[發(fā)明專利]一種基于數(shù)據(jù)驅動的新能源船舶節(jié)能減排方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110491189.9
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113193554B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設計）人: 文書禮;朱淼;徐莉婷;龔麗琴;相萌;顧明昌
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海齊耀螺桿機械有限公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/46;H02J3/38
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

1.一種基于數(shù)據(jù)驅動的新能源船舶節(jié)能減排方法，其特征在于，包括：

步驟S1：船載光伏發(fā)電系統(tǒng)和船載風力發(fā)電系統(tǒng)基于深度學習構建船載新能源發(fā)電數(shù)據(jù)驅動模型；

步驟S2：基于深度學習網(wǎng)絡構建船載新能源發(fā)電預測模型，船載新能源發(fā)電預測模型利用船載新能源發(fā)電數(shù)據(jù)驅動模型對船載新能源發(fā)電出力進行預測，得到預測信息；

步驟S3：根據(jù)預測信息利用快速非支配排序遺傳算法，對船舶柴油發(fā)電機進行優(yōu)化；

所述船載新能源發(fā)電數(shù)據(jù)驅動模型包括船載光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率以及船載風力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率；

所述步驟S2包括：

步驟S2.1：基于深度學習網(wǎng)絡構建船載新能源發(fā)電預測模型；

步驟S2.2：根據(jù)海上沿航線上自然條件數(shù)據(jù)，包括：光照、風速、風向以及溫度，建立深度學習網(wǎng)絡的訓練集和測試集；

步驟S2.3：利用深度學習網(wǎng)絡的訓練集和測試集訓練并測試船載新能源發(fā)電預測模型，得到訓練后的船載新能源發(fā)電預測模型；

步驟S2.4：根據(jù)沿航線上歷史自然條件數(shù)據(jù)，利用訓練后的船載新能源發(fā)電預測模型預測船舶接收的光照強度與風速；

步驟S2.5：基于預測的船舶接收的光照強度與風速，結合船舶位置，利用船載光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率、船載風力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率估計船載新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出功率；

所述步驟S3包括：

步驟S3.1：初始化變量個體，變量個體包括：每小時船載柴油機發(fā)電系統(tǒng)功率輸出和船載儲能系統(tǒng)的充放電功率；

步驟S3.2：在約束條件內，利用二進制編碼對變量個體進行編碼，得到編碼后的變量個體；

步驟S3.3：隨機選取預設數(shù)量編碼后的變量個體，并對隨機選取的預設數(shù)量的編碼后變量個體分別進行交叉或變異操作，形成新的變量個體；

步驟S3.3：對新的變量個體進行適應度函數(shù)校驗，選取適合度滿足預設要求的新的變量個體；

步驟S3.5：計算適合度滿足預設要求的新的變量個體的目標函數(shù)值，并與原變量個體的目標函數(shù)值進行排序比較；當適合度滿足預設要求的新的變量個體目標函數(shù)值更小，則將新的變量個體替換原變量個體，重復執(zhí)行步驟S3.1至步驟S3.5，直至達到最大迭代次數(shù)，得到最佳的發(fā)電計劃；

所述目標函數(shù)包括：將全電力船舶的燃油成本和碳排放最低設為目標函數(shù)；

所述目標函數(shù)包括：

(3)

其中,a₂，a₁，a₀表示油耗成本系數(shù)；b₂，b₁，b₀表示溫室氣體排放系數(shù)；表示t時刻柴油機輸出功率；m_t表示t時刻船舶載貨量；T表示船舶航行總時間；表示t時刻風速和船速的相對速度。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于數(shù)據(jù)驅動的新能源船舶節(jié)能減排方法，其特征在于，所述船載光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率包括：

(1)

其中，表示t時刻船載光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率；表示太陽能光伏板轉換效率；表示鋪設光伏板的面積；表示t時刻時接收到的太陽光照度；，，分別表示著在t時刻時太陽光照度直射量、散射量和地面反射量；表示光伏板與光線之間的夾角；表示光伏板與水平面的夾角；為反射率；表示太陽能光伏板最大轉換效率；表示最大功率跟蹤控制轉換效率；表示太陽能光伏板工作時的溫度；表示太陽能光伏板正常工作時的溫度；為溫度系數(shù)；

所述船載風力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率包括：

(2)

其中，表示t時刻船載風力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率；，，和分別表示功率轉換效率、機械效率和發(fā)電效率；表示空氣密度；A表示風機葉片掃過的面積；且；R表示風機葉片半徑；，，和分別表示t時刻風速、船速和相對速度；和分別表示風向和航向。