[发明专利]混合动力船舶的功率与能量控制方法

说明书

本发明提供的是一种混合动力船舶的功率与能量控制方法。混合动力系统的分层控制架构分为执行层、中间层和决策层；决策层决策得出各发电设备的输出功率；当中间层未能按时接收到决策层下达的功率指令时，转为由中间层和执行层联合控制，等恢复后再由进行船舶动力系统的全系统层面的的优化；中间层的输出功率调节控制器对发电设备的输出功率进行反馈调节；母线电压恢复控制器生成电压偏差校正项，并输出至执行层的下垂控制器中；执行层触发下垂系数自调节功能，对发电设备的下垂系数进行调整；执行层控制发电设备及其变换器实现对各发电设备输出功率的调节。本发明仅需要采集电力系统的部分必要信息即可实施对电力系统运行中的经济环保的优化管理。

技术领域

本发明涉及的是一种船舶动力系统的控制方法，具体地说是一种混合动力电力推进船舶的功率/能量管理方法。

背景技术

在海事航运领域，经济和环保一直都是备受关注的话题。早期的电力推进采用燃机轮机、柴油发动机等热燃机作为原动机进行供电。以柴-电推进系统为例，需要根据航行中可能出现的最大动力需求确定柴油发电机组的容量。而在其实际的运行中，需要发电系统最大功率输出的情况并不多，反而更多的是处于较低负荷运行的状态。由柴油发电机的比油耗-功率特性可知，其最佳工作点一般在额定功率的80％附近，长期偏离最佳工作点的运行会降低燃油利用率，造成燃油利用效率低、碳/氮等排放物增加等问题。随着可再生能源技术和储能技术的成熟，采用储能装置或清洁能源与传统发电设备组成多源混合供电系统成为了一种新趋势。由于传统交流网络需要考虑同步和调相等问题，当有多个发电设备接入时需要电压和频率同时满足条件，较为复杂。而船舶采用直流配电技术能够更加便捷的实现不同种类的发电设备的并联运行，同时也避免了无功功率流等问题。

对于混合动力船舶而言，需要对多种供电设备进行协调控制以充分发挥其优势，同时还应当实现全船的经济和绿色运行。实施功率/能量管理控制，是实现这一目的的手段之一。目前对混合动力船舶的功率/能量管理方法大多采用集中式控制。申请号为CN201710284023的专利文件中提出一种基于小波-模糊逻辑的混合动力船舶能量管理系统及控制方法，利用小波变换的方法将功率需求分解成高中低三个频段，分别分配作为超级电容、蓄电池和燃料电池的初始参考功率；然后根据功率需求和混合储能装置的SOC情况，制定模糊逻辑来对初始参考功率进行修正。此方法虽然能较为合理的实现功率分配，但是存在对通信网络的要求高和依赖强的弊端，当存在任一通信环节出现故障或通讯延迟时，则无法保证系统的功率平衡。在申请号为CN201310264651的专利文件中提出的混合动力船舶电力推进系统的能量管理与控制方法中，将船舶混合动力系统分为柴储混合供电和纯电动两种工作模式，并根据储能装置的SOC和系统功率的供需关系，制定模式切换的逻辑。通过储能对负荷功率削峰填谷，以维持发电机组的经济运行。但其提出管理方法需要对系统各部分功率实时采集和实时通信传递，该发明存在集中式控制强依赖系统通信能力的缺点。同时，其提出的简单的逻辑判断也很难在复杂多变的外部条件情况下，均制定出系统的优化运行方案。

为避免集中式控制对通讯的强依赖的不足，申请号为CN201610523930的专利文件中公开了一种面向船舶直流综合电力的分散式控制系统，其利用本地控制器控制电力系统中的直流发电单元，省去了中央控制器和通信设备，提高了船舶中压直流综合电力控制系统的可靠性。但该发明仅注重考虑直流母线的电压的快速稳定，由于缺少一定的通信支撑，无法对各部分的信息进行整合与利用，在进行系统级层面的优化调度和更高级层面的控制时存在性能限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠且考虑系统级层面的混合动力船舶的功率与能量控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)建立混合动力系统的分层控制架构，所述分层控制架构包括执行层、中间层和决策层；

(2)决策层通过预先录入的历史航程数据、设定的目标进行优化计算，并结合实时采集的混合动力系统运行信息进行校正，通过决策得出各发电设备的输出功率；