船舶多电源复合利用最低耗油率优化方法技术

本发明专利技术提供一种船舶多电源复合利用最低耗油率优化方法，包括：建立船舶多电源复合利用最低耗油率优化系统；当电网总负荷逐渐增加时，初始时由锂电池组供电；当锂电池组供电能力不足时，柴油发电机组起动并投入工作，此时以柴油发电机组供电为主，柴油发电机组保持在额定负荷且最低SFOC供电模式，电网负荷的变化由锂电池组进行负荷补偿，维持柴油发电机组最佳耗油率。优点为：本发明专利技术的多船舶多电源复合利用最低耗油率优化，解决船舶变工况耗油率优化及功率不稳定问题，解决船舶低负荷、高负荷区极限工况能量优化及在极限工况下长时间工作的发电柴油机耗油率最优问题，实现在低负荷和高负荷工况下维持柴油机最佳效率，实现柴油机最低耗油率。

Optimizing Method of Minimum Oil Consumption Rate for Multi-power Compound Utilization of Ships

【技术实现步骤摘要】
船舶多电源复合利用最低耗油率优化方法
本专利技术属于船舶耗油率优化
，具体涉及一种船舶多电源复合利用最低耗油率优化方法。
技术介绍
船舶环保、节能减排是世界性主题，新能源综合利用是航运领域研究的热点与发展方向。IMO统计数据表明，船舶行业消耗燃油约2.5亿吨/年，船舶废气污染占整个大气污染约10％，部分港口城市甚至高达40％，而硫氧化物年排放量占全球排放总量约13％。目前，燃油仍是船舶的主导能源，因此，这对船舶的节能减排、增效技术提出了新的挑战。现有的船舶动力系统，普遍具有以下问题：(1)拖轮、工程船等类型船舶工况多变，停泊工况、巡航工况、拖带或施工工况又有轻负荷和重载之分，但其动力配置是按照满负荷工况设计的，造成动力储备和资源的浪费。(2)拖轮、工程船等类型船舶的满负荷工况时间不会长期连续，但柴油机热效率是按照满负荷额定工况设计与配置的，这使柴油机的工作经常偏离了额定负荷工作区域，造成柴油机的耗油率变差，难以维持最佳效率。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种船舶多电源复合利用最低耗油率优化方法，可有效解决上述问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种船舶多电源复合利用最低耗油率优化方法，包括以下步骤：步骤1，建立船舶多电源复合利用最低耗油率优化系统；所述船舶多电源复合利用最低耗油率优化系统包括上位计算机、PLC控制单元、电池管理单元、电源变换模块、直流母线排、左推进电机单元、右推进电机单元、柴油发电系统、岸电系统、风力发电系统、太阳能发电系统、第一储能单元和第二储能单元；所述左推进电机单元、所述右推进电机单元、所述柴油发电系统、所述岸电系统、所述风力发电系统、所述太阳能发电系统、所述第一储能单元和所述第二储能单元均并联连接到所述直流母线排；所述PLC控制单元用于控制所述柴油发电系统、所述岸电系统、所述风力发电系统、所述太阳能发电系统、所述第一储能单元和所述第二储能单元的投切；所述风力发电系统与所述第一储能单元连接，可向所述第一储能单元充电；所述太阳能发电系统与所述第二储能单元连接，可向所述第二储能单元充电；所述柴油发电系统还直接与所述左推进电机单元和所述右推进电机单元连接，可直接驱动所述左推进电机单元和所述右推进电机单元；步骤2，当电网总负荷∑P逐渐增加时，初始时由锂电池组供电；当锂电池组供电能力不足时，柴油发电机组起动并投入工作，此时以柴油发电机组供电为主，柴油发电机组保持在额定负荷且最低SFOC供电模式，电网负荷的变化由锂电池组进行负荷补偿，维持柴油发电机组最佳耗油率；在此过程中，太阳能和风能持续向锂电池组均衡充电；具体方式为：步骤2.1，上位计算机鉴别电网总负荷∑P是否小于75％Qe，Qe为单套锂电池组额定容量，如果是，则由单套锂电池组向全船供电；如果不是，则执行步骤2.2；步骤2.2，上位计算机进一步鉴别电网总负荷∑P是否大于90％Qe，如果不是，则表明75％Qe≤电网总负荷∑P≤90％Qe，则由两套锂电池组向全船供电；如果是，则执行步骤2.3；步骤2.3，上位计算机进一步鉴别电网总负荷∑P是否大于95％Qe*2，如果不是，则表明90％Qe＜电网总负荷∑P≤95％Qe*2，则继续由两套锂电池组向全船供电；如果是，则执行步骤2.4；步骤2.4，PLC控制单元控制柴油发电机组起动供电；所述柴油发电机组起动并网后，按30％PL负荷稳定运行，电网剩余的70％PL负荷由锂电池组提供，由此防止负荷太低造成柴油机运转不稳定，运行时间由定时器确定，当达到定时器设定时间后，锂电池组呈线性逐渐减少输出功率，直到退出供电；同时，柴油发电机组呈线性逐渐增加输出功率，直到按电网总负荷∑P运行，此时，柴油发电机组进入保持持续额定负荷且最低SFOC供电模式；然后执行步骤2.5；步骤2.5，当电网总负荷变化时，如果电网总负荷低于柴油发电机组额定负荷以及单套锂电池组允许的最大负荷，但高于柴油发电机组额定负荷，则投入一套锂电池组，由柴油发电机组和单套锂电池组并网供电，并且，在此负荷变化区间，柴油发电机组持续保持额定负荷且最低SFOC供电模式，剩余电网负荷由单套锂电池组承担；并且，单套锂电池组输出的功率随电网总负荷的变化而变化；当电网总负荷变化时，如果电网总负荷高于单套锂电池组允许的最大负荷，但低于两套锂电池组允许的最大负荷，则投入两套锂电池组，由柴油发电机组和两套锂电池组并网供电，并且，在此负荷变化区间，柴油发电机组持续保持额定负荷且最低SFOC供电模式，剩余电网负荷由两套锂电池组承担，并且，两套锂电池组输出的功率随电网总负荷的变化而变化；当两套锂电池组均为满负荷供电时，即：柴油发电机组与两套满负荷的锂电池组联合供电，此时为船舶最大工作负荷状态；步骤3，当电网总负荷∑P由最大工作负荷状态逐渐减少时，采用以下方式供电：步骤3.1，初始时，柴油发电机组与两套锂电池组交流并网供电；当电网总负荷降低时，如果电网总负荷低于柴油发电机组额定负荷以及单套锂电池组允许的最大负荷，但高于柴油发电机组额定负荷，则退出第1锂电池组，由柴油发电机组和第2锂电池组交流并网供电；此过程中，柴油发电机组持续保持额定负荷且最低SFOC供电模式，剩余电网负荷由第2锂电池组承担；当电网总负荷继续降低时，如果电网总负荷低于柴油发电机组额定负荷且最低SFOC供电模式时的负荷时，此时，退出第2锂电池组，第1锂电池组已退出，继续保持柴油发电机组保持在额定负荷且最低SFOC供电模式，柴油发电机组发出的超过电网负荷需求的电能直接向第1锂电池组和第2锂电池组充电，因此，锂电池组充电吸收电网总负荷∑P减少的负荷；柴油发电机组既供给全船负荷，又向锂电池组充电；当锂电池组充电负荷增加至最高限值时，此时，锂电池组已充满电，则取消柴油发电机组额定负荷且最低SFOC供电模式，柴油发电机组功率随电网负荷变动，即：柴油发电机组功率随着电网负荷的下降而下降，电网负荷由柴油发电机组承担；锂电池组均衡充电维持在额定容量；当电网总负荷∑P下降到锂电池组的减备用锂电池组功率点的功率水平时，柴油发电机组逐步退出电网，全船负荷由锂电池组逐步承担，锂电池组功率随系统负荷变化，当系统负荷降低时，其功率输出随着减少；船舶靠岸接岸电时，锂电池组退出供电而由岸电对其充电并进行均衡管理；风能发电及太阳能发电同时向两套锂电池组充电。优选的，柴油发电机组持续保持额定负荷且最低SFOC供电模式，具体包括：步骤4.1，上位计算机存储柴油发电机组台架实验数据对{SOFCi,Pi}，其中，i＝1,2,…,m；Pi为某一时刻柴油发电机组在标定工况下的功率；SOFCi为某一时刻柴油发电机组在标定工况下的耗油率；步骤4.2，建立向量X和Y：X＝[P1,P2,…,Pm]和Y＝[SFOC1,SFOC2,…,SFOCm]；步骤4.3，采用多阶多项式曲线拟合法，对{SOFCi,Pi}进行曲线拟合，获得标定工况下的耗油率SFOC-功率P曲线SFOC＝f*(P)；具体方法为：步骤4.3.1，构造多项式曲线拟合函数Φ＝polyfit(X,Y,n)，n为多项式曲线拟合维数，n的初值取1；步骤4.3.2，多项式曲线拟合函数Φ＝polyfit(X,Y,n)对向量X和向量Y进行曲线拟合，得到耗油率曲线plot(X,Y)；步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶多电源复合利用最低耗油率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立船舶多电源复合利用最低耗油率优化系统；所述船舶多电源复合利用最低耗油率优化系统包括上位计算机、PLC控制单元、电池管理单元、电源变换模块、直流母线排、左推进电机单元、右推进电机单元、柴油发电系统、岸电系统、风力发电系统、太阳能发电系统、第一储能单元和第二储能单元；所述左推进电机单元、所述右推进电机单元、所述柴油发电系统、所述岸电系统、所述风力发电系统、所述太阳能发电系统、所述第一储能单元和所述第二储能单元均并联连接到所述直流母线排；所述PLC控制单元用于控制所述柴油发电系统、所述岸电系统、所述风力发电系统、所述太阳能发电系统、所述第一储能单元和所述第二储能单元的投切；所述风力发电系统与所述第一储能单元连接，可向所述第一储能单元充电；所述太阳能发电系统与所述第二储能单元连接，可向所述第二储能单元充电；所述柴油发电系统还直接与所述左推进电机单元和所述右推进电机单元连接，可直接驱动所述左推进电机单元和所述右推进电机单元；步骤2，当电网总负荷∑P逐渐增加时，初始时由锂电池组供电；当锂电池组供电能力不足时，柴油发电机组起动并投入工作，此时以柴油发电机组供电为主，柴油发电机组保持在额定负荷且最低SFOC供电模式，电网负荷的变化由锂电池组进行负荷补偿，维持柴油发电机组最佳耗油率；在此过程中，太阳能和风能持续向锂电池组均衡充电；具体方式为：步骤2.1，上位计算机鉴别电网总负荷∑P是否小于75％Qe，Qe为单套锂电池组额定容量，如果是，则由单套锂电池组向全船供电；如果不是，则执行步骤2.2；步骤2.2，上位计算机进一步鉴别电网总负荷∑P是否大于90％Qe，如果不是，则表明75％Qe≤电网总负荷∑P≤90％Qe，则由两套锂电池组向全船供电；如果是，则执行步骤2.3；步骤2.3，上位计算机进一步鉴别电网总负荷∑P是否大于95％Qe*2，如果不是，则表明90％Qe＜电网总负荷∑P≤95％Qe*2，则继续由两套锂电池组向全船供电；如果是，则执行步骤2.4；步骤2.4，PLC控制单元控制柴油发电机组起动供电；所述柴油发电机组起动并网后，按30％PL负荷稳定运行，电网剩余的70％PL负荷由锂电池组提供，由此防止负荷太低造成柴油机运转不稳定，运行时间由定时器确定，当达到定时器设定时间后，锂电池组呈线性逐渐减少输出功率，直到退出供电；同时，柴油发电机组呈线性逐渐增加输出功率，直到按电网总负荷∑P运行，此时，柴油发电机组进入保持持续额定负荷且最低SFOC供电模式；然后执行步骤2.5；步骤2.5，当电网总负荷变化时，如果电网总负荷低于柴油发电机组额定负荷以及单套锂电池组允许的最大负荷，但高于柴油发电机组额定负荷，则投入一套锂电池组，由柴油发电机组和单套锂电池组并网供电，并且，在此负荷变化区间，柴油发电机组持续保持额定负荷且最低SFOC供电模式，剩余电网负荷由单套锂电池组承担；并且，单套锂电池组输出的功率随电网总负荷的变化而变化；当电网总负荷变化时，如果电网总负荷高于单套锂电池组允许的最大负荷，但低于两套锂电池组允许的最大负荷，则投入两套锂电池组，由柴油发电机组和两套锂电池组并网供电，并且，在此负荷变化区间，柴油发电机组持续保持额定负荷且最低SFOC供电模式，剩余电网负荷由两套锂电池组承担，并且，两套锂电池组输出的功率随电网总负荷的变化而变化；当两套锂电池组均为满负荷供电时，即：柴油发电机组与两套满负荷的锂电池组联合供电，此时为船舶最大工作负荷状态；步骤3，当电网总负荷∑P由最大工作负荷状态逐渐减少时，采用以下方式供电：步骤3.1，初始时，柴油发电机组与两套锂电池组交流并网供电；当电网总负荷降低时，如果电网总负荷低于柴油发电机组额定负荷以及单套锂电池组允许的最大负荷，但高于柴油发电机组额定负荷，则退出第1锂电池组，由柴油发电机组和第2锂电池组交流并网供电；此过程中，柴油发电机组持续保持额定负荷且最低SFOC供电模式，剩余电网负荷由第2锂电池组承担；当电网总负荷继续降低时，如果电网总负荷低于柴油发电机组额定负荷且最低SFOC供电模式时的负荷时，此时，退出第2锂电池组，第1锂电池组已退出，继续保持柴油发电机组保持在额定负荷且最低SFOC供电模式，柴油发电机组发出的超过电网负荷需求的电能直接向第1锂电池组和第2锂电池组充电，因此，锂电池组充电吸收电网总负荷∑P减少的负荷；柴油发电机组既供给全船负荷，又向锂电池组充电；当锂电池组充电负荷增加至最高限值时，此时，锂电池组已充满电，则取消柴油发电机组额定负荷且最低SFOC供电模式，柴油发电机组功率随电网负荷变动，即：柴油发电机组功率随着电网负荷的下降而下降，电网负荷由柴油发电机组承担；锂电池组均衡充电维持在额定容量；当电网总负荷∑P下降到锂电池组...

【技术特征摘要】
1.一种船舶多电源复合利用最低耗油率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立船舶多电源复合利用最低耗油率优化系统；所述船舶多电源复合利用最低耗油率优化系统包括上位计算机、PLC控制单元、电池管理单元、电源变换模块、直流母线排、左推进电机单元、右推进电机单元、柴油发电系统、岸电系统、风力发电系统、太阳能发电系统、第一储能单元和第二储能单元；所述左推进电机单元、所述右推进电机单元、所述柴油发电系统、所述岸电系统、所述风力发电系统、所述太阳能发电系统、所述第一储能单元和所述第二储能单元均并联连接到所述直流母线排；所述PLC控制单元用于控制所述柴油发电系统、所述岸电系统、所述风力发电系统、所述太阳能发电系统、所述第一储能单元和所述第二储能单元的投切；所述风力发电系统与所述第一储能单元连接，可向所述第一储能单元充电；所述太阳能发电系统与所述第二储能单元连接，可向所述第二储能单元充电；所述柴油发电系统还直接与所述左推进电机单元和所述右推进电机单元连接，可直接驱动所述左推进电机单元和所述右推进电机单元；步骤2，当电网总负荷∑P逐渐增加时，初始时由锂电池组供电；当锂电池组供电能力不足时，柴油发电机组起动并投入工作，此时以柴油发电机组供电为主，柴油发电机组保持在额定负荷且最低SFOC供电模式，电网负荷的变化由锂电池组进行负荷补偿，维持柴油发电机组最佳耗油率；在此过程中，太阳能和风能持续向锂电池组均衡充电；具体方式为：步骤2.1，上位计算机鉴别电网总负荷∑P是否小于75％Qe，Qe为单套锂电池组额定容量，如果是，则由单套锂电池组向全船供电；如果不是，则执行步骤2.2；步骤2.2，上位计算机进一步鉴别电网总负荷∑P是否大于90％Qe，如果不是，则表明75％Qe≤电网总负荷∑P≤90％Qe，则由两套锂电池组向全船供电；如果是，则执行步骤2.3；步骤2.3，上位计算机进一步鉴别电网总负荷∑P是否大于95％Qe*2，如果不是，则表明90％Qe＜电网总负荷∑P≤95％Qe*2，则继续由两套锂电池组向全船供电；如果是，则执行步骤2.4；步骤2.4，PLC控制单元控制柴油发电机组起动供电；所述柴油发电机组起动并网后，按30％PL负荷稳定运行，电网剩余的70％PL负荷由锂电池组提供，由此防止负荷太低造成柴油机运转不稳定，运行时间由定时器确定，当达到定时器设定时间后，锂电池组呈线性逐渐减少输出功率，直到退出供电；同时，柴油发电机组呈线性逐渐增加输出功率，直到按电网总负荷∑P运行，此时，柴油发电机组进入保持持续额定负荷且最低SFOC供电模式；然后执行步骤2.5；步骤2.5，当电网总负荷变化时，如果电网总负荷低于柴油发电机组额定负荷以及单套锂电池组允许的最大负荷，但高于柴油发电机组额定负荷，则投入一套锂电池组，由柴油发电机组和单套锂电池组并网供电，并且，在此负荷变化区间，柴油发电机组持续保持额定负荷且最低SFOC供电模式，剩余电网负荷由单套锂电池组承担；并且，单套锂电池组输出的功率随电网总负荷的变化而变化；当电网总负荷变化时，如果电网总负荷高于单套锂电池组允许的最大负荷，但低于两套锂电池组允许的最大负荷，则投入两套锂电池组，由柴油发电机组和两套锂电池组并网供电，并且，在此负荷变化区间，柴油发电机组持续保持额定负荷且最低SFOC供电模式，剩余电网负荷由两套锂电池组承担，并且，两套锂电池组输出的功率随电网总负荷的变化而变化；当两套锂电池组均为满负荷供电时，即：柴油发电机组与两套满负荷的锂电池组联合供电，此时为船舶最大工作负荷状态；步骤3，当电网总负荷∑P由最大工作负荷状态逐渐减少时，采用以下方式供电：步骤3.1，初始时，柴油发电机组与两套锂电池组交流并网供电；当电网总负荷降低时，如果电网总负荷低于柴油发电机组额定负荷以及单套锂电池组允许的最大负荷，但高于柴油发电机组额定负荷，则退出第1锂电池组，由柴油发电机组和第2锂电池组交流并网供电；此过程中，柴油发电机组持续保持额定负荷且最低SFOC供电模式，剩余电网负荷由第2锂电池组承担；当电网总负荷继续降低时，如果电网总负荷低于柴油发电机组额定负荷且最低SFOC供电模式时的负荷时，此时，退出第2锂电池组，第1锂电池组已退出，继续保持柴油发电机组保持在额定负荷且最低SFOC供电模式，柴油发电机组发出的超过电网负荷需求的电能直接向第1锂电池组和第2锂电池组充电，因此，锂电池组充电吸收电网总负荷∑P减少的负荷；柴油发电机组既供给全船负荷，又向锂电池组充电；当锂电池组充电负荷增加至最高限值时，此时，锂电池组已充满电，则取消柴油发电机组额定负荷且最低SFOC供电模式，柴油发电机组功率随电网负荷变动，即：柴油发电机组功率随着电网负荷的下降而下降，电网负荷由柴油发电机组承担；锂电池组均衡充电维持在额定容量；当电网总负荷∑P下降到锂电池组的减备用锂电池组功率点的功率水平时，柴油发电机组逐步退出电网，全船负荷由...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桂臣，杨祥，曹玉琢，钟作寿，张国超，
申请(专利权)人：达器船用推进器江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32