[發(fā)明專利]一種船用柴油機(jī)混合能源系統(tǒng)配置的優(yōu)化方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201910043762.2 | 申請(qǐng)日: | 2019-01-17 |
| 公開(公告)號(hào): | CN109742781A | 公開(公告)日: | 2019-05-10 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 王榮杰;曾廣淼 | 申請(qǐng)(專利權(quán))人: | 集美大學(xué) |
| 主分類號(hào): | H02J3/32 | 分類號(hào): | H02J3/32;H02J3/38 |
| 代理公司: | 廈門市精誠(chéng)新創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 35218 | 代理人: | 何家富 |
| 地址: | 361000 福*** | 國(guó)省代碼: | 福建;35 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 混合能源系統(tǒng) 船用柴油機(jī) 配置的 多目標(biāo)優(yōu)化模型 優(yōu)化 電池儲(chǔ)能模塊 風(fēng)力發(fā)電模塊 光伏發(fā)電模塊 人工蜂群算法 太陽能電池板 系統(tǒng)配置參數(shù) 可用性優(yōu)化 配置參數(shù) 蓄電池組 優(yōu)化求解 可用性 風(fēng)機(jī) | ||
1.一種船用柴油機(jī)混合能源系統(tǒng)配置的優(yōu)化方法,其特征在于,包括:
船用柴油機(jī)混合能源系統(tǒng)包括光伏發(fā)電模塊、風(fēng)力發(fā)電模塊、電池儲(chǔ)能模塊以及柴油機(jī)供電模塊,對(duì)包括所述光伏發(fā)電模塊中的太陽能電池板的總數(shù)、風(fēng)力發(fā)電模塊中的風(fēng)機(jī)的總數(shù)和電池儲(chǔ)能模塊中的蓄電池組的總數(shù)在內(nèi)的系統(tǒng)配置參數(shù)采用下述步驟進(jìn)行優(yōu)化:
S1,建立船用柴油機(jī)混合能源系統(tǒng)配置的多目標(biāo)優(yōu)化模型,包括:
S11,根據(jù)船用柴油機(jī)混合能源系統(tǒng)配置的使用成本情況以及穩(wěn)定運(yùn)行情況,分別建立所述船用柴油機(jī)混合能源系統(tǒng)配置的成本目標(biāo)函數(shù)CT和可用性目標(biāo)函數(shù)T;
S12,確定所述成本目標(biāo)函數(shù)CT和可用性目標(biāo)函數(shù)T的相關(guān)配置參數(shù)的約束條件;
S2,采用人工蜂群算法對(duì)所述多目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化求解,得到滿足成本和可用性優(yōu)化目標(biāo)的最優(yōu)配置參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用柴油機(jī)混合能源系統(tǒng)配置的優(yōu)化方法,其特征在于,所述S11包括:
所述成本目標(biāo)函數(shù)采用將所述船用柴油機(jī)混合能源系統(tǒng)配置的年投入費(fèi)用、年維護(hù)費(fèi)用和年燃料消耗成本之和進(jìn)行表示;所述可用性目標(biāo)函數(shù)其中DNM表示沒有滿足的需求量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船用柴油機(jī)混合能源系統(tǒng)配置的優(yōu)化方法,其特征在于:
DNM表示沒有滿足的需求量,由下式表示:
式中,u(t)是一個(gè)階躍函數(shù),當(dāng)光伏發(fā)電模塊和風(fēng)機(jī)發(fā)電模塊產(chǎn)生的總功率大于或等于負(fù)載的需求時(shí),u(t)=1,否則u(t)=0,一年中所取的樣本數(shù)為Ndata,電池儲(chǔ)能模塊中,蓄電池所能儲(chǔ)存的最小電量emin_batt,蓄電池當(dāng)前的電量Ebatt(t),系統(tǒng)的光伏發(fā)電模塊在t時(shí)刻產(chǎn)生的總功率Ppv(t),系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)發(fā)電模塊在t時(shí)刻產(chǎn)生的總功率Pwt(t),負(fù)載對(duì)電能的需求量記作El(t)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的船用柴油機(jī)混合能源系統(tǒng)配置的多目標(biāo)優(yōu)化配置方法,其特征在于,所述系統(tǒng)的光伏發(fā)電模塊在t時(shí)刻產(chǎn)生的總功率Ppv(t)通過下述步驟獲取:
不考慮船舶在海上航行的不規(guī)則搖擺的影響,此時(shí)的太陽入射角i的計(jì)算就可以簡(jiǎn)化并由式表示:
cosi=sinh (8)
法相太陽輻射強(qiáng)度IDN可以由式(9-10)得到,
IDN=I0Pm (9)
式(9)中,I0是太陽常數(shù),P是大氣透明系數(shù),m是光線透過的大氣質(zhì)量,由式(10)得到,
傾斜面上的總太陽輻射強(qiáng)度Iθ可以由式(11)-式(12)得到:
Iθ=IDθ+Idθ+IRθ (11)
式(11)-式(12)中,斜面傾角θ=0,IDθ是傾斜面上的太陽直射輻射強(qiáng)度,Idθ是傾斜面上的太陽散射輻射強(qiáng)度,IRθ是傾斜面上所獲得的地面反射輻射強(qiáng)度,由于斜面傾角θ=0,式(12)可以簡(jiǎn)化成式(13):
Iθ=IDN·(cosi+cosh) (13)
根據(jù)式(13),可以計(jì)算在船舶航行中不同時(shí)刻、不同位置的太陽能輻射強(qiáng)度,所以It就可以由式(14)得到:
因此,單位時(shí)間內(nèi)太陽能電池板產(chǎn)生的功率ppv(t)就可以由式(15)得到:
ppv(t)=It(t)×A×jpv (15)
式(15)中,太陽能電池板的面積單位是m2,A表示太陽能電池板的面積,jpv表示太陽能電池板的電能轉(zhuǎn)化率,系統(tǒng)的光伏發(fā)電模塊在t時(shí)刻產(chǎn)生的總功率Ppv(t)由式(16)可以得到:
Ppv(t)=Npv×ppv(t) (16)
式(16)中,Npv是系統(tǒng)中太陽能電池板的總數(shù),其取值范圍如式(17)所示:
0≤Npv≤Nmax_pv (17)
其中Nmax_pv表示Npv的最大值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用柴油機(jī)混合能源系統(tǒng)配置的多目標(biāo)優(yōu)化配置方法,其特征在于,所述S2包括:
人工蜂群算法分為四個(gè)階段,即初始化階段、EB優(yōu)化階段、OB優(yōu)化階段和SB優(yōu)化階段:
在初始化階段,程序需要隨機(jī)生成NP個(gè)待優(yōu)化解的初始值,NP表示種群的大小,NP越大它能找到的食物源也越多,食物源的個(gè)數(shù)就是待優(yōu)化解x(l,d)的個(gè)數(shù),x(l,d)的值可以由式(39)得到:
x(l,d)=xmin(d)+rand×[xmax(d)-xmin(d)] (39)
式(39)中,xmax(d)和xmin(d)分別是其最大值和最小值,rand表示0~1內(nèi)的隨機(jī)數(shù),d是維度,l是待優(yōu)化解的序號(hào),
在EB優(yōu)化階段和OB優(yōu)化階段,更新解z(l,d)可以由式(40)得到:
z(l,d)=x(l,d)+yld×[x(l,d)-x(r,d)] (40)
式(40)中yld表示-1~1的隨機(jī)數(shù),r為1~NP之間的一個(gè)隨機(jī)整數(shù)且不等于l,由于x(l,d)是有最大值和最小值的,所以z(l,d)計(jì)算出來可能會(huì)超出x(l,d)的取值范圍,如果發(fā)生這種情況,就需要放棄這個(gè)更新解,利用式(39)得到一個(gè)新解作為替代品,
OB優(yōu)化階段所使用的概率pl如式(41)來計(jì)算:
式(41)中,F(xiàn)(l)是優(yōu)化解所對(duì)應(yīng)的成本和可用性優(yōu)化目標(biāo)的函數(shù)值,所述成本和可用性優(yōu)化目標(biāo)包括:
所述成本和可用性優(yōu)化目標(biāo)其中,λ1和λ2表示CT和T在系統(tǒng)優(yōu)化中的重要性,為預(yù)設(shè)值,Max(CT)和Min(CT)分別表示成本的最大值和最小值,Max(T)和Min(T)分別表示可用性的最大值和最小值,
OB優(yōu)化階段的工作是對(duì)EB優(yōu)化階段得出的優(yōu)化解進(jìn)行評(píng)估,根據(jù)花蜜數(shù)量對(duì)應(yīng)的概率來選擇食物源,在SB優(yōu)化階段,當(dāng)其未更新的次數(shù)kcount大于閾值klimit時(shí),那么,就利用式(38)隨機(jī)得到一個(gè)新解來與之前的最優(yōu)值進(jìn)行比較,如果新解更好,便代替目前的最優(yōu)解,如果算法滿足了收斂條件,則輸出最優(yōu)解,否則就進(jìn)入下一次的迭代計(jì)算。
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