一种船舶电力系统管理方法及船舶电力管理系统与流程

1.本技术涉及船舶技术领域，具体而言，涉及一种船舶电力系统管理方法及船舶电力管理系统。


背景技术：

2.这部分中描述仅提供与本公开有关的背景信息且可以不构成现有技术。
3.随着科技水平的发展，低碳环保的理念越来越受人重视，而且设备的智能化、数字化程度越来越高。然而，现阶段船舶电力系统的控制主要依靠人工操作，未形成完整控制体系，发电设备在电网中会相互干扰。船舶大型用电设备较多，在这类设备启动过程中，会对电网造成较大的负荷。目前为了确保电网的稳定运行，发电设备发电量通常大幅超过用电量，经济性较差。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种船舶电力系统管理方法，用于改善电网中的发电设备的发电量与实际的电网负荷的一致性。
5.本技术实施例的另一目的还在于提供一种使用上述船舶电力系统管理方法的船舶电力管理系统。
6.第一方面，提供了一种船舶电力系统管理方法，包括以下步骤：
7.1)在电力系统的工作区域布置用于收集电网环境数据的电网环境传感器，建立用于模拟电力系统的电力系统虚拟模型，电力系统虚拟模型与电力控制系统连接以组建电力虚实交互系统；
8.2)将电网环境传感器的电网环境数据、电力系统中电力设备运行数据映射至电力虚实交互系统，使电力虚实交互系统能够显示整船电力系统工作状况和电力系统工作区域内电力情况；
9.3)电力虚实交互系统根据电网环境数据和电力设备运行数据判断电网负荷是否符合安全性和运行经济性要求，如果符合要求则不执行操作，如果不符合要求，则电力虚实交互系统将控制指令发送至电力控制系统，电力控制系统根据控制指令对电力系统进行控制，使电网负荷符合安全性和运行经济性要求。
10.一种可能实施的方案中，在电力虚实交互系统中构建电力系统决策库，步骤3)中电力虚实交互系统将控制指令发送至电力控制系统的方式是：电力虚实交互系统判断步骤3)中电网环境数据和电力设备运行数据条件下电力系统决策库中是否有对应的控制指令供执行操作，如果有，电力虚实交互系统将电力系统决策库中对应的控制指令发送至电力控制系统，如果没有则提示人工操作，人工操作完成后，电力虚实交互系统将人工操作的控制指令发送至电力控制系统，并将电网环境数据、电力设备运行数据与人工操作的控制指令存储至电力系统决策库。
11.一种可能实施的方案中，电力系统决策库的构建方法为：
12.31)收集电网环境数据、电力设备运行数据、周期发电量；
13.32)将数据信息规划为数据集，该区域的电网环境数据集s＝{s1,s2,s3,s4,
…
,sn}，电力设备运行数据集a＝{a1,a2,a3,a4,
…
,an}，周期发电量数据集w＝{w1,w2,w3,w4,
…
,wn}；
14.33)依据电网环境数据集、电力设备运行数据集、周期发电量数据集，在现场电力环境安全性与设备运行经济性两个维度构建船舶电力系统决策库。
15.一种可能实施的方案中，步骤1)中布置电网环境传感器的操作包括布置电压传感器、电流传感器、温度传感器中的至少一个。
16.一种可能实施的方案中，步骤3)中电力系统中电力设备运行数据包括设备电流、设备电压、设备功率、设备温度、设备转速、设备制冷量、设备开关状态中的至少一个。
17.一种可能实施的方案中，所述电力虚拟模型为根据电力系统原理图建立的二维原理模型。
18.一种可能实施的方案中，所述电力系统虚拟模型为三维仿真模型，电力虚实交互系统中能够可视化显示整船电力系统工作状态、电网发电量、设备用电量。
19.一种可能实施的方案中，船舶电力系统管理方法还包括电力虚实交互系统检测的步骤：
20.收集电网环境数据和电力设备运行数据并记录在数据库，对比当前获得数据与数据库中历史数据，如果数据异常，电力虚实交互系统发出报警信号。
21.一种可能实施的方案中，船舶电力系统管理方法还包括电力设备调用方法：在电力设备需要更换且备件库中没有备件时，查询附近船只和岸基备件库的备货情况，并根据本船与其他船舶计划航行，计算出最佳备件领取点，告知对方船只或岸基备件库所需备件类型及预计到达时间。
22.第二方面，还提供一种船舶电力管理系统，船舶电力管理系统用于实现第一方面任一方案所述的船舶电力系统管理方法，船舶电力管理系统包括：
23.电力系统，包括电力设备和用于收集电力设备运行数据的电力设备数据传感器；
24.电网环境传感器，用于布置在电力系统的工作区域收集电网环境数据；
25.电力虚实交互系统，包括建模平台和电力控制系统，建模平台用于构建模拟电力系统的电力系统虚拟模型，电力系统虚拟模型与电力控制系统连接；
26.电网环境传感器和电力设备数据传感器均与电力虚实交互系统连接，以能够将电网环境传感器的电网环境数据、电力系统中电力设备运行数据映射至电力虚实交互系统，使电力虚实交互系统能够显示整船电力系统工作状况和电力系统工作区域内电力情况，并且电力虚实交互系统根据电网环境数据和电力设备运行数据判断电网负荷是否符合安全性和运行经济性要求，如果符合要求则不执行操作，如果不符合要求，则电力虚实交互系统将控制指令发送至电力控制系统，电力控制系统根据控制指令对电力系统进行控制，使电网负荷符合安全性和运行经济性要求。
27.本技术中的船舶电力系统管理方法具有的有益效果：本技术中船舶电力系统管理方法建立电力系统虚拟模型，电力系统虚拟模型与电力控制系统连接，并组建电力虚实交互系统，根据电网环境数据和电力系统电力设备运行数据，实时获取电力系统工作情况和电力情况，电网负荷出现异常时，电力虚实交互系统能够及时发送指令，使电网控制系统控
制电力系统进行调控，使电力系统的电网负荷符合要求，进而改善了电网负荷与电力设备发电量的一致性，有利于提高经济性。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
29.图1为根据本技术实施例示出的一种船舶电力系统管理方法中电力虚实交互系统构建方法的流程图；
30.图2为根据本技术实施例示出的一种船舶电力系统管理方法中电力虚实交互系统控制方法的流程图；
31.图3为根据本技术实施例示出的一种船舶电力系统管理方法中决策库构建方法的流程图；
32.图4为根据本技术实施例示出的一种船舶电力系统管理方法中电力虚实交互系统自测方法的流程图；
33.图5为根据本技术实施例示出的一种船舶电力管理系统的示意图。
具体实施方式
34.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.根据本技术的第一方面，首先提供了一种船舶电力系统管理方法，图1至图4为根据本技术实施例示出的船舶电力系统管理方法中的流程图。
37.船舶电力系统管理方法包括以下步骤：
38.1)在电力系统的工作区域布置用于收集电网环境数据的电网环境传感器，建立用于模拟电力系统的电力系统虚拟模型，电力系统虚拟模型与电力控制系统连接以组建电力虚实交互系统；
39.2)将电网环境传感器的电网环境数据、电力系统中电力设备运行数据映射至电力虚实交互系统，使电力虚实交互系统能够显示整船电力系统工作状况和电力系统工作区域内电力情况；
40.3)电力虚实交互系统根据电网环境数据和电力设备运行数据判断电网负荷是否符合安全性和运行经济性要求，如果符合要求则不执行操作，如果不符合要求，则电力虚实交互系统将控制指令发送至电力控制系统，电力控制系统根据控制指令对电力系统进行控
制，使电网负荷符合安全性和运行经济性要求。
41.一种实施例中，电力系统工作区域内电力情况包括设备用电量和电网发电量。
42.一种实施例中，所述电力系统虚拟模型为三维仿真模型，电力虚实交互系统中能够可视化显示整船电力系统工作状态、电网发电量、设备用电量。
43.三维模型中应包含电力设备以下信息：厂家、型号、功率、发电量、生产日期、检修日期、安装日期、安装方式、检修记录等。
44.一种实施例中，如图2所示，在电力虚实交互系统中构建电力系统决策库，步骤3)中电力虚实交互系统将控制指令发送至电力控制系统的方式是：电力虚实交互系统判断步骤3)中电网环境数据和电力设备运行数据条件下电力系统决策库中是否有对应的控制指令供执行操作，如果有，电力虚实交互系统根据电力系统决策库的运算将对应数据向电力控制系统发送控制指令，如果没有则提示人工操作，人工操作完成后，电力虚实交互系统将人工操作的控制指令发送至电力控制系统，并将电网环境数据、电力设备运行数据与人工操作的控制指令存储至电力系统决策库。
45.一种实施例中，如图3所示，电力系统决策库的构建方法为：
46.31)收集电网环境数据、电力设备运行数据、周期发电量；
47.32)将数据信息规划为数据集，该区域的电网环境数据集s＝{s1,s2,s3,s4,
…
,sn}，电力设备运行数据集a＝{a1,a2,a3,a4,
…
,an}，周期发电量数据集w＝{w1,w2,w3,w4,
…
,wn}；
48.33)依据电网环境数据集、电力设备运行数据集、周期发电量数据集，在现场电力环境安全性与设备运行经济性两个维度构建船舶电力系统决策库。
49.优选的，步骤33)中，构建四元组(s，a，r，θ)，该四元组有以下公式：
[0050][0051]
其中q为期望函数，s
t
为在t时刻的环境状态，r为在当前状态s
t
执行动作a之后的即时奖励；θ为折扣因子，表示对长期奖励回报的权重，s
t 1
为执行动作a到达的新状态。
[0052]
r＝-w r，其中w为周期发电量，r为安全约束奖励，当电网各项在安全范围时，r取值为0，当不满足时，取-10000。
[0053]
构建船舶电力系统节能决策库。在系统运行时，采集数据集{s，a，w}，根据上述方法进行训练，得到(s
t
，a，r，s
t 1
)并将其存储与决策库中，决策库即可查询对于任意环境s，应有对应电力设备运行较优策略。
[0054]
决策库对于任意环境s
t
，应有对应电力设备运行策略，并在系统运行时，仍然采集数据集，保持训练。
[0055]
一种实施例中，步骤1)中布置电网环境传感器的操作包括布置电压传感器、电流传感器、温度传感器中的至少一个。优选的，电网环境传感器包括电压传感器、电流传感器、温度传感器。一些实施例中，电网环境传感器可以包括电压传感器、电流传感器、温度传感器中的任意数量。
[0056]
一种实施例中，步骤3)中电力系统的电力设备运行数据包括设备电流、设备电压、设备功率、设备温度、设备转速、设备制冷量、设备开关状态中的至少一个。优选的，电力设备运行数据包括设备电流、设备电压、设备功率、设备温度、设备转速、设备制冷量、设备开关状态。一些实施例中，电力设备运行数据可以包括设备电流、设备电压、设备功率、设备温
度、设备转速、设备制冷量、设备开关状态中任意数量的数据。
[0057]
一种实施例中，电力虚拟模型为根据电力系统原理图建立的二维原理模型。
[0058]
一种实施例中，船舶电力系统管理方法还包括电力虚实交互系统检测的步骤：
[0059]
收集电网环境数据和电力设备运行数据并记录在数据库，对比当前获得数据与数据库中历史数据，如果数据异常，电力虚实交互系统发出报警信号。
[0060]
如图4所示，优选的步骤是：
[0061]
收集电网运行数据，电网运行数据包括电网环境数据和电力设备运行数据，将电网运行数据记录在数据库；对比历史数据集，若数据异常，虚实交互系统发出警报，提醒人员检测，并给出故障可能出现的原因；人工检测按提示排查，确定异常原因，并对电力系统进行维护，并记录至数据库；虚实交互系统将人工结果转化为历史数据集。
[0062]
一种实施例中，船舶电力系统管理方法还包括电力设备调用方法：在电力设备需要更换且备件库中没有备件时，查询附近船只和岸基备件库的备货情况，并根据本船与其他船舶计划航行，计算出最佳备件领取点，告知对方船只或岸基备件库所需备件类型及预计到达时间。
[0063]
优选的步骤是：
[0064]
本船需要电力设备备件时，在备件库搜寻系统中查询；
[0065]
备件库搜寻系统根据零件编号，查询本船是否含有备件，若有则完成搜寻操作，若没有，备件库搜寻系统查询附近船只、岸基备件库的备货情况，并根据本船与其他船舶计划航行，计算出最佳备件领取点；
[0066]
备件库搜寻系统根据备件所在位置，合理推荐航行线路，并告知对方船只或岸基备件库所需备件类型及预计到达时间。
[0067]
为了便于对上述管理方法的实施，一种实施例中，如图5所示，通过船舶电力管理系统实施上述任一实施例中的船舶电力系统管理方法。船舶电力管理系统包括：
[0068]
电力系统，包括电力设备和用于收集电力设备运行数据的电力设备数据传感器；
[0069]
电网环境传感器，用于布置在电力系统的工作区域收集电网环境数据；
[0070]
电力虚实交互系统，包括建模平台和电力控制系统，建模平台用于构建模拟电力系统的电力系统虚拟模型，电力系统虚拟模型与电力控制系统连接；
[0071]
电网环境传感器和电力设备数据传感器均与电力虚实交互系统连接，以能够将电网环境传感器的电网环境数据、电力系统中电力设备运行数据映射至电力虚实交互系统，使电力虚实交互系统能够显示整船电力系统工作状况和电力系统工作区域内电力情况，并且电力虚实交互系统根据电网环境数据和电力设备运行数据判断电网负荷是否符合安全性和运行经济性要求，如果符合要求则不执行操作，如果不符合要求，则电力虚实交互系统将控制指令发送至电力控制系统，电力控制系统根据控制指令对电力系统进行控制，使电网负荷符合安全性和运行经济性要求。
[0072]
根据本技术的第二方面，还提供一种船舶电力管理系统，船舶电力管理系统与上述任一实施例中所述的船舶电力管理系统的实施方式相同，不再赘述。
[0073]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。