[發明專利]一種基于小波-模糊邏輯的混合動力船舶能量管理系統及控制方法

有效

• 申請號: 201710284023.3
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107140168B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 袁裕鵬;張潔楠;劉翰林;陳丁寧
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B63H21/20
• 分類號: B63H21/20;G05B13/04
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發明涉及一種基于小波?模糊邏輯的混合動力船舶能量管理系統及控制方法，本能量管理控制方法的核心為小波?模糊邏輯算法，利用傳感器獲取船舶的當前功率需求、蓄電池的荷電狀態、超級電容的荷電狀態等參數后，采用小波變換的方法將功率需求分解成高、中和低三個不同頻率段的功率:其中將低頻段作為燃料電池初步的輸出參考功率、中頻段作為蓄電池初步的參考功率需求、高頻段作為超級電容初步的參考功率需求；本發明全面協調系統不同能源之間的功率流，即船舶的電力需求應按FC、蓄電池和超級電容的動態特性進行合理的分配，促進系統的整體性能、提高燃料的經濟性。

技術領域

本發明涉及一種基于小波-模糊邏輯的混合動力船舶能量管理系統與控制方法，具體是一種根據船舶的實時功率需求，通過小波-模糊邏輯理論方法分析，從而合理分配燃料電池、蓄電池和超級電容三種能量源輸出的功率的管理與控制方法。

背景技術

航運是世界公認的最為經濟的運輸手段之一，對世界經濟的發展起到了重要的作用，但隨著世界貿易量的增大，能源需求的增加，帶來的環境問題也日益突出。就目前清潔能源技術的發展現狀來看，以風能、太陽能、核能以及燃料電池為代表的清潔能源已初步具備船舶上的應用基礎，但僅利用風能或太陽能等單一模式并非為最優的應用模式。根據船型結構、航行區域和營運特點的不同，多種能源的綜合利用的混合動力船舶技術已經作為一個發展方向在船舶應用領域掀起了新一輪的研究熱潮。

混合動力船舶包含兩種或更多能量轉換裝置，或同一種裝置使用兩種或更多種燃料。當混合能源系統結合在一起時，能克服單獨使用其中任何一種能源的固有局限性。但多個能量單元增加了系統的復雜性，如何使由多個能量單元構成的混合動力系統穩定、可靠、高效的工作是混合動力船舶的關鍵技術之一。

目前在混合動力能量管理策略方面的研究大多集中在是汽車領域，而在船舶混合動力能量管理策略方面研究較少。針對混合動力船舶推進系統的結構和運動特性，其能量管理常用的方法大致分為三類：基于規則的能量管理策略、基于優化控制的能量管理策略和基于智能控制算法的能量管理策略。其中，基于規則的控制算法可分為靜態邏輯門限控制算法；基于優化控制的能量管理策略可分為瞬時優化和全局優化兩大類；基于智能控制算法的能量管理策略有基于模糊邏輯控制算法、小波算法、神經網絡算法等。局優化策略無法用于實時控制，但可以對其進行優化，全局優化策略在控制過程中需提前知道航道和通航環境等基本信息，因此難度較大且計算量大。瞬時優化策略最大的特點就是計算量大、成本高，該控制策略只能優化瞬時的系統效率。邏輯門限制控制策略沒有經過優化處理，所以控制效果不理想。

本發明設計了一種基于小波-模糊邏輯的混合動力船舶能量管理系統與控制方法，通過模糊邏輯與小波變換得到各動力源的實際輸出功率，當蓄電池和超級電容充有足夠的電量時，FC系統輸出功率降低以節省燃料費用；而當電池和超級電容充電量較低時，FC系統輸出較多的功率以滿足整個系統的功率需求，從而實現在不損害船舶性能和部件壽命的前提下，合理分配各能量單元的功率輸出，實現各能量單元的工作性能優化，同時減少功率損耗，促進系統的整體性能、提高燃料的經濟性。

發明內容

本發明的目的在于設計一種基于小波-模糊邏輯的混合動力船舶能量管理系統與控制方法，根據蓄電池、超級電容、燃料電池的SOC值和船舶功率需求來給燃料電池、蓄電池和超級電容三種能量源分配功率輸出的方法，從而實現各能量單元的工作性能優化。

本發明采用以下技術措施來實現：

本發明的一種基于小波-模糊邏輯的混合動力船舶能量管理系統與控制方法包括：

一種基于小波-模糊邏輯的混合動力船舶能量管理系統，其特征在于，包括能源系統能量管理系統采集裝置；其中，

所述能源系統包括

燃料電池模塊：船舶主電源，燃料電池輸出的電能通過單向DC/DC中電壓控制單元變壓后給直流母線供電，同時通過雙向DC/DC給鋰電池和超級電容進行充電。