一种油电混合动力船舶的能量管理方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种油电混合动力船舶的能量管理方法及装置，该方法为：获取当前时刻船舶的第一功率需求，获取与控制变量相关的燃油消耗函数，将电池输出功率作为控制变量，并基于电池输出功率确定最优控制变量，获取上一时刻下船舶的第二功率需求，基于第二功率需求，确定船舶的扭矩需求，根据扭矩需求，对发动机对应的第一扭矩与电动机对应的第二扭矩进行多次分配，得到多组扭矩组合，然后确定上一时刻的最优扭矩组合以及与最优扭矩组合对应的协态变量，优化协态变量，得到当前时刻的最优协态变量，根据最优控制变量和最优协态变量，确定船舶当前时刻的最小总燃油消耗量，以对船舶进行能量管理，从而提升了船舶的燃油经济性。从而提升了船舶的燃油经济性。从而提升了船舶的燃油经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种油电混合动力船舶的能量管理方法及装置


[0001]本专利技术属于混合动力船舶能量控制的
，尤其涉及一种油电混合动力船舶的能量管理方法及装置。

技术介绍

[0002]目前，能够获得总燃油能耗最优的全局优化控制策略已经成为研究热点。它主要依赖于庞特里亚金极小值原理(Pontryagin
’
s minimum principle,PMP)和Bellman动态规划(Dynamic Programming，DP)理论来解决系统能量的动态优化问题。
[0003]实际上，运用DP算法求解的计算量比较大，耗费时间比较长，因此实际应用上难度比较大。而基于PMP算法的能量优化控制策略，凭借其计算速度快，计算量较DP算法小的优点成为近年动态全局优化理论的研究热点。
[0004]但是，由于油电混合动力船舶的动力系统存在非线性、多变量、时变等因素，如果仅利用PMP算法来确定最优的能量分配策略，得到的能量分配策略仅是在运行区间的全局考虑下的最优，无法保证在整个运行区间内都是处于最优的分配情况。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种油电混合动力船舶的能量管理方法及装置，以解决目前对油电混合动力船舶进行能量管理时难以确保在整个运行区间内的能量分配保持实时最优的分配。
[0006]根据本专利技术的一方面，提供了一种油电混合动力船舶的能量管理方法，所述方法包括：
[0007]获取当前时刻下船舶的第一功率需求，所述第一功率需求由发动机的第一实时功率和/或电动机的第二实时功率满足，所述第二实时功率根据电池输出功率确定，所述电池输出功率为向所述电动机提供电能的电池对应的输出功率；
[0008]获取燃油消耗函数，其中，所述燃油消耗函数与所述控制变量相关，当所述控制变量为最优控制变量时，所述燃油消耗函数输出的燃油消耗量最小；
[0009]将所述电池输出功率作为所述控制变量，并基于所述电池输出功率确定所述最优控制变量；
[0010]获取上一时刻下船舶的第二功率需求，并基于所述第二功率需求，确定所述船舶的扭矩需求；
[0011]根据所述扭矩需求，对所述发动机对应的第一扭矩与所述电动机对应的第二扭矩进行多次分配，得到多组扭矩组合，其中，每次分配得到一组所述扭矩组合，每组所述扭矩组合中的所述第一扭矩与所述第二扭矩的和为所述扭矩需求；
[0012]从多组所述扭矩组合中，确定出上一时刻的最优扭矩组合以及与所述最优扭矩组合对应的协态变量；
[0013]对所述协态变量进行优化，得到当前时刻下的最优协态变量；
[0014]根据所述最优控制变量以及所述最优协态变量，确定所述船舶当前时刻的最小总燃油消耗量，以对所述船舶进行能量管理。
[0015]根据本专利技术的一方面，提供了一种油电混合动力船舶的能量管理装置，所述装置包括：
[0016]第一功率需求获取模块，用于获取当前时刻下船舶的第一功率需求，所述功率需求由发动机的第一实时功率和/或电动机的第二实时功率满足，所述第二实时功率根据电池输出功率确定，所述电池输出功率为向所述电动机提供电能的电池对应的输出功率；
[0017]燃油消耗函数获取模块，用于获取燃油消耗函数，其中，所述燃油消耗函数与所述控制变量相关，当所述控制变量为最优控制变量时，所述燃油消耗函数输出的燃油消耗量最小；
[0018]最优控制变量确定模块，用于将所述电池输出功率作为所述控制变量，并基于所述电池输出功率确定所述最优控制变量；
[0019]扭矩需求确定模块，用于获取上一时刻下船舶的第二功率需求，并基于所述第二功率需求，确定所述船舶的扭矩需求；
[0020]分配模块，用于根据所述扭矩需求，对所述发动机对应的第一扭矩与所述电动机对应的第二扭矩进行多次分配，得到多组扭矩组合，其中，每次分配得到一组所述扭矩组合，每组所述扭矩组合中的所述第一扭矩与所述第二扭矩的和为所述扭矩需求；
[0021]协态变量确定模块，用于从多组所述扭矩组合中，确定出上一时刻的最优扭矩组合以及与所述最优扭矩组合对应的协态变量；
[0022]优化模块，用于对所述协态变量进行优化，得到当前时刻下的最优协态变量；
[0023]能量管理模块，用于根据所述最优控制变量以及所述最优协态变量，确定所述船舶当前时刻的最小总燃油消耗量，以对所述船舶进行能量管理。
[0024]根据本专利技术的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
[0025]至少一个处理器；以及
[0026]与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0027]所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本专利技术任一实施例所述的一种油电混合动力船舶的能量管理方法。
[0028]根据本专利技术的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本专利技术任一实施例所述的一种油电混合动力船舶的能量管理方法。
[0029]本专利技术实施例的技术方案提供了一种油电混合动力船舶的能量管理方法，该方法包括：获取当前时刻下船舶的第一功率需求，第一功率需求由发动机的第一实时功率和/或电动机的第二实时功率满足，第二实时功率根据电池输出功率确定，电池输出功率为向电动机提供电能的电池对应的输出功率；获取燃油消耗函数，其中，燃油消耗函数与控制变量相关，当控制变量为最优控制变量时，燃油消耗函数输出的燃油消耗量最小；将电池输出功率作为控制变量，并基于电池输出功率确定最优控制变量；获取上一时刻下船舶的第二功率需求，并基于第二功率需求，确定船舶的扭矩需求；根据扭矩需求，对发动机对应的第一扭矩与电动机对应的第二扭矩进行多次分配，得到多组扭矩组合，其中，每次分配得到一组
扭矩组合，每组扭矩组合中的第一扭矩与第二扭矩的和为扭矩需求；从多组扭矩组合中，确定出上一时刻的最优扭矩组合以及与最优扭矩组合对应的协态变量；对协态变量进行优化，得到当前时刻下的最优协态变量；根据最优控制变量以及最优协态变量，确定船舶当前时刻的最小总燃油消耗量，以对船舶进行能量管理，提升了油电混合动力船舶的燃油经济性。
[0030]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本专利技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本专利技术的范围。本专利技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1是根据本专利技术实施例一提供的一种油电混合动力船舶的能量管理方法流程图；
[0033]图2是根据本专利技术实施例一提供的一种扭矩限制示意图；
[0034]图3是根据本专利技术实施例一提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油电混合动力船舶的能量管理方法，其特征在于，所述方法包括：获取当前时刻下船舶的第一功率需求，所述第一功率需求由发动机的第一实时功率和/或电动机的第二实时功率满足，所述第二实时功率根据电池输出功率确定，所述电池输出功率为向所述电动机提供电能的电池对应的输出功率；获取燃油消耗函数，其中，所述燃油消耗函数与所述控制变量相关，当所述控制变量为最优控制变量时，所述燃油消耗函数输出的燃油消耗量最小；将所述电池输出功率作为所述控制变量，并基于所述电池输出功率确定所述最优控制变量；获取上一时刻下船舶的第二功率需求，并基于所述第二功率需求，确定所述船舶的扭矩需求；根据所述扭矩需求，对所述发动机对应的第一扭矩与所述电动机对应的第二扭矩进行多次分配，得到多组扭矩组合，其中，每次分配得到一组所述扭矩组合，每组所述扭矩组合中的所述第一扭矩与所述第二扭矩的和为所述扭矩需求；从多组所述扭矩组合中，确定出上一时刻的最优扭矩组合以及与所述最优扭矩组合对应的协态变量；对所述协态变量进行优化，得到当前时刻下的最优协态变量；根据所述最优控制变量以及所述最优协态变量，确定所述船舶当前时刻的最小总燃油消耗量，以对所述船舶进行能量管理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃油消耗函数为：其中，J为燃油消耗量，t0‑
t
f
为循环工况持续时间，为燃油消耗率，u(t)为所述控制变量。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将所述电池输出功率作为所述控制变量，并基于所述电池输出功率确定所述最优控制变量，包括：分别确定对所述发动机的工作转速、发动机扭矩以及发动机扭矩变化率的第一约束条件；分别确定对所述电池的当前荷电状态、电池充电功率以及所述电池输出功率的第二约束条件；分别确定对所述电动机的电机转速、电机扭矩以及电机扭矩变化率的第三约束条件；获取状态方程，所述状态方程为：x(t)＝f(x(t),u(t),t)，其中终端状态为x(t
f
)＝x
f
，u(t)为所述控制变量；在所述第一约束条件、所述第二约束条件以及所述第三约束条件的约束下，对所述燃油消耗函数进行更新，更新后得到的所述燃油消耗函数为：其中，Φ(x(x
f
),x
f
)和L(x(t),u(t),t)为连续可微的标量函数；利用哈密尔顿函数，基于更新后得到所述燃油消耗函数确定所述最优控制变量。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用哈密尔顿函数，基于更新后得到所述燃油消耗函数确定所述最优控制变量，包括：在更新后得到所述燃油消耗函数的基础上结合哈密尔顿函数，得到第一哈密尔顿函数
表达式，所述第一哈密尔顿函数表达式为：H(x(t),u(t),λ(t),t)＝L(x(t),u(t),t)+λ
T
(t)f(x(t),u(t),t)其中，λ(t)为所述协态变量，λ
T
表示所述协变变量随所述第一扭矩和所述第二扭矩的改变而改变；从所述第一哈密尔顿函数表达式中，确定使得所述第一哈密尔顿函数表达式得到最小值的控制变量作为所述最优控制变量。5.根据权利要求1或2或4所述的方法，其特征在于，所述从多组所述扭矩组合中，确定出上一时刻的最优扭矩组合以及与所述最优扭矩组合对应的协态变量，包括：基于PMP算法，确定第二哈密尔顿函数表达式，所述第二哈密尔顿函数表达式为：其中，m
fuel
(P
bat
(t),t)通过所述发动机对应的万有特性图查询得到,μ(t)为拉格朗日因子，属于标量，为所述电池输出功率对应的向量，λ(t)为所述协态变量，λ
T
表示所述协变变量随所述第一扭矩和/或所述第二扭矩的改变而改变，SOC(SOC,P
bat
(t),t)表示与所述当前荷电状态、所述电池充电功率以及时间相关的荷电状态函数；分别将所述扭矩组合代入至所述第二哈密尔顿函数表达式中，并获取各所述扭矩组合对应的所述哈密尔顿函数表达式的函数值；对所述函数值进行比较，确定最小函数值；将与所述最小函数值对应的所述扭矩组合作为最优扭矩组合；从所述最优扭矩组合对应的所述哈密尔顿函数表达式中获取协态变量。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述协态变量进行优化，得到当前时刻下的最优协态变量，包括：将所述协态变量输入至预先设定的自适应粒子群算法模型中；接收所述自适应粒子群算...

【专利技术属性】
技术研发人员：项勇兵，刘强，王炳亮，
申请(专利权)人：广东广船国际海洋科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：