[发明专利]一种基于虚拟储能的全电力船舶经济性调度方法及系统

权利要求书

1.一种基于虚拟储能的全电力船舶经济性调度方法，其特征在于，包括：

虚拟储能建立步骤：建立电力推进负荷所需的功率与船速呈强非线性关系；

物理储能建立步骤：建立蓄电池作为船载物理储能充放电方程；

柴油发电机搭建步骤：定义柴油发电机每小时的油耗公式；

全电力船舶经济性调度模型建立步骤：根据所述的强非线性关系与所述的油耗公式，设定全电力船舶的燃油成本和碳排放最低的目标函数；

虚拟储能的全电力船舶经济性调度模型建立步骤：根据所述目标函数，采用粒子群优化算法解决全电力船舶的经济性调度问题；

所述虚拟储能建立步骤中，综合电力推进系统是全电力船舶的重要负荷，电力推进负荷所需的功率与船速V^t呈强非线性关系如下：

其中，c₁和c₂为推进系数；

当全电力船舶发电量充足时，增加船速，从而提升负荷量，使柴油发电机工作在最佳工作点；当全电力船舶发电量不足时，适当降低船速，从而减小负荷需求，保证柴油发电机始终高效运行，通过调节船速，实现推进负荷功率的变化，从而导致全电力船舶发电调度的变化，间接的实现了储能充放电功能；

所述物理储能建立步骤中，蓄电池作为船载物理储能系统，其充放电程如下：

其中，为物理储能系统在t时刻的剩余能量；和分别代表储能系统的充放电功率；η_ch和η_dc代表储能系统的充放电效率；Δt是时间间隔；

所述柴油发电机搭建步骤中，作为船舶电力系统中主要的供电设备，柴油机发电系统为全电力船舶负荷供电，保证船舶电站供电的安全性和可靠性，柴油发电机每小时的油耗定义为：

其中，为柴油发电机每小时的输出功率；P_r为柴油发电机额定功率；a和b为发电机油耗系数；

所述的全电力船舶经济性调度模型建立步骤中，把全电力船舶的燃油成本和碳排放最低设为目标函数，具体表示为：

式中，Ct表示燃油成本；En代表碳排放量；n与m分别代表柴油价格和碳排放系数；为船舶生活负荷；D是航程距离；R_D和R_U分别代表柴油机发电系统功率调节的上限和下限。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟储能的全电力船舶经济性调度方法，其特征在于，所述虚拟储能的全电力船舶经济性调度模型建立步骤中，引入粒子群优化算法解决多目标优化问题，再使用多目标粒子群优化算法解决全电力船舶的经济性调度问题。

3.根据权利要求2所述的基于虚拟储能的全电力船舶经济性调度方法，其特征在于，所述粒子群优化算法是通过整合群体的历史信息以及个体自身的经验，在全局最优粒子与个体最优粒子的指引下寻找最优解，具体数学表述如下所示，

其中，k为当前迭代数，v_i是第i个粒子的飞行速度；x_i是第i个粒子的位置；w是惯性权重；u₁和u₂为学习因子；r₁和r₂代表在[0,1]变化的随机数；p_i为个体最优粒子的位置。

4.根据权利要求3所述的基于虚拟储能的全电力船舶经济性调度方法，其特征在于，所述多目标粒子群优化算法解决全电力船舶的经济性调度问题，是指首先初始化变量形成一个粒子数为N的种群P，变量包括船载柴油机发电系统每小时功率输出、船速和物理储能系统的充放电功率；随后，在约束条件内，为每个粒子随机设置一个速度；其次，结合目标函数评价每个粒子；然后，检验全电力船舶的运行成本和温室气体排放量是否最低，如果没有，利用即公式5更新粒子，产生新的种群Q；随后，整合种群P和Q，合成新的种群R，并对种群R进行排序；排序后，重新选取N个最佳粒子，进行下一次迭代；最后，直至程序结束，输出最后优化调度的结果。

5.一种基于虚拟储能的全电力船舶经济性调度系统，其特征在于，包括：

虚拟储能建立模块：建立电力推进负荷所需的功率与船速呈强非线性关系；

物理储能建立模块：建立蓄电池作为船载物理储能充放电方程；

柴油发电机搭建模块：定义柴油发电机每小时的油耗公式；

全电力船舶经济性调度模型建立模块：根据所述的强非线性关系与所述的油耗公式，设定全电力船舶的燃油成本和碳排放最低的目标函数；

虚拟储能的全电力船舶经济性调度模型建立模块：根据所述目标函数，采用粒子群优化算法解决全电力船舶的经济性调度问题；

所述虚拟储能建立模块中，综合电力推进系统是全电力船舶的重要负荷，电力推进负荷所需的功率与船速V^t呈强非线性关系如下：

其中，c₁和c₂为推进系数；

当全电力船舶发电量充足时，增加船速，从而提升负荷量，使柴油发电机工作在最佳工作点；当全电力船舶发电量不足时，适当降低船速，从而减小负荷需求，保证柴油发电机始终高效运行，通过调节船速，实现推进负荷功率的变化，从而导致全电力船舶发电调度的变化，间接的实现了储能充放电功能；

所述物理储能建立模块中，蓄电池作为船载物理储能系统，其充放电程如下：

其中，为物理储能系统在t时刻的剩余能量；和分别代表储能系统的充放电功率；η_ch和η_dc代表储能系统的充放电效率；Δt是时间间隔；

所述柴油发电机搭建模块中，作为船舶电力系统中主要的供电设备，柴油机发电系统为全电力船舶负荷供电，保证船舶电站供电的安全性和可靠性，柴油发电机每小时的油耗定义为：

其中，为柴油发电机每小时的输出功率；P_r为柴油发电机额定功率；a和b为发电机油耗系数；

所述的全电力船舶经济性调度模型建立模块中，把全电力船舶的燃油成本和碳排放最低设为目标函数，具体表示为：

式中，Ct表示燃油成本；En代表碳排放量；n与m分别代表柴油价格和碳排放系数；为船舶生活负荷；D是航程距离；R_D和R_U分别代表柴油机发电系统功率调节的上限和下限。