一种基于自适应动态规划的船舶电力推进控制方法

本发明涉及船舶电力推进控制，尤其涉及一种基于自适应动态规划的船舶电力推进控制方法。

背景技术：

1、目前，船舶电力推进控制技术尚不成熟，主要采用混合电力推进系统，但船用电池系统、船舶推进系统、大容量动力管理技术等方面仍存在功率控制不稳定、能耗过大、推进效率低等问题，从而导致了船舶电力推进技术无法大规模应用。同时，目前的功率控制主要聚焦于运用智能算法优化功率的分配问题上，导致了在实际应用过程中无法确保船舶实际航行环境的变化，来对船舶进行电力推进的精细化控制，导致了在航行环境发生剧烈变化时容易导致船舶航行油耗过大、能耗过大、能源浪费、推进效率低等问题。

2、因此，目前亟需一种能够提高船舶的航行经济性、减少能源浪费、提高电力推进效率的方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于自适应动态规划的船舶电力推进控制方法，以解决现有技术中船舶航行油耗过大、功率控制不稳定、能源浪费、能耗过大、推进效率低的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于自适应动态规划的船舶电力推进控制方法，包括：

3、响应于船舶在推进过程中各电机的工作，实时获取各电机的工作功率；其中，所述船舶包括电力推进系统，所述电力推进系统包括若干个电机及其驱动螺旋桨；

4、对各电机的工作功率进行监控，当存在有任意一个电机的工作功率突变幅度大于预设值时，则获取船舶所在区域的水流速和风速；

5、根据所述水流速、所述风速和船舶的目标航速，确定船舶的总需求负载，并根据所述总需求负载，计算出船舶所需要运转的工作电机，进而根据所述工作电机和所述总需求负载，计算得到各工作电机的输出功率，从而得到所述电力推进系统的总输出功率；

6、获取船舶中的储能系统的荷电容量，并根据所述荷电容量，确定所述船舶的发电机组的加载数量，从而根据所述发电机组的加载数量和所述总输出功率，得到每个发电机对应的第一输出功率；其中，所述发电机组中包括若干发电机；

7、根据所述总输出功率，结合所述船舶中的发动机组的预设油耗功率曲线，得到所述船舶的发动机组的加载数量，进而得到每个发电机对应的第二输出功率；其中，所述船舶的发动机组与发电机组连接，所述发动机组中包括若干发动机，每一发动机均与其对应的发电机连接，所述发电机通过其所连接的发动机加载实现发电；

8、根据所述第一输出功率和所述第二输出功率，修正得到对应所需加载的目标发电机以及其对应的目标输出功率，进而根据所述目标发电机以及其对应的目标输出功率对电力推进系统进行控制。

9、作为优选方案，所述对各电机的工作功率进行监控，当存在有任意一个电机的工作功率突变幅度大于预设值时，则获取船舶所在区域的水流速和风速，具体包括：

10、对电力推进系统中各电机的工作功率进行监控；

11、当不存在有任意一个电机的工作功率突变幅度大于预设值时，则对电力推进系统中各电机进行实时监控，从而获取各电机工作的电流、电压、功率、转矩、转速和温度，并根据预设电机正常工作阈值表，对各电机的工作状态进行正常状态的评估；其中，所述预设电机正常工作阈值表中包括各电机在正常状态和超载状态下时分别对应的电流、电压、功率、转矩、转速和温度；

12、当存在有任意一个电机的工作功率突变幅度大于预设值时，则获取该电机当前的电流、电压、功率、转矩、转速和温度，并根据预设电机正常工作阈值表，判断该电机的工作状态；当该电机的工作状态为正常状态并持续第一预设时间时，则保持原有状态对电力推进系统进行控制；当该电机的工作状态为超载状态并持续第二预设时间时，则通过船舶的水流速传感器，获取船舶所在区域的水流速，以及通过船舶的风速传感器，获取船舶所在区域的风速。

13、作为优选方案，所述根据所述水流速、所述风速和船舶的目标航速，确定船舶的总需求负载，并根据所述总需求负载，计算出船舶所需要运转的工作电机，进而根据所述工作电机和所述总需求负载，计算得到各工作电机的输出功率，从而得到所述电力推进系统的总输出功率，具体包括：

14、根据所述水流速和船舶的目标航速，计算得到船舶的第一总需求负载；

15、根据所述风速和船舶的目标航速，计算得到船舶的第二总需求负载；

16、根据处于超载状态的电机当前的电流、电压、功率、转矩、转速和温度，得到影响系数，并根据所述影响系数，对所述第一总需求负载和所述第二总需求负载进行调整计算，从而得到最终的总需求负载；

17、根据所述总需求负载，结合预设负载与电机关联关系，计算出船舶所需要运转的工作电机的数量，以使得对船舶当前的电机进行调整；其中，所述预设负载与电机关联关系包括总需求负载与工作电机的调用数量之间对应的关系；

18、若所需要运转的工作电机的数量大于当前处于工作状态的电机数量，则启动未处于工作状态的电机，以使得处于工作状态的电机数量达到所需要运转的工作电机的数量；

19、若所需要运转的工作电机的数量等于当前处于工作状态的电机数量，则将处于超载状态的电机进行停机，并启动未处于工作状态的电机，以使启动的电机数量与所要停机的电机的数量相同，并使得处于工作状态的电机数量达到所需要运转的工作电机的数量；

20、若所需要运转的工作电机的数量小于当前处于工作状态的电机数量，则对处于超载状态的电机和/或工作功率最大的电机进行停机，以使得处于工作状态的电机数量达到所需要运转的工作电机的数量；

21、根据调整后船舶的工作电机和所述总需求负载，计算得到各工作电机的输出功率，从而根据各工作电机的输出功率，计算得到整个电力推进系统的总输出功率。

22、作为优选方案，所述获取船舶中的储能系统的荷电容量，并根据所述荷电容量，确定所述船舶的发电机组的加载数量，从而根据所述发电机组的加载数量和所述总输出功率，得到每个发电机对应的第一输出功率，具体包括：

23、获取船舶中的储能系统的荷电容量；

24、当所述荷电容量大于预设值，则根据所述荷电容量，确定储能系统的输出功率，并根据所述总输出功率和储能系统的输出功率，计算得到船舶的发电机组的加载数量范围，并根据所述船舶的预设冗余负载功率和所述加载数量范围，计算得到船舶的发电机组的第一具体加载数量

25、当所述荷电容量小于预设值，则根据整个电力推进系统的总输出功率，结合每个发电机组的预设输出功率，计算得到船舶的发电机组的第一具体加载数量；

26、根据所述发电机组的第一具体加载数量以及所述总输出功率，计算得到每个发电机对应的第一输出功率。

27、作为优选方案，所述根据所述总输出功率，结合所述船舶中的发动机组的预设油耗功率曲线，得到所述船舶的发动机组的加载数量，进而得到每个发电机对应的第二输出功率，具体包括：

28、根据所述总输出功率，结合所述船舶中的发动机组的预设油耗功率曲线，计算得到所述船舶的发动机组的加载数量，从而得到所述发电机组的第二具体加载数量；

29、根据所述发电机组的第二具体加载数量，以及所述总输出功率，计算得到每个发电机对应的第二输出功率。

30、作为优选方案，在所述根据所述第一输出功率和所述第二输出功率，修正得到对应所需加载的目标发电机以及其对应的目标输出功率之前，还包括：

31、根据所述第一输出功率对船舶进行第一仿真运行，得到对应该第一仿真运行时各电机的电流、电压、功率、转矩、转速和温度，并结合电机的最优工作状态下的工作参数，计算得到第一影响因子；

32、根据所述第二输出功率对船舶进行第二仿真运行，得到对应该第二仿真运行时各电机的电流、电压、功率、转矩、转速和温度，并结合电机的最优工作状态下的工作参数，计算得到第二影响因子。

33、作为优选方案，所述根据所述第一输出功率和所述第二输出功率，修正得到对应所需加载的目标发电机以及其对应的目标输出功率，具体包括：

34、根据所述第一输出功率和所述第二输出功率，确定权重分布区间；

35、根据当前船舶的所有电机的实时总输出功率、所述第一输出功率、第一影响因子以及所述权重分布区间，计算对应所述第一输出功率的第一权重；

36、根据当前船舶的所有电机的实时总输出功率、所述第二输出功率、第二影响因子以及所述权重分布区间，计算对应所述第二输出功率的第二权重；

37、根据所述第一输出功率对应的第一权重，以及所述第二输出功率对应的第二权重，修正得到对应所需加载的目标发电机以及其对应的目标输出功率。

38、作为优选方案，所述根据所述目标发电机以及其对应的目标输出功率对电力推进系统进行控制，具体包括：

39、对所述船舶的目标发电机分别以对应的目标输出功率进行工作，以使得所述目标发电机持续发电至所述电力推进系统，并在所述电力推进系统通过所述目标发电机的持续发电，对船舶所需要运转的各工作电机进行控制，以使得各工作电机以对应的目标功率进行工作。

40、相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

41、本发明的技术方案通过响应于船舶在推进过程中各电机的工作，来获取各电机的工作功率，进而对各电机的工作功率进行监控，来实时对船舶所在的环境进行电机功率变化的判断，避免船舶无法自适应当前的航行环境，从而在有任意一个电机的工作功率突变幅度大于预设值时，获取对应船舶所在区域的水流速度和风速，来确定船舶的总需求负载，避免了智能算法优化功率无法考虑船舶实际的环境情况以及船舶工作情况，以提高推进控制的稳定性，并通过船舶中的储能系统的荷电容量，以及船舶中的发动机组的功率，最终修正得到对应所需加载的目标发电机以及其对应的目标输出功率，以实现对电力推进系统进行自适应、高效、精确、稳定地动态规划与控制，避免了船舶能耗过大的问题。