一种自适应的船舶混合动力系统及方法与流程

本发明涉及船舶动力，具体为一种自适应的船舶混合动力系统及方法。

背景技术：

1、混合动力船舶系统是指通过多种动力源结合使用来驱动船舶前进的系统，常见的混合动力系统包括柴油发动机与电动机结合使用、风力发电系统等，混合动力系统可以有效提高船舶的燃油利用率、减少排放量，并且提高船舶的航行灵活性和可靠性；

2、但是，在实际应用中，船舶运行环境、航行任务、气象海况等因素的变化会对混合动力系统的性能产生影响，需要根据实际情况调整动力源的使用方式和比例，以实现最优的能效和性能；

3、相比传统的固定比例混合动力系统，自适应船舶混合动力系统可以根据实际情况灵活调整动力源的使用方式和比例，提高船舶的能效和性能，并且可以根据实时数据实现最优的动力分配，大幅降低燃油消耗和排放量，符合节能减排的要求，同时，该系统还可以提高船舶的船舶稳定性和可靠性，为船舶的安全运行提供有力支持；

4、现有的自适应船舶混合动力系统，无法根据航线中每段路线的风力和风向，判断船舶在每段路线的最快移动速度以及该速度对应的能耗值，从而确定并调整船舶的动力源，使船舶在航行过程中无法适应性地将动力源调整至副动力源，从而造成主动力源耗能较大，无法根据起点与终点之间每个航线的距离以及总能耗值，并根据船舶能够供应的总能耗值，判断船舶是否需要中途补充能源，并对需要中途补充能源的船舶重新规划路线，无法自动规划并适应性调整规划路线，容易在船舶航行的过程中造成能源不充足且无法及时停靠于能够补充能源的港口的情况，其实用性存在一定的局限性。

技术实现思路

1、本发明提供了一种自适应的船舶混合动力系统及方法，用于促进解决背景技术中所提问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种自适应的船舶混合动力系统，包括：

3、采集模块：获取目标船舶的动力数据和航行数据；

4、所述动力数据包括目标船舶的动力源和能耗值；

5、所述动力源包括第一动力源和第二动力源；

6、所述航行数据包括目标船舶的终点、行驶速度和行驶方向；

7、分析模块：根据目标船舶的动力数据，通过动力分析策略，形成动力分析数据，以判断目标船舶在航行的过程中是否需要调整动力来源；

8、调整模块：根据动力分析数据，通过动力调整策略，形成调整数据，以根据不同的位置的风向和该位置的水的流速，调整目标船舶的动力来源；

9、规划模块：根据动力分析数据、调整数据和目标船舶的航行数据，通过动力规划策略，形成规划数据，以确定和调整目标船舶的航行路线。

10、作为本发明还公开了一种使用自适应的船舶混合动力系统的方法，其中：所述动力分析策略，包括船舶动力模拟策略，具体为：

11、获取目标船舶行驶过程中的不同风向，形成风向集合a，记为a1……an；

12、获取目标船舶行驶过程中的不同风力，形成风力集合b，记为b1……bn；

13、将风向集合a中的数据与流速集合b中的数据一一映射，形成新的待测集合，定为阻力数据集合，记为a1b1，a1b2，a1bn……anb1，anb2，anbn；

14、将目标船舶在同一行驶方向和不同的行驶速度下，根据阻力数据集合中的元素，进行船舶动力测试；

15、获取阻力数据集合中，每个元素所对应的目标船舶在行驶方向下的最快行驶速度，将该最快行驶速度与阻力数据集合中的元素一一对应，形成船舶行驶速度集合c，记为a1b1c1，a1b2c2，a1bnc3……anb1c4，anb2c5，anbnc6；

16、获取船舶行驶速度集合中，每个元素所对应的能耗值，将该能耗值与船舶行驶速度集合中的元素一一对应，形成船舶能耗集合d，记为a1b1c1d1，a1b2c2d2，a1bnc3d3……anb1c4d4，anb2c5d5，anbnc6d6。

17、作为本发明所述一种使用自适应的船舶混合动力系统的方法，其中：所述动力调整策略，具体为：

18、对目标船舶执行能耗判定策略；

19、获取目标船舶的目标能耗集合；

20、设定动力源更换阈值；

21、将目标能耗集合中每个目标能耗值与动力源更换阈值进行比较；

22、若目标能耗值≥动力源更换阈值，则目标船舶使用第一动力源提供动力；

23、若目标能耗值＜动力源更换阈值，则目标船舶使用第二动力源提供动力。

24、作为本发明所述一种使用自适应的船舶混合动力系统的方法，其中：所述能耗判定策略，具体为：

25、获取目标航线；

26、目标航线上存在若干采集点，每个采集点之间的距离均为同一距离；

27、则每相邻两个采集点之间为一个采集段，定为目标采集段；

28、依次获取每个目标采集段的风力和风向，分别定为目标风力和目标风向；

29、获取船舶行驶速度集合；

30、提取目标风力和目标风向在船舶行驶速度集合中对应的目标船舶的最快行驶速度，定为目标速度；

31、获取船舶能耗集合；

32、提取目标速度在船舶能耗集合对应的目标船舶的能耗值，定为目标能耗值；

33、提取目标航线上每个目标采集段的目标能耗值，形成目标能耗集合。

34、作为本发明所述一种使用自适应的船舶混合动力系统的方法，其中：所述动力规划策略，具体为：

35、获取目标船舶的起点和终点；

36、获取起点与终点之间的所有航线，定为规划航线；

37、获取每个规划航线的目标能耗集合，并计算目标能耗集合中所有元素的数值之和，定为能耗总量；

38、获取每个规划航线的航线总距离，定为目标距离；

39、将所有规划航线根据每个规划航线的能耗总量的数值，由小到大进行排序，将数值最小的能耗总量所对应的规划航线，定为判定航线；

40、获取判定航线的数量，定为判定数量；

41、若判定数量＝1，则该判定航线为目标船舶由起点至终点所行驶的路线，认定为行驶航线；

42、若判定数量＞1，则将所有判定航线根据每个判定航线的目标距离的数值，由小到大进行排序，将数值最小的目标距离所对应的判定航线，认定为行驶航线，则该行驶航线为目标船舶由起点至终点所行驶的路线；

43、对行驶航线执行能源补充判定策略。

44、作为本发明所述一种使用自适应的船舶混合动力系统的方法，其中：所述能源补充判定策略，具体为：

45、分别获取目标船舶的第一动力源和第二动力源所能够供应的能耗总值，分别定为第一能耗总值和第二能耗总值；

46、获取行驶航线的能耗总量，定为判定能耗值；

47、若判定能耗值≥(第一能耗总值+第二能耗总值)×(1+20％)，则说明目标船舶的动力源能够提供充足的能源，认定该行驶航线为目标航线，则目标航线为目标船舶由起点至终点所行驶的路线；

48、若判定能耗值＜(第一能耗总值+第二能耗总值)×(1+20％)，则说明目标船舶的动力源不能够提供充足的能源，则执行航线调整策略。

49、作为本发明所述一种使用自适应的船舶混合动力系统的方法，其中：所述航线调整策略，具体为：

50、获取所有规划航线，形成规划航线集合；

51、对规划航线集合中的每个规划航线分别执行停靠港口判定步骤；

52、获取规划航线集合中的规划航线的数量，定为规划数量；

53、获取规划航线集合中的每个规划航线的判定港口数量；

54、若判定港口数量＞0，则说明该规划航线沿途有可为目标船舶补充能源的港口，定为第一规划航线；

55、若判定港口数量＝0，则说明该规划航线沿途没有可为目标船舶补充能源的港口，定为第二规划航线；

56、获取第一规划航线的数量，定为第一航线判定数量；

57、若第一航线判定数量＝0，则说明规划航线集合中没有可中途补充能源的航线，认定行驶航线为目标航线；

58、若第一航线判定数量＞0，则说明规划航线集合中有可中途补充能源的航线，定为充能航线；

59、提取规划航线集合中所有的充能航线；

60、对每个充能航线执行航线对比策略。

61、作为本发明所述一种使用自适应的船舶混合动力系统的方法，其中：所述停靠港口判定步骤，具体为：

62、s1、获取规划航线上的所有采集点；

63、s2、获取判定距离；

64、s3、以每个采集点为原点，以判定距离为半径，分别作判定范围，判定范围的数量为该规划航线的采集点的数量；

65、s4、获取规划航线上所有判定范围内的港口总数量，定为判定港口数量，判定港口数量＝规划航线上每个判定范围内的港口数量之和。

66、作为本发明所述一种使用自适应的船舶混合动力系统的方法，其中：所述航线对比策略，具体为：

67、获取充能航线上的所有判定范围以及每个判定范围内的港口数量；

68、将港口数量＞0定为第一判定条件；

69、将符合第一判定条件的判定范围，定为第一判定范围；

70、获取充能航线上第一判定范围的数量，定为对比数量；

71、若对比数量＝1，则获取第一判定范围内的港口位置，定为第一目标港口位置；

72、若对比数量＞1，则提取每个第一判定范围内的港口位置，定为第二目标港口位置；

73、获取每个第一判定范围的风力，分别定为判定风力；

74、设定风力阈值；

75、提取判定风力＜风力阈值的第二目标港口位置；

76、获取第一目标港口位置或第二目标港口位置，认定为目标港口位置；

77、计算目标航线。

78、作为本发明所述一种使用自适应的船舶混合动力系统的方法，其中：所述计算目标航线，具体为：

79、获取起点至目标港口位置之间的所有航线以及目标港口位置至终点之间的所有航线，分别定为第一调整航线和第二调整航线；

80、获取每个第一调整航线的航线总距离，定为第一调整距离；

81、将所有第一调整航线根据每个第一调整航线的第一调整距离的数值，由小到大进行排序，将数值最小的第一调整距离所对应的第一调整航线，认定为第一行驶航线，则该第一行驶航线为目标船舶由起点至目标港口位置所行驶的路线；

82、获取每个第二调整航线的航线总距离，定为第二调整距离；

83、将所有第二调整航线根据每个第二调整航线的第二调整距离的数值，由小到大进行排序，将数值最小的第二调整距离所对应的第二调整航线，认定为第二行驶航线，则该第二行驶航线为目标船舶由目标港口位置至终点所行驶的路线；

84、则，目标航线＝第一行驶航线+第二行驶航线。

85、本发明具备以下有益效果：

86、1、该自适应的船舶混合动力系统及方法，通过获取风力和风向，以目标船舶的行驶方向为基准，形成模拟集合，确定在不同的风力和风向下，目标船舶所能够移动的最快速度，并确定每个最快速度下所对应的能耗值，目标船舶在不变换行驶方向时，当风向与目标船舶的行驶方向一致、风力较小时，目标船舶在同一速度下能耗最小，目标船舶在同一能耗下速度最快，当风向与目标船舶的行驶方向相反、风力较大时，目标船舶在同一速度下能耗最大，目标船舶在同一能耗下速度最慢，从而确定目标船舶是否更换动力源，达到节省能源的目的。

87、2、该自适应的船舶混合动力系统及方法，通过对航线各采集段获取风力和风向，提取该风力和风向在模拟集合中所对应的船舶的最快移动速度以及该速度对应的能耗值，从而根据船舶在每个采集段的最快移动速度以及该速度对应的能耗值，确定并调整船舶的动力源，若目标船舶能耗大，则需要使用能够提供更大动力的动力源，选择主动力源即第一动力源进行供能，若目标船舶能耗小，则需要使用能够提供相应动力的同时还能够节能的动力源，选择副动力源即第二动力源进行供能，使船舶在航行过程中适应性地将动力源调整至副动力源，避免造成主动力源耗能较大，导致船舶在航行的过程中出现能源不足的情况，从而达到节省能源的目的。

88、3、该自适应的船舶混合动力系统及方法，通过获取起点与终点之间的所有航线，并对每个航线的距离以及该距离所对应的总能耗值进行比较，优先选择能耗最小且距离最短的航线作为起点至终点的航线，并通过获取船舶能够使用的能耗值，判断船舶在能耗最小且距离最短的航线下是否需要补充能源，若船舶能够使用的能耗值多于航线所需要的能耗值，则说明船舶需要中途补充能源，判断起点与终点之间每个航线中能够补充能源的港口的数量，在港口数较多时，判断港口附近的风力条件是否允许船舶停靠，从而选择合适的港口进行停靠和补充能源，并规划起点与港口之间的航线以及港口与终点之间的航线，选择距离最短的航线进行行驶，自动规划并适应性调整规划路线，防止船舶在航行的过程中出现能源不充足且无法及时停靠于能够补充能源的港口的情况，使船舶航行更加安全。