一种动力定位海洋平台多发电机组调度方法与流程

本发明涉及动力定位船舶能量调度领域，具体涉及一种动力定位海洋平台多发电机组调度方法。
背景技术：
：能源问题已经成为经济发展中一个头等重要问题。随着陆地能源的不断消耗，人类越来越迫切地将视线投向海洋，海洋各类平台成为了研究的新热点，然而海洋平台既是获取能源的工具，同时也大量消耗能源，其中平台柴油机是消耗能源的重要组成部分。海洋平台柴油机的主要作用是发电，它是海洋平台的心脏，能否正常工作直接影响到平台的正常工作。海洋平台柴油机在正常运行中会消耗大量的能源。在相同发电机组待用的情况下，不同能源调度分配方案可以在满足海洋平台能源需要的同时实现不同的耗油量。所以相较于传统的能量调度方案，优化能源调度方式，从而在实现能量需求的同时使得相应的消耗的减少是极为迫切的需要。海洋平台经常需要将其定位于海上某一点,同时防止颠覆,以进行各项作业.常见定位方式有锚泊定位、动力定位、锚泊定位+动力定位.一般水深情况下,浮式生产系统的系泊主要采用锚泊系统,但随着水深的增加,锚泊系统的抓底力减小,抛锚的困难程度增加,同时锚泊系统的锚链长度和强度都要增加,进而重量剧增,海上布链作业也变得复杂,系泊锚链的造价和安装费用猛增,其定位功能也受到很大的限制。随着船舶工业与海洋工程的迅猛发展,传统的定位系统已经不能满足深海地域定位作业的要求,动力定位系统能够很好地解决这一问题.它的优点是定位成本不会随着水深增加而增加,并且操作也比较方便,因此动力定位系统的研究越来越具有现实意义。动力定位(dp)是一种闭环的控制系统,其功能是不借助锚泊系统的作用,而能不断检测出船舶的实际位置与目标位置的偏差,再根据风、浪、流等外界扰动力的影响计算出使船舶恢复到目标位置所需推力的大小,并对船舶上各推力器进行推力分配,使各推力器产生相应的推力,从而使船尽可能地保持在海平面上要求的位置.它包括定点控制(推进器采用低进速)和航行控制,其优点是定位成本不会随着水深增加而增加,并且操作也比较方便；缺点是增加能耗,同时设备一旦失控将产生严重后果。综上，可以看出现有技术忽略每台发电机组的能源特性，等比例分配各个发电机组的负荷。技术实现要素：本发明公开一种动力定位海洋平台多发电机组的调度方案。根据海洋平台实际工况与推力需要，对其发电机组进行调度，使发电机组能耗相较于普通调度方式更少，具体是利用模拟退火算法来进行优化。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种动力定位海洋平台多发电机组调度方法，其特征在于，包括以下步骤：按照发电机组的能耗特征及其出力比例进行调度，将每台发电机组输出功率与其最大功率比值和每台发电机额定功率与功率最大发电机额定功率的比值的乘机的组合作为可行解；利用模拟退火的方式来寻求能耗较低的全局最优解。在本发明一实施例中，具体包括以下步骤：s1：建立动力定位船舶能源管理的数学模型，假定需要求解的优化问题为：minimizef(x)(1)subjecttox∈ω(2)动力定位船舶能量管理优化数学模型包括目标函数和约束条件；目标函数包括燃料消耗最低；约束条件包括机组处理约束，机组平衡约束；若每台发电机的输出功率为pgj，每台发电机组的额定功率为pjmax，假设第n台发电机组功率最大，额定功率为pnmax，船舶总负荷为pd,则令则能量管理优化模型具体形式为：其中，pg为发电机组的输出总功率与功率最大发电机的额定功率的比值；f(pg)为发电机组消耗燃料的总量；pj为第j台机组输出功率与其额定功率的比值pj'为第j台机组额定功率与功率最大发电机额定功率的比值；aj、bj、cj为第j台机组燃料消耗系数；pjmin为第j台机组最小输出功率与其额定功率的比值；pjmax为第j台机组最大输出功率与其额定功率的比值；pd'为船舶总负荷与功率最大发电机的额定功率的比值；s2：令迭代次数k＝0；s3：设置初始温度t0，温度下降参数α和初始点x(0)∈ω；x(0)＝pjmin+(pjmax-pjmin)*rand()，j＝(1,2....8)；s4：从初始点广义上的领域n(x(k))选定备选点z(k)；s5：设置接受概率为p(k,f(z(k)),f(x(k))＝min{1,exp(-(f(z(k))-f(x(k)))/tk)}如果f(z(k))≤f(x(k)),那么p(k,f(z(k)),f(x(k)))＝1此时x(k+1)＝z(k),即下一个迭代点为z(k)，但是如果f(z(k))>f(x(k)),则仍有一定概率使得x(k+1)＝z(k)，这一概率为exp(-(f(z(k))-f(x(k)))/tk)；s6：用一个记录数组来记录寻优时所得的较好解并且运用于下一次迭代；s7：如果满足停止规则，就停止迭代，否则令k＝k+1，返回s3。通过本发明，合理分配各船舶发电机组的负荷，在保证船舶安全的基础上，相较于普通按比例分配的能源调度方式，在能耗上可以寻取更优化的调度方式。附图说明图1为本发明在一种特定能量需求下与传统两种调度方式的效果对比。图2为本发明的算法流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。本发明提供一种动力定位海洋平台多发电机组调度方法，按照发电机组的能耗特征及其出力比例进行调度，将每台发电机组输出功率与其最大功率比值和每台发电机额定功率与功率最大发电机额定功率的比值的乘机的组合作为可行解；利用模拟退火的方式来寻求能耗较低的全局最优解。在一种特定能量需求下模拟退火sa与传统两种调度方式的效果对比，参见图1。本发明具体实施的流程图参见图2。具体包括以下步骤：◆步骤1建立动力定位船舶能源管理的数学模型，假定需要求解的优化问题为：minimizef(x)(1)subjecttox∈ω(2)本问题具体数学模型为动力定位船舶能量管理优化数学模型包括目标函数和约束条件；目标函数包括燃料消耗最低；约束条件包括机组处理约束，机组平衡约束。若每台发电机的输出功率为pgj，每台发电机组的额定功率为pjmax，假设第n台发电机组功率最大，额定功率为pnmax，船舶总负荷为pd,则令则能量管理优化模型具体形式为：其中，pg为发电机组的输出总功率与功率最大发电机的额定功率的比值；f(pg)为发电机组消耗燃料的总量；pj为第j台机组输出功率与其额定功率的比值pj'为第j台机组额定功率与功率最大发电机额定功率的比值；aj、bj、cj为第j台机组燃料消耗系数；pjmin为第j台机组最小输出功率与其额定功率的比值；pjmax为第j台机组最大输出功率与其额定功率的比值；pd'为船舶总负荷与功率最大发电机的额定功率的比值。◆步骤2令迭代次数k＝0。◆步骤3同时设置初始温度t0，温度下降参数α和初始点x(0)∈ω。本发明中提及退火方法为了取得更好全局最优解，所以需要较高的初始温度，设置t0为10000，设置温度下降参数为0.95，初始点利用随机数生成，具体实施公式如下：x(0)＝pjmin+(pjmax-pjmin)*rand()，j＝(1,2....8)(8)◆步骤4从初始点广义上的领域n(x(k))选定备选点z(k).其中备选点的选择方案，在本发明经过多次测试确定为原始点x(0)的上下10％，具体实施方案的公式如下：zjk＝pow(-1,rand()％2)*((rand()％11)*0.01*pjmax)，j＝(1,2...8)(9)其中若zjk<0,则将zjk置0；若zjk>pjmax，则将zjk置为pjmax。◆步骤5设置接受概率为p(k,f(z(k)),f(x(k))＝min{1,exp(-(f(z(k))-f(x(k)))/tk)}如果f(z(k))≤f(x(k)),那么p(k,f(z(k)),f(x(k)))＝1此时x(k+1)＝z(k),即下一个迭代点为z(k)。但是如果f(z(k))>f(x(k)),则仍有一定概率使得x(k+1)＝z(k)，这一概率为exp(-(f(z(k))-f(x(k)))/tk)。其中本发明设置冷却过程为经典的指数冷却过程，即tk+1＝tk*α。◆步骤6为了提高该算法的计算速率，本发明使用一种记忆优解的方式来进行迭代，具体使用一个记录数组来记录寻优时所得的较好解并且运用于下一次迭代，从而寻求更好的解。如果满足停止规则，就停止迭代。◆步骤7令k＝k+1，回到步骤3。合理分配各船舶发电机组的负荷，在保证船舶安全的基础上，相较于普通按比例分配的能源调度方式，在能耗上可以寻取更加优化的调度方式。下面举例说明具体方法：假如用本发明对装备有8台柴油发电机组的动力定位船舶进行能量管理优化，其功率为表1所示单机额定功率(kw)1250250037505000数量(台)1322表1机组能耗特性如下：0≤pj<0.25s(pj)＝2.9512(pj)3+187.866(pj)2+270.67pj+2890.25<pj<0.5s(pj)＝2.9572(pj-0.25)3+190.08(pj-0.25)2-176.184(pj-0.25)+233.120.5<pj<0.75s(pj)＝7.0041(pj-0.5)3+192.293(pj-0.5)2-80.591(pj-0.5)+2010.75≤pj<0.85s(pj)＝-1.4424×103(pj-0.75)3+197.546(pj-0.75)2+16.869(pj-0.75)+192.980.85≤pj<0.9s(pj)＝1.9401×103(pj-0.85)3+235.158(pj-0.85)2+13.10(pj-0.25)+195.20.9≤pj<1.0s(pj)＝67.134(pj-0.9)3+55.8598(pj-0.9)2+4.1427(pj-0.9)+195.511.0≤pj<1.1s(pj)＝67.134(pj-1.0)3+76.0(pj-1.0)2+17.328(pj-1.0)+195.55则根据公式(3)-(7)可确定船舶发电机组调度模型。当pd'＝2时，根据目前常用船舶发电机组的调度方法和本发明方法，各发电机组功率分配如表2所示：表2根据上述表2，传统船舶发电机调度方法分两种：一、在满足船舶负荷前提下优先使用功率较低的发电机，为了保证使用的安全性不进行满载下的作业，故使用90％的额定功率代替全功输出(可以根据实际情况相应改变该比例参数)。二满足船舶负荷前提下，将所需功率按功率比例分配给所有发电机。本发明的船舶能量管理方法是基于模拟退火算法(sa)进行功率分配。船舶在不同负荷下，目前常用船舶发电机组的调度方法和本发明方法的耗油量对比如表3所示：表3可以明显看出本发明算法在船舶动力定位能量调度上相较于普通调度方式在满足相同推力需求下的耗油量的减少，对于动力定位的海洋平台的能量调度具有一定的实际意义。以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。当前第1页12