【技术实现步骤摘要】
本申请涉及新能源及节能，特别是涉及一种考虑不确定负载需求的船舶综合能源系统的分布式随机能源管理方法。
技术介绍
1、随着海运业的蓬勃发展，大量依靠传统能源的船舶成为海洋环境的主要污染源。为了改善海洋环境，解决能源危机，可再生能源资源在船舶综合能源系统中得到广泛应用。为提升船舶综合能源系统的能源利用效率，促进绿色智能船舶的经济发展，船舶综合能源系统的能源管理问题受到广泛关注。
2、然而，相比于其他综合能源系统，由于船舶航行中的风、浪、流、涌对去复杂需求产生扰动，解决船舶综合能源系统的能源管理问题时面临诸多挑战：
3、一方面，复杂海况对负载需求产生扰动，影响能源管理决策的稳定性，但是，船舶的动力推进设备需要在稳定的能源供给下安全运行。在复杂海况下，船舶的能源需求具有不确定性，但目前针对船舶综合能源系统能源管理问题的深入研究相对匮乏。过往的研究大多聚焦于船舶综合能源系统供能设备的多样化和船舶航行约束，却鲜少关注复杂海况对船舶能源需求的影响。特别是在能源管理决策方面，现有研究往往忽视了不确定负载对稳定能源管理决策的影响，这些变化直接影响到船舶综合能源系统对动力推进设备的稳定能源供给。
4、另一方面，处理不确定的复杂信息需要大量的计算资源，但是航行的船舶装配一个计算资源大的设备成本很高，在处理不确定信息时，已有研究同样未能充分考虑到船舶综合能源系统计算资源有限的问题，以及额外的信息处理过程增加计算时间，影响其能源管理决策的实时性。
5、现有的船舶综合能源系统的能源管理方法部分采用次梯度法、交
6、因此，需要探索一种能够在有限的计算资源下解决船舶综合能源系统能源管理问题的方法。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种考虑不确定负载需求的船舶综合能源系统的分布式随机能源管理方法。考虑复杂海况下不确定负载需求对船舶航行的安全性影响，本专利技术以船舶综合能源系统为研究对象，基于供能设备的运行成本，供需平衡约束和船舶安全航行约束，建立船舶综合能源系统的能源管理模型。本专利技术基于随机优化和分布式优化理论，提出一种分布式随机能源管理方法，以不确定负载需求对稳定能源管理决策的影响，提高其能源管理效率。并且，本专利技术所提出的算法无需额外的信息处理过程，节省船舶综合能源系统的计算资源。该方法不仅能有效解决船舶综合能源系统的能源管理问题，在复杂海况下高效获得最优调度方案，保证船舶安全航行。
2、为此，本专利技术提供了以下技术方案：
3、本专利技术公开了一种船舶综合能源系统的分布式随机能源管理方法，所述步骤包括：
4、建立船舶综合能源系统的能源管理模型；
5、针对船舶综合能源系统的分布式结构，对其能源管理问题进行变量替换；针对复杂海况对负载需求影响，简化所述能源管理模型；
6、根据所述船舶综合能源系统中不同设备的状态信息，构建其通信拓扑，采用分布式随机优化算法求解复杂海况下的船舶综合能源系统能源管理问题，得到船舶综合能源系统的最优能源管理决策参数；
7、其中，所述分布式随机能源管理方法包括：
8、初始化，建立船舶综合能源系统的通信拓扑，设置计算周期k；
9、在第k次迭代时，完成如下本地计算：
10、
11、其中，步长η＝0.00005；
12、交换局部信息：
13、其中，yri(k)和zri(k)是辅助变量，μ是惩罚系数，r是邻接矩阵的佩龙矩阵，是不等式约束的惩罚函数梯度，是成本函数梯度，dxi是负载需求扰动，xri(k)是在第k次迭代时关于rxi的估计，xi＝[pi；hi]，rxi＝[rpi；rhi]；
14、重复上述步骤直至迭代到k次，完成分布式优化计算，得到最优的经济调度决策参数xi；
15、基于所述最优能源管理决策参数，进行实时能源任务分配。
16、进一步地，建立船舶综合能源系统的能源管理模型，包括：
17、获取船舶综合能源系统中不同设备的状态信息；基于船舶综合能源系统中不同种类的供能设备运行成本参数，解析运行成本函数，以船舶综合能源系统运行成本最小为优化目标，遵循供需平衡约束、安全发电约束、船舶能耗运行约束和航速约束条件，建立船舶综合能源系统的能源管理模型。
18、进一步地，船舶综合能源系统中的设备包括光伏板、柴油发电机、储能装置和热电联产设备。
19、进一步地，所述船舶综合能源系统的能源管理模型的目标函数为：
20、
21、其中，ctotal是船舶综合能源系统的总成本；n1是光伏板的数量；n2是柴油发电机的数量；n3是储能设备的数量；n4是热电联产设备的数量；是光伏板的成本函数；是柴油发电机的成本函数；是储能设备的成本函数；是热电联产设备的成本函数；分别是光伏板、柴油发电机、储能设备和热点联产设备输出电能的状态变量；分别是储能设备和热点联产设备输出热能的状态变量；
22、为维持负荷的正常运行，结合供能装置的总输出功率，得到约束条件为：
23、
24、其中，dp,dh分别是船舶综合能源系统总电能和热能需求；
25、考虑供能设备的安全运行，船舶综合能源系统中各设备应在安全物理约束下正常运行，每个供能装置的输出能量约束为：
26、
27、其中，分别是光伏板、柴油发电机、储能设备和热电联产设备输出电能的上下限；分别是储能设备和热电联产设备输出热能的上下限；
28、船舶能效运行指标eeoi约束为：
29、eeoi(pdg,hchp)≤emax
30、
31、其中，emax为eeoi指数的上界，mc为船舶总载重，d为航行海里数，分别为柴油发电机和热电联产设备的二氧化碳排放量；
32、二氧化碳排放量与输出电能的关系为：
33、
34、其中，分别为柴油发电机和热电联产设备的二氧化碳排放函数的系数；
35、通过线性化处理，二氧化碳排放函数等价于：
36、
37、其中，分别为线性化后的排放参数；
38、为保证航行安全，船舶在不同阶段的航速应满足：
39、
40、其中，分别为巡航、靠泊和离港的航速上下限；船舶当前时刻的航速为
41、进一步地，所述船舶综合能源系统的能源管理模型如下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种船舶综合能源系统的分布式随机能源管理方法，其特征在于，所述步骤包括：
2.根据权利要求1所述的船舶综合能源系统的分布式随机能源管理方法，其特征在于，建立船舶综合能源系统的能源管理模型，包括：
3.根据权利要求1所述的船舶综合能源系统的分布式随机能源管理方法，其特征在于，船舶综合能源系统中的设备包括光伏板、柴油发电机、储能装置和热电联产设备。
4.根据权利要求3所述的船舶综合能源系统的分布式随机能源管理方法，其特征在于，所述船舶综合能源系统的能源管理模型的目标函数为：
5.根据权利要求4所述的船舶综合能源系统的分布式随机能源管理方法，其特征在于，所述船舶综合能源系统的能源管理模型如下：
6.根据权利要求5所述的船舶综合能源系统的分布式随机能源管理方法，其特征在于，针对复杂海况对负载需求影响，简化所述能源管理模型，包括：
【技术特征摘要】
1.一种船舶综合能源系统的分布式随机能源管理方法，其特征在于，所述步骤包括：
2.根据权利要求1所述的船舶综合能源系统的分布式随机能源管理方法，其特征在于，建立船舶综合能源系统的能源管理模型，包括：
3.根据权利要求1所述的船舶综合能源系统的分布式随机能源管理方法，其特征在于，船舶综合能源系统中的设备包括光伏板、柴油发电机、储能装置和热电联产设备。
4.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：滕菲，班子潇，林冠廷，李烁，王良斌，肖辉宇，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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