[發(fā)明專利]一種考慮船舶橫搖的新能源船舶電力系統(tǒng)容量優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010541393.2
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111709850B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜文剛;張子燁
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06;G06F30/25;H02J1/10;H02J3/00;H02J3/38;G06F111/04;G06F111/06;G06F113/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

本發(fā)明公開了一種考慮船舶橫搖的新能源船舶電力系統(tǒng)容量優(yōu)化方法，步驟是：1)建立光伏系統(tǒng)輸出模型、柴油機(jī)發(fā)電成本模型、儲能系統(tǒng)充放電模型以及船舶負(fù)載模型；2)根據(jù)船舶橫搖對光伏系統(tǒng)輸出的影響，對步驟1)中所述光伏系統(tǒng)輸出模型進(jìn)行修正；3)建立船舶電力系統(tǒng)多目標(biāo)多約束的優(yōu)化目標(biāo)模型；4)對傳統(tǒng)粒子群算法進(jìn)行優(yōu)化，加入遺傳算法中粒子兩兩雜交過程；5)用步驟4)優(yōu)化后的算法將步驟1)、2)、3)建立及修正的模型融合，使用數(shù)學(xué)仿真軟件運(yùn)行后輸出最優(yōu)粒子，最優(yōu)粒子的優(yōu)化結(jié)果即為最佳容量優(yōu)化配置。本發(fā)明方法在船舶航行時(shí)橫搖狀態(tài)下進(jìn)行優(yōu)化，在保證船舶航行安全的情況下又能降低成本和損耗，達(dá)到安全節(jié)能的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源船舶技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新能源船舶混合電力系統(tǒng)容量優(yōu)化策略，尤其涉及船舶航行時(shí)橫搖情況下的優(yōu)化策略。

背景技術(shù)

隨海洋環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，傳統(tǒng)船舶電站的消耗隨著船舶作業(yè)要求的升高也在不斷增加，基于新能源的船舶電力系統(tǒng)優(yōu)化研究會成為未來船舶發(fā)展的主要趨勢之一。目前，已有不少國內(nèi)外學(xué)者對微網(wǎng)容量優(yōu)化進(jìn)行了諸多研究，為船舶微電網(wǎng)的發(fā)展提供了大量理論基礎(chǔ)。但大多考慮單目標(biāo)單約束的優(yōu)化，在獲得目標(biāo)最大化的同時(shí)犧牲了相關(guān)的優(yōu)化條件，且單一算法較易陷入局部最優(yōu)，也未曾考慮船舶在航行中面對的船舶搖擺等客觀原因。因此本發(fā)明提出了一種新能源船舶混合電力系統(tǒng)容量優(yōu)化策略。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有微電網(wǎng)容量優(yōu)化策略存在優(yōu)化不準(zhǔn)確、算法優(yōu)化效果不明顯的缺點(diǎn)，提供一種考慮船舶橫搖的新能源船舶電力系統(tǒng)容量優(yōu)化方法。

本發(fā)明通過以光/柴/儲基本模型為基礎(chǔ)，將船舶橫搖情況下對陽能電池板受光面積A_pv的影響轉(zhuǎn)換為對光照強(qiáng)度Eav的影響，對光伏輸出模型進(jìn)行優(yōu)化。在算法方面，采用遺傳算法中的交叉因子對粒子群算法進(jìn)行優(yōu)化，將一個(gè)橫搖周期設(shè)為算法的一個(gè)優(yōu)化周期，求得船舶最佳儲能容量配置。該方法在船舶航行時(shí)橫搖狀態(tài)下進(jìn)行優(yōu)化，不僅保證了船舶航行的安全，還有效降低了船舶電力系統(tǒng)運(yùn)行成本，在優(yōu)化更加準(zhǔn)確的同時(shí)達(dá)到了安全節(jié)能的目的。

本發(fā)明相較于不考慮橫搖狀態(tài)的優(yōu)化方法，船舶電力系統(tǒng)運(yùn)行成本下降8.77％；相較于差分算法以及傳統(tǒng)粒子群算法，運(yùn)行成本下降10.52％和1.99％。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種考慮船舶橫搖的新能源船舶電力系統(tǒng)容量優(yōu)化方法，包括以下步驟：

(1)根據(jù)太陽能電池板受光面積A_PV、轉(zhuǎn)換效率η_PVmax，以及太陽輻射度G(t)建立光伏系統(tǒng)輸出模型；根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的輸出功率P_d以及油耗系數(shù)建立柴油機(jī)發(fā)電成本模型；根據(jù)蓄電池充放電的功率ΔP以及效率η_c建立儲能系統(tǒng)充放電模型；根據(jù)船舶航行數(shù)據(jù)建立船舶不同工況下的負(fù)載模型；

(2)根據(jù)船舶航行時(shí)船舶橫搖對光伏系統(tǒng)輸出的影響，對步驟(1)中光伏系統(tǒng)輸出模型進(jìn)行修正；

(3)將船舶電力系統(tǒng)總成本費(fèi)用以及系統(tǒng)可靠性作為優(yōu)化條件，建立船舶電力系統(tǒng)多目標(biāo)多約束的優(yōu)化配置模型；

(4)對傳統(tǒng)粒子群算法進(jìn)行優(yōu)化，在傳統(tǒng)粒子群算法中加入遺傳算法中粒子兩兩交叉過程；

(5)將步驟(1)建立的柴油機(jī)發(fā)電成本模型、儲能系統(tǒng)充放電模型、負(fù)載模型，步驟(2)修正的光伏系統(tǒng)輸出模型以及步驟(3)建立的優(yōu)化配置模型在步驟(4)優(yōu)化后的算法中融合，使用數(shù)學(xué)仿真軟件進(jìn)行仿真，輸出最優(yōu)粒子，該粒子輸出的太陽能電池板數(shù)量、柴油發(fā)電機(jī)容量和蓄電池?cái)?shù)量即為船舶電力系統(tǒng)的最佳容量配置。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(1)中建立四種模型的具體內(nèi)容和方法是：