一种基于粒子群优化算法的船舶功率管理系统的实现方法

本发明涉及船舶功率管理，尤其涉及一种基于粒子群优化算法的船舶功率管理系统。

背景技术：

1、船舶功率管理系统是一种集成了船舶动力装置、推进系统、电力系统、辅助系统等功能的综合性管理系统。通过该系统，可以实现船舶动力装置的优化控制、推进系统的智能调节、电力系统的动态平衡等。目前，船舶功率管理系统已经在大型商船、军船、游艇等多种船型上得到了广泛应用。船舶作为重要的水上交通工具，在其正常运行和功能需求方面对可靠的能源供应具有关键性作用。

2、虽然一些先进的船舶功率管理系统已经具备了初步的智能化功能，如自动控制、故障诊断等，但在数据分析和预测方面还存在不足。使得船舶功率管理系统难以实现对船舶动力装置的精准控制和优化运行。此外，一些船舶功率管理系统的界面设计也较为简陋，操作不够便捷，影响了系统的智能化水平。

3、随着船舶向大型化、现代化发展，对船舶电站的管理提出了更高的要求，特别是电力推进的广泛应用及大型高性能设备的使用，具有一般电站监控功能的船舶电力系统已不能适应这一发展的需要，因此提出一种基于粒子群优化算法的船舶功率管理方法具有重要意义。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于粒子群优化算法的船舶功率管理系统，用以解决上述背景中提到的问题。

2、本发明提供一种基于粒子群优化算法的船舶功率管理系统，包括：船舶数据采集管理子系统、船舶工况判断管理子系统、船舶功率分配管理子系统和船舶监控报警管理子系统，

3、所述船舶数据采集管理子系统用于船舶设备运行数据的采集、燃油消耗设备工况监测、船舶行驶数据的实时读取、航行速度和航向的监测、以及网页版数据分析；

4、所述船舶工况判断管理子系统用于根据专家经验得到系统状态判断，完成功率分配；

5、所述船舶功率分配管理子系统包括：计算约束条件模块和计算目标函数模块；用于根据当前船舶工况和电流、功率约束条件，利用粒子群优化算法，制定功率调度策略，控制发电机的功率输出，所述计算约束条件模块用于线路容量约束和发电机功率约束，所述计算目标函数模块用于各负载区域功率分配权重，判断是否满足系统要求；

6、所述船舶监控报警管理子系统用于启动的负载设定功率与负载额定功率相比较,当系统分配功率超过各区功率负荷，或电流超过支路上的线路电流最大容量限制时，发出警报。

7、进一步地，一种基于粒子群优化算法的船舶功率管理系统的实现方法，所述船舶数据采集管理子系统的实现方法包括以下步骤：

8、步骤1：应用船舶端数据采集软件模块实现船舶设备运行数据的采集和船舶行驶数据的实时读取；

9、步骤2：应用数据分析软件模块实现燃油消耗设备工况监测和航行速度和航向的监测；

10、步骤3：应用网页版数据分析实现实时船舶运行状态的检测及数据存储；

11、所述船舶工况判断管理子系统实现方法包括以下步骤：

12、步骤一：将船舶数据采集管理子系统得到的数据输送到专家系统中，由系统中的专家经验，分析船舶运行的工作状态；

13、步骤二：根据船舶工作状态确定该状态下的约束条件和适应度函数；

14、所述船舶功率分配管理子系统的实现方法包括以下步骤：

15、步骤1：计算约束条件，约束计算公式如下：

16、α∑p≤pmax；i≤imax

17、其中，α为发电机输出功率占比；p为网络各部分消耗功率；pmax为发电机最大限制功率；imax为支路上的线路电流最大容量限制；

18、步骤2：计算目标函数，即各粒子适应值，电机运行状态稳定性为目标函数，目标函数计算公式如下：

19、

20、其中，pi为各个子系统的期望功率；γi为各负载区域功率分配权重，其值在[0,1]之间；

21、步骤3：更新各个粒子的位置，即各负载区域功率分配权重，判断是否满足系统要求；若满足，则输出结果；若不满足，则重复运算，直到满足系统要求；

22、所述船舶监控报警管理子系统的实现方法包括：当系统分配功率超过各区功率负荷，或电流超过支路上的线路电流最大容量限制时，监控系统就会发出警报。

23、进一步地，所述船舶数据采集管理子系统由船舶端数据采集软件模块、数据分析软件模块、服务器组成。

24、进一步地，所述船舶工况判断管理子系统船舶运行状态包括巡航、全速前进、进出港口、靠岸停船。

25、进一步地，所述船舶功率分配管理子系统约束条件包括线路容量约束和发电机功率约束，目标函数，即适应度函数为电机运行状态稳定度。

26、进一步地，所述船舶监控报警管理子系统采用重载询问方式，直到用于启动的负载设定功率小于负载额定功率，发动机才能启动。

27、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

28、1)本专利船舶数据采集管理子系统可以实现船舶设备运行数据的采集、燃油消耗设备工况监测、船舶行驶数据的实时读取、航行速度和航向的监测、以及网页版数据分析等，实时分析船舶运行效率，提高工况判断能力；

29、2)本专利船舶工况判断管理子系统可以依赖专家经验得到系统状态判断，使功率分配更加合理；

30、3)本发明船舶监控报警管理子系统保障发电机安全启动和功率分配合理高效；

31、4)本专利合理控制发电机的启停和功率调节以保持电力系统的平衡和效率，具有良好的扩展性和可升级性；

32、本专利采用模块化的设计方式，合理控制发电机的启停和功率调节以保持电力系统的平衡和效率，可以实现根据不同的功率需求合理地控制发电机的启停和功率输出，实现效率更高的功率分配，提高系统的能量利用率。

技术特征：

1.一种基于粒子群优化算法的船舶功率管理系统，其特征在于，包括，船舶数据采集管理子系统、船舶工况判断管理子系统、船舶功率分配管理子系统和船舶监控报警管理子系统，

2.根据权利要求1所述的一种基于粒子群优化算法的船舶功率管理系统的实现方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种基于粒子群优化算法的船舶功率管理系统，其特征在于，所述船舶数据采集管理子系统由船舶端数据采集软件模块、数据分析软件模块、服务器组成。

4.根据权利要求2所述的一种基于粒子群优化算法的船舶功率管理系统的实现方法，其特征在于，所述船舶工况判断管理子系统船舶运行状态包括巡航、全速前进、进出港口、靠岸停船。

5.根据权利要求2所述的一种基于粒子群优化算法的船舶功率管理系统的实现方法，其特征在于，所述船舶功率分配管理子系统约束条件包括线路容量约束和发电机功率约束，目标函数，即适应度函数为电机运行状态稳定度。

6.根据权利要求2所述的一种基于粒子群优化算法的船舶功率管理系统的实现方法，其特征在于，所述船舶监控报警管理子系统采用重载询问方式，直到用于启动的负载设定功率小于负载额定功率，发动机才能启动。

技术总结
本发明涉及船舶功率管理技术领域，尤其涉及一种基于粒子群优化算法的船舶功率管理系统，为了解决一般电站监控功能的船舶电力系统不能适应发展的需要的问题，本发明包括船舶数据采集管理子系统、船舶工况判断管理子系统、船舶功率分配管理子系统和船舶监控报警管理子系统，本专利采用模块化的设计方式，合理控制发电机的启停和功率调节以保持电力系统的平衡和效率，可以实现根据不同的功率需求合理地控制发电机的启停和功率输出，实现效率更高的功率分配，提高系统的能量利用率。

技术研发人员：张兰勇,陈睿,刘志成,赵凯岐,张仁冰,赵世泉,刘洪丹
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17