新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法及装置与流程

1.本发明涉及新能源船舶动力系统控制技术领域，特别是新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法及装置。


背景技术：

2.船舶是航海必需的交通工具，为船舶提供各种能量，现有的船舶采用柴发机组供电，一是营运和运维成本较高，二是噪声和环境污染严重，三是进入港口后无法与岸电系统有效衔接。船舶采用储能系统供电一方面能够降低应用成本，减少运维工作量，另一方面相比于柴发机组储能系统环境友好，污染，但目前电动船舶供电系统通常采用多组电池储能系统供电以满足船舶动力系统以及日常居民负荷的应用需求，但多为相互独立控制，两组供电系统之间无法进行有效协调控制，尚未能够充分发挥储能系统供电能力。


技术实现要素：

3.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
4.鉴于上述和/或现有的新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法中存在的问题，提出了本发明。
5.因此，本发明所要解决的问题在于如何提供新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
7.第一方面，本发明实施例提供了新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法，其包括，利用传感器采集船舶部件数据；对采集到的船舶部件数据进行预处理；根据预处理后的数据，建立数学模型；根据系统建模的结果，设计并联自调节优化控制策略。
8.作为本发明所述新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法的一种优选方案，其中：所述采集船舶部件数据具体包括，将压力传感器安装于船舶发动机上，建立数据采集系统，采集发动机的运行参数，包括发动机的转速和功率输出；利用实时监测装置收集太阳能板的输出功率、风能发电装置输出功率以及电池电量。
9.作为本发明所述新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法的一种优选方案，其中：所述对采集到的船舶部件数据进行预处理包括如下步骤：检查数据中是否存在缺失值、异常值或错误数据，若有，则进行去除或填充处理，对于存在噪声或波动的数据，采用滤波方法来平滑数据，减少噪声的影响，对于多个数据源，确保数据按照相同的时间戳采集，以便后续的数据分析和对比；对于具有不同量级的数据，进行数据标准化，将数据映射到均值为0、标准差为1的范围内，以避免不同量级之间的影响，对于存在缺失值的数据，采用插值方法或者使用缺失值填充方法进行处理，对于数据量过大或采集频率过高的情况，可以进行数据采样或聚合，将数据聚合为更高层次的数据点，以降低数据处理的复杂性。
10.作为本发明所述新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法的一种优选方案，其中：所述采用滤波方法具体包括，确定移动平均窗口的大小，选取5，从数据的第一个点开始，将窗口内的数据点进行平均，得到平均值，并用该平均值替换窗口中心的数据点，将窗口向后滑动一个点，再进行平均处理，得到新的平均值，并用该平均值替换窗口中心的数据点，重复上述步骤，直到处理完所有的数据点为止。
11.作为本发明所述新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法的一种优选方案，其中：所述建立数学模型具体包括，
12.发动机的功率输出模型表示为：
13.p＝a＊n+b
14.其中，a表示发动机输出功率与转速之间的比例系数，也称为发动机的特性系数，b表示发动机输出功率与转速之间的截距，也称为发动机的基本功率，n为发动机的转速；
15.能源转换模型表示为：
16.p＿gen＝c＊n+d
17.其中，p＿gen为发动机的输出功率，n为转速，c为发电机输出功率与发动机转速之间的比例系数，d为发电机输出功率与发动机转速之间的截距；
18.能源负载需求模型表示为：
19.p_load＝f(t)
20.其中，t表示时间，能源负载需求能随着船舶的运行状态和任务需求而变化，是一个关于时间的函数，p＿load为船舶能源负载需求；
21.能源平衡模型表示为：
22.p－p＿gen＝p＿load
23.反映了船舶动力系统在不同时间点能源供给和能源需求之间的关系。
24.作为本发明所述新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法的一种优选方案，其中：所述设计并联自调节优化控制策略具体包括，根据船舶当前的能源需求和供给情况，确定能源的优先级分配策略；根据发动机的转速和功率输出、太阳能和风能的变化情况，调节能源转换过程；根据电池的电量数据，设计合理的电池管理策略。
25.作为本发明所述新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法的一种优选方案，其中：所述设计并联自调节优化控制策略具体包括，设定优先级规则：根据船舶的运行需求和能源特性，制定能源优先级规则，优先使用太阳能和风能发电，若可用能量不足，则转向使用发动机提供能源；优先使用储能电池提供能源，若电池电量不足，则转向使用发动机或太阳能和风能发电；优先根据天气条件使用发电，若当日海上天气阳光充足，则关闭发动机设备，使用太阳能储能装置进行发电；若当日天气多云、阳光少，则开启发动机设备进行发电；当太阳能和风能发电功率超过一定阈值时，优先使用太阳能和风能发电，停止发动机供能；当电池电量低于一定阈值时，优先使用发动机或者太阳能和风能发电，同时充电电池。
26.第二方面，本发明实施例提供了新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制装置，其包括：采集模块，其利用传感器采集船舶部件数据；数据处理模块，其对采集到的船舶部件数据进行预处理；模型建立模块，其根据预处理后的数据，建立数学模型；控制模块，其设计并联自调节优化控制策略。
27.本发明有益效果为：本发明提供新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法，能源利用效率提高，新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法能够根据船舶当前的能源需求和供给情况，实时调整能源部件的工作状态，优先利用新能源供给船舶动力，从而提高能源的利用效率，减少对传统燃油的依赖；系统稳定性增强，并联自调节优化控制方法充分利用多种能源的优势，实现多能源的协同控制和互补，使动力系统在不同工况下保持稳定性和高效性；能源灵活配置，通过并联自调节优化控制，能源部件之间可以实现灵活配置和协同作用，使能源供给更加灵活和可靠，提高船舶动力系统的适应性和可靠性。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
29.图1为新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法的流程图。
30.图2为新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制装置结构示意图。
具体实施方式
31.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
32.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
33.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
34.本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
35.同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.实施例1
38.参照图1和图2，为本发明第一个实施例，该实施例提供了新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法，包括：
39.s1：利用传感器采集船舶部件数据。
40.优选的，将压力传感器安装于船舶发动机上，建立数据采集系统，采集发动机的运行参数，包括发动机的转速和功率输出；利用实时监测装置收集太阳能板的输出功率、风能发电装置输出功率以及电池电量。
41.s2：对采集到的船舶部件数据进行预处理。
42.优选的，检查数据中是否存在缺失值、异常值或错误数据，若有，则进行去除或填充处理，对于存在噪声或波动的数据，采用滤波方法来平滑数据，减少噪声的影响，对于多个数据源，确保数据按照相同的时间戳采集，以便后续的数据分析和对比；对于具有不同量级的数据，进行数据标准化，将数据映射到均值为0、标准差为1的范围内，以避免不同量级之间的影响，对于存在缺失值的数据，采用插值方法或者使用缺失值填充方法进行处理，对于数据量过大或采集频率过高的情况，可以进行数据采样或聚合，将数据聚合为更高层次的数据点，以降低数据处理的复杂性。
43.进一步的，确定移动平均窗口的大小，选取5，从数据的第一个点开始，将窗口内的数据点进行平均，得到平均值，并用该平均值替换窗口中心的数据点，将窗口向后滑动一个点，再进行平均处理，得到新的平均值，并用该平均值替换窗口中心的数据点，重复上述步骤，直到处理完所有的数据点为止。
44.s3：根据预处理后的数据，建立数学模型。
45.优选的，发动机的功率输出模型表示为：
46.p＝a＊n+b
47.其中，a表示发动机输出功率与转速之间的比例系数，也称为发动机的特性系数，b表示发动机输出功率与转速之间的截距，也称为发动机的基本功率，n为发动机的转速；
48.进一步的，能源转换模型表示为：
49.p＿gen＝c＊n+d
50.其中，p＿gen为发动机的输出功率，n为转速，c为发电机输出功率与发动机转速之间的比例系数，d为发电机输出功率与发动机转速之间的截距；
51.更进一步的，能源负载需求模型表示为：
52.p＿load＝f(t)
53.其中，t表示时间，能源负载需求能随着船舶的运行状态和任务需求而变化，是一个关于时间的函数，p＿load为船舶能源负载需求；
54.更进一步的，能源平衡模型表示为：
55.p－p＿gen＝p＿load
56.反映了船舶动力系统在不同时间点能源供给和能源需求之间的关系。
57.s4：根据系统建模的结果，设计并联自调节优化控制策略。
58.优选的，根据船舶当前的能源需求和供给情况，确定能源的优先级分配策略；根据发动机的转速和功率输出、太阳能和风能的变化情况，调节能源转换过程；根据电池的电量数据，设计合理的电池管理策略。
59.进一步的，设定优先级规则：根据船舶的运行需求和能源特性，制定能源优先级规则，优先使用太阳能和风能发电，若可用能量不足，则转向使用发动机提供能源；优先使用储能电池提供能源，若电池电量不足，则转向使用发动机或太阳能和风能发电；
60.进一步的，优先根据天气条件使用发电，若当日海上天气阳光充足，则关闭发动机设备，使用太阳能储能装置进行发电；若当日天气多云、阳光少，则开启发动机设备进行发电；
61.进一步的，当太阳能和风能发电功率超过一定阈值时，优先使用太阳能和风能发电，停止发动机供能；当电池电量低于一定阈值时，优先使用发动机或者太阳能和风能发电，同时充电电池。
62.进一步的，本实施例还提供新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制装置，包括：采集模块，其利用传感器采集船舶部件数据；数据处理模块，其对采集到的船舶部件数据进行预处理；模型建立模块，其根据预处理后的数据，建立数学模型；控制模块，其设计并联自调节优化控制策略。
63.上述各单元模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
64.实施例2
65.参照表1，为本发明第二个实施例，该实施例提供了新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法，为了验证本发明的有益效果，通过对比实验进行科学论证。
66.表1
67.优势 本发明优化控制方法 传统方法 能源利用效率提高 利用新能源优先供能 依赖传统燃油供能 环保节能 减少碳排放和污染物排放 相对较高的排放量 系统稳定性增强 多能源协同控制 传统能源单一控制 能源灵活配置 能源部件灵活配置 能源部件胡定配置 68.本发明通过新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法，能源利用效率提高，新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法能够根据船舶当前的能源需求和供给情况，实时调整能源部件的工作状态，优先利用新能源供给船舶动力，从而提高能源的利用效率；系统稳定性增强，实现多能源的协同控制和互补，使动力系统在不同工况下保持稳定性和高效性；能源灵活配置，通过并联自调节优化控制，能源部件之间可以实现灵活配置和协同作用，提高船舶动力系统的适应性和可靠性。
69.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法，其特征在于：包括，利用传感器采集船舶部件数据；对采集到的船舶部件数据进行预处理；根据预处理后的数据，建立数学模型；根据系统建模的结果，设计并联自调节优化控制策略。2.如权利要求1所述的新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法，其特征在于：所述采集船舶部件数据具体包括，将压力传感器安装于船舶发动机上，建立数据采集系统，采集发动机的运行参数，包括发动机的转速和功率输出；利用实时监测装置收集太阳能板的输出功率、风能发电装置输出功率以及电池电量。3.如权利要求1所述的新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法，其特征在于：所述对采集到的船舶部件数据进行预处理包括如下步骤：检查数据中是否存在缺失值、异常值或错误数据，若有，则进行去除或填充处理，对于存在噪声或波动的数据，采用滤波方法来平滑数据，减少噪声的影响，对于多个数据源，确保数据按照相同的时间戳采集，以便后续的数据分析和对比；对于具有不同量级的数据，进行数据标准化，将数据映射到均值为0、标准差为1的范围内，以避免不同量级之间的影响，对于存在缺失值的数据，采用插值方法或者使用缺失值填充方法进行处理，对于数据量过大或采集频率过高的情况，可以进行数据采样或聚合，将数据聚合为更高层次的数据点，以降低数据处理的复杂性。4.如权利要求3所述的新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法，其特征在于：所述采用滤波方法具体包括，确定移动平均窗口的大小，选取5，从数据的第一个点开始，将窗口内的数据点进行平均，得到平均值，并用该平均值替换窗口中心的数据点，将窗口向后滑动一个点，再进行平均处理，得到新的平均值，并用该平均值替换窗口中心的数据点，重复上述步骤，直到处理完所有的数据点为止。5.如权利要求1所述的新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法，其特征在于：所述建立数学模型具体包括，发动机的功率输出模型表示为：p＝a＊n+b其中，a表示发动机输出功率与转速之间的比例系数，也称为发动机的特性系数，b表示发动机输出功率与转速之间的截距，也称为发动机的基本功率，n为发动机的转速；能源转换模型表示为：p＿gen＝c＊n+d其中，p＿gen为发动机的输出功率，n为转速，c为发电机输出功率与发动机转速之间的比例系数，d为发电机输出功率与发动机转速之间的截距；能源负载需求模型表示为：p_load＝f(t)＿其中，t表示时间，能源负载需求能随着船舶的运行状态和任务需求而变化，是一个关于时间的函数，p＿load为船舶能源负载需求；
能源平衡模型表示为：p－p＿gen＝p＿load反映了船舶动力系统在不同时间点能源供给和能源需求之间的关系。6.如权利要求1所述的新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法，其特征在于：所述设计并联自调节优化控制策略具体包括，根据船舶当前的能源需求和供给情况，确定能源的优先级分配策略；根据发动机的转速和功率输出、太阳能和风能的变化情况，调节能源转换过程；根据电池的电量数据，设计合理的电池管理策略。7.如权利要求1或6所述的新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法，其特征在于：所述设计并联自调节优化控制策略具体包括，设定优先级规则：根据船舶的运行需求和能源特性，制定能源优先级规则，优先使用太阳能和风能发电，若可用能量不足，则转向使用发动机提供能源；优先使用储能电池提供能源，若电池电量不足，则转向使用发动机或太阳能和风能发电；优先根据天气条件使用发电，若当日海上天气阳光充足，则关闭发动机设备，使用太阳能储能装置进行发电；若当日天气多云、阳光少，则开启发动机设备进行发电；当太阳能和风能发电功率超过一定阈值时，优先使用太阳能和风能发电，停止发动机供能；当电池电量低于一定阈值时，优先使用发动机或者太阳能和风能发电，同时充电电池。8.新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制装置，基于权利要求1～7任一所述的新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法，其特征在于：包括，采集模块，其利用传感器采集船舶部件数据；数据处理模块，其对采集到的船舶部件数据进行预处理；模型建立模块，其根据预处理后的数据，建立数学模型；控制模块，其设计并联自调节优化控制策略。

技术总结
本发明公开了新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法，包括，利用传感器采集船舶部件数据；对采集到的船舶部件数据进行预处理；根据预处理后的数据，建立数学模型；根据系统建模的结果，设计并联自调节优化控制策略。本发明能源利用效率提高，新能源船舶动力系统的并联自调节优化控制方法能够根据船舶当前的能源需求和供给情况，实时调整能源部件的工作状态，优先利用新能源供给船舶动力，从而提高能源的利用效率；系统稳定性增强，实现多能源的协同控制和互补，使动力系统在不同工况下保持稳定性和高效性；能源灵活配置，通过并联自调节优化控制，能源部件之间可以实现灵活配置和协同作用，提高船舶动力系统的适应性和可靠性。靠性。靠性。


技术研发人员：贾琪琳 刘长亮 张佳平
受保护的技术使用者：南通百舸工程科技有限公司
技术研发日：2023.08.10
技术公布日：2023/9/20