的额定输出功率变化范围；推进电机功率需求约束条件为：推进电机生产厂家提供的额定的输入功率变化范围；剩余电能供应能力约束条件为：仅使用按能量转换效率计算的方式，当前电能供给设备自身的所能达到的最大供电电量；航行计划约束条件为：对于每一航线的理想航行里程为航行计划约束条件的下限值，预估最大航行里程值为航行计划约束条件的上限。3.如权利要求1所述的多能源电力推进船舶能量管理策略辅助决策方法，其特征在于，所述步骤4中，所述目标函数的具体公式如下：min Cost＝C
DG
+C
B
+C
SC
+FeeC
DG
＝price
·
V
fuel
+α(L
FH
)
·
P
DG
C
B
＝C
Deg，B
＝β
B
·
(B
CD
+B
E
)C
SC
＝C
Deg，SC
＝β
SC
·
C
CD
式中，Cost为船舶电力系统的总运行成本；C
DG
为柴油发电机的使用成本；C
B
为蓄电池组的使用成本；C
SC
为超级电容器的使用成本；price为柴油油价；V
fuel
为柴油发电机的燃油消耗量；Fee为动态排放约束条件经过罚函数处理的排放成本；α(
·
)为柴油发电机的运维费用系数，是...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴晓强，赵杨，王莹，袁文华，赵强，黄巧亮，
申请(专利权)人：舟山市江科船舶与海洋工程装备研发中心，
类型：发明
国别省市：