一種動力定位船舶能量管理優化方法技術

本發明專利技術涉及一種動力定位船舶能量管理優化方法，按照發電機組的能耗特征及其出力比例進行調度，將每臺發電機組輸出功率與其最大功率比值和每臺發電機額定功率與功率最大發電機額定功率的比值的乘積的組合作為可行解，每個可行解作為一個粒子，全部可行解的集合作為粒子群，通過粒子群算法獲取最優可行解，進行優化。本發明專利技術提出的一種動力定位船舶能量管理優化方法，根據粒子群算法和所構建的調度模型，合理分配各船舶發電機組的負荷，在保證船舶安全的基礎上，減少船舶能耗。

Optimization method of energy management for dynamic positioning ship

The invention relates to a dynamic positioning ship energy management optimization, scheduling according to the characteristics of energy generating units and output ratio, the ratio of the maximum combined product generator rated power output of each generator power and the maximum power and the ratio of each generator rated power and power as the feasible solution, each as a feasible solution a collection of particles, all feasible solutions as particle swarm, obtain the optimal feasible solution by particle swarm optimization algorithm. A dynamic positioning ship energy management optimization method of the present invention, based on particle swarm algorithm and the scheduling model, a reasonable allocation of the ship generator load, while ensuring the safety of ship on the ship, to reduce energy consumption.

【技術實現步驟摘要】
一種動力定位船舶能量管理優化方法
本專利技術涉及船舶能量管理系統，特別是一種動力定位船舶能量管理優化方法。
技術介紹
船舶能量管理是指根據船舶電力系統的實際需要而產生的對船舶電能進行統一調度，管理和控制。其目的是根據船舶實際工況，綜合考慮船舶機動性、經濟型、電網運行的穩定性和可靠性，協調控制電氣設備，實現電能的優化配置與管理，在滿足連續穩定安全的基礎上兼顧經濟型，確保船舶能量消耗最少。發電機組調度在陸上已有廣泛應用。國務院頒發《節能發電調度辦法》后，陸續開展了節能發電調度改革的試點工作。規定了電力系統調度的基本原則，按各容量發電機組的供電能耗水平，從低能耗機組到高能耗機組依次安排發電。大規模優化算法是實現節能目標的重要方法，應用到節能發電調度的算法主要有線性規劃法、動態規劃法、遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法等。動力定位船舶能量管理與陸上發電機調度不同，主要體現在：1、船舶能量管理要以船舶安全操作為基礎，對電網的安全穩定提出了更高的要求；2、由于船舶電網線路短、阻抗小，其網損可忽略不計；3、船舶電網相比陸上電網容量較小，負載的變化對發電機影響較大；4、船舶功率變化大，且變化快速，對船舶發電機影響明顯。目前船舶發電機組調度的主要方法是忽略每臺發電機組的能耗特性，等比例的分配各個發電機組的負荷，易導致船舶能耗高，污染大。陸上發電機組的調度方法雖然能夠減少船舶能耗，取得一定的優化效果，但沒有針對船舶電網進行適當改進，不能滿足船舶能量管理優化的要求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種動力定位船舶能量管理優化方法，以克服現有技術中存在的缺陷。為實現上述目的，本專利技術的技術方案是：一種動力定位船舶能量管理優化方法，按照如下步驟實現：步驟S1：建立動力定位船舶能量管理優化數學模型；步驟S2：設置優化參數，初始化粒子群；步驟S3：更新粒子群的位置和速度；步驟S4：判斷粒子群中每個粒子當前迭代數k的粒子位置的適應度是否大于對應粒子搜索過的最優位置pibest的適應度，若是，則執行步驟S5，否則保留該粒子的歷史最優位置，并執行步驟S6；步驟S5：更新相應粒子的最優位置pibest，令并執行步驟S6；步驟S6：判斷當前迭代數k中所有粒子的最優位置的適應度是否大于記錄的粒子群中所有粒子的歷史全局最優位置gbest，若是，則執行步驟S7，否則保留粒子的歷史全局最優位置，并執行步驟S8；步驟S7：更新粒子群的歷史全局最優位置gbest，令并執行步驟S8；步驟S8：判斷是否滿足終止條件，若是，則結束，得到最優可行解，并根據該最優可行解對動力定位船舶能量管理進行優化，否則返回步驟S3。在本專利技術一實施例中，在所述步驟S1中，所述動力定位船舶能量管理優化數學模型包括目標函數和約束條件；所述目標函數包括：最低燃料消耗；所述約束條件包括：機組出力約束以及機組平衡約束。在本專利技術一實施例中，在所述步驟S1中，記每臺發電機的輸出功率為pGj，每臺發電機組的額定功率為pjmax，第n臺發電機組功率最大，額定功率為pnmax，船舶總負荷為pD，則令：則所述動力定位船舶能量管理優化數學模型為：其中，pG為發電機組的輸出總功率與功率最大發電機的額定功率的比值；F(pG)為發電機組消耗燃料的總量；pj為第j臺機組輸出功率與其額定功率的比值；pj’為第j臺機組額定功率與功率最大發電機額定功率的比值；aj、bj、cj為第j臺機組燃料消耗系數；pjmin為第j臺機組最小輸出功率與其額定功率的比值；pjmax為第j臺機組最大輸出功率與其額定功率的比值；pD’為船舶總負荷與功率最大發電機的額定功率的比值。在本專利技術一實施例中，在所述步驟S2中，所述優化參數包括：慣性權重、個體加速系數、社會加速系數、粒子群規模pop_size、可行解的維度dim、可行解的位置上限X_max、可行解的位置下限X_min、可行解的最大速度限制V_max以及可行解的最大迭代數iter_max。在本專利技術一實施例中，在所述步驟S2中，所述初始化粒子群按照如下方式實現：計算每一個粒子的位置向量X，計算每個粒子的速度向量V，即：X＝X_min+(X_max-X_min)*rand()；V＝V_min+(V_max-V_min)*rand()；其中，X為pop_size行dim列矩陣，矩陣中每一個元素表示為Xx,j，rand()介于[0,1]之間的隨機數。在本專利技術一實施例中，在所述步驟S3中，按照如下方式更新粒子群的速度和位置：其中，ω為慣性權重，c1為個體加速系數，c2為社會加速系數，r1、r2為區間在[0,1]之間的隨機數。在本專利技術一實施例中，在所述步驟S8中，所述終止條件為可行解的最大迭代步數iter_max。相較于現有技術，本專利技術具有以下有益效果：本專利技術所提出的一種動力定位船舶能量管理優化方法，合理分配了各船舶發電機組的負荷，在保證船舶安全的基礎上，減少了船舶能耗，減低了船舶運營成本，降低了船舶污染。附圖說明圖1為本專利技術中一種動力定位船舶能量管理優化方法的流程圖。圖2為本專利技術方法與傳統船舶發電機調度方法船舶能源消耗之差示意圖。具體實施方式下面結合附圖，對本專利技術的技術方案進行具體說明。本專利技術提供一種動力定位船舶能量管理優化方法，如圖1所示，本專利技術具體包括以下步驟：步驟S1、建立動力定位船舶能量管理優化數學模型；在本實施例中，動力定位船舶能量管理優化數學模型包括：目標函數和約束條件；目標函數包括：最低燃料消耗；約束條件包括：機組出力約束以及機組平衡約束。進一步的，若每臺發電機的輸出功率為pGj，每臺發電機組的額定功率為pjmax，假設第n臺發電機組功率最大，額定功率為pnmax，船舶總負荷為pD,則令：則能量管理優化模型具體形式為：其中，pG為發電機組的輸出總功率與功率最大發電機的額定功率的比值；F(pG)為發電機組消耗燃料的總量；pj為第j臺機組輸出功率與其額定功率的比值；pj’為第j臺機組額定功率與功率最大發電機額定功率的比值；aj、bj、cj為第j臺機組燃料消耗系數；pjmin為第j臺機組最小輸出功率與其額定功率的比值；pjmax為第j臺機組最大輸出功率與其額定功率的比值；pD’為船舶總負荷與功率最大發電機的額定功率的比值。步驟S2、設置優化參數，初始化粒子群；進一步的，優化參數包括：慣性權重、個體加速系數、社會加速系數、粒子群規模pop_size、可行解的維度dim、可行解的位置上限X_max、可行解的位置下限X_min、可行解的最大速度限制V_max、可行解的最大迭代數iter_max。進一步的，隨機初始化粒子群的過程為：計算每一個粒子的位置向量X，計算每個粒子的速度向量V，即：X＝X_min+(X_max-X_min)*rand()(6)V＝V_min+(V_max-V_min)*rand()(7)式中，X為pop_size行dim列矩陣，矩陣中每一個元素表示為Xx,j，rand()介于[0,1]之間的隨機數。步驟S3、更新粒子群的位置和速度；依照下列公式計算出新的粒子的速度和位置：其中，ω為慣性權重，c1為個體加速系數，c2為社會加速系數，r1、r2為區間在[0,1]之間的隨機數。步驟S4、判斷粒子群中每個粒子當前迭代數k的粒子位置的適應度是否大于對應粒子搜索過的最優位置pi本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種動力定位船舶能量管理優化方法，其特征在于，按照如下步驟實現：步驟S1：建立動力定位船舶能量管理優化數學模型；步驟S2：設置優化參數，初始化粒子群；步驟S3：更新粒子群的位置和速度；步驟S4：判斷粒子群中每個粒子當前迭代數k的粒子位置

【技術特征摘要】
1.一種動力定位船舶能量管理優化方法，其特征在于，按照如下步驟實現：步驟S1：建立動力定位船舶能量管理優化數學模型；步驟S2：設置優化參數，初始化粒子群；步驟S3：更新粒子群的位置和速度；步驟S4：判斷粒子群中每個粒子當前迭代數k的粒子位置的適應度是否大于對應粒子搜索過的最優位置pibest的適應度，若是，則執行步驟S5，否則保留該粒子的歷史最優位置，并執行步驟S6；步驟S5：更新相應粒子的最優位置pibest，令并執行步驟S6；步驟S6：判斷當前迭代數k中所有粒子的最優位置的適應度是否大于記錄的粒子群中所有粒子的歷史全局最優位置gbest，若是，則執行步驟S7，否則保留粒子的歷史全局最優位置，并執行步驟S8；步驟S7：更新粒子群的歷史全局最優位置gbest，令并執行步驟S8；步驟S8：判斷是否滿足終止條件，若是，則結束，得到最優可行解，并根據該最優可行解對動力定位船舶能量管理進行優化，否則返回步驟S3。2.根據權利要求1所述的一種動力定位船舶能量管理優化方法，其特征在于，在所述步驟S1中，所述動力定位船舶能量管理優化數學模型包括目標函數和約束條件；所述目標函數包括：最低燃料消耗；所述約束條件包括：機組出力約束以及機組平衡約束。3.根據權利要求1所述的一種動力定位船舶能量管理優化方法，其特征在于，在所述步驟S1中，記每臺發電機的輸出功率為pGj，每臺發電機組的額定功率為pjmax，第n臺發電機組功率最大，額定功率為pnmax，船舶總負荷為pD，則令：則所述動力定位船舶能量管理優化數學模型為：

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳德烽，趙珂，俞萬能，廖衛強，
申請(專利權)人：集美大學，
類型：發明
國別省市：福建,35