一种基于负载启动发电机的船舶功率管理方法与系统与流程

本发明涉及船舶电力系统领域，特别是涉及一种基于负载启动发电机的船舶功率管理方法与系统。

背景技术：

1、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。然而，传统的船舶功率管理系统存在一些局限和挑战，需要寻求新型解决方案来提高效率、降低环境影响，并满足可持续发展的要求。传统的船舶功率管理系统通常依赖于燃料发电机作为主要的能源来源。然而，这种系统存在能源利用效率低下的问题。燃料发电机在能量转换过程中存在能量损耗和热损失，导致能源利用率下降。大量燃料的能量被消耗在产生热量而非转化为电能上，造成了能源的浪费。

2、因此船舶电力系统的功率管理对于船舶的正常运行至关重要。在船舶运行过程中，负载需求会随着船舶工况的变化而发生变化，例如航行工况、停泊工况、起重作业工况等。船舶电力系统需要根据不同的负载需求合理地控制发电机的启停和功率输出，以保持电力系统的平衡和稳定运行。

3、功率管理系统由船舶电站自动化系统发展而来。早期的功率管理系统仅对船舶电站主发电机的功率进行调节和控制，通常采用基于固定功率输出的方法，无法实时根据负载需求进行调整，导致功率分配不够灵活和高效。其次，传统系统对于负载的变化响应速度较慢，不能及时适应不同工况下的负载需求，影响了船舶的运行效率和能源利用率。随着船舶电站技术的发展，功率管理系统的功能越来越全面，它不仅能对船舶电能的产生、分配、消耗进行综合的控制，而且能对船舶电站的监测、保护进行智能化管理。

4、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，因此提出一种基于负载启动发电机的船舶功率管理方法具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于负载启动发电机的船舶功率管理方法与系统，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。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于负载启动发电机的船舶功率管理方法，包括步骤：

3、将船舶负载值和负载消耗功率为输入数据，变化后的负载值为输出数据，训练神经网络回归预测模型，得到不同航行状态下的负载需求变化模型；

4、采集船舶电力系统中各个负载的参数，获取实际负载测量数据；

5、对实际负载测量数据进行预处理和特征提取，通过该航行状态下的负载需求变化模型得到负载预测数据；

6、根据实际负载测量数据和负载预测数据确定偏差和偏差变化率，通过模糊控制确定最优功率分配方案；

7、通过重载询问和检测进行功率监测，将用于启动的负载设定功率与负载额定功率相比较，若出现重载现象报警，并重新确定最优功率分配方案，仅当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。

8、通过人机界面实时监测负载功率和发电机数据，确保船舶航行过程顺利。

9、进一步地，所述航行状态包括浮行、滑行和腾空航行。

10、进一步地，所述负载的参数包括电流和电压，电流和电压分别通过电流传感器和电压测量仪获取，所述电流传感器和电压测量仪安装在船舶电力系统主电路、分支电路或负载端口，电流传感器和电压测量仪连接数据采集模块，将电流和电压转化为4～20ma、0～10v。

11、进一步地，所述预处理包括填充缺失值、删除过拟合和欠拟合数据、数据标准化。

12、进一步地，所述特征提取根据数据的特点，采用过滤法提取具有代表性负载和功率数据，包括平均功率、功率波动性和时间相关性。

13、进一步地，所述通过模糊控制确定最优功率分配方案具体包括：

14、模糊化，采用玛达尼推理方法将偏差和偏差变化率进行变换，基于变换值，把负载的连续变化量划分成若干等级，每个等级作为一个模糊变量，采用函数法确定输入隶属函数的分布；对控制量进行模糊划分，将输出功率划分为五个模糊集；

15、确定模糊规则，采用综合法，综合负载输入数据和负载功率限制，并根据划分后的偏差、偏差变化率和输出功率推测出模糊关系，模糊关系通过格式ifa then b、ifathen belse c和ifaand b then c的模糊规则表示；

16、解模糊，通过输入隶属函数和模糊规则确定输出隶属函数，通过最大隶属度法，选择模糊输出中输出隶属度函数值最大的输出值，作为精确的负载功率输出。

17、进一步地，所述采用玛达尼推理方法将偏差和偏差变化率进行变换具体包括：

18、采用玛达尼推理方法将偏差和偏差变化率的变化范围设定为[-6，+6]，构成从-6到+6的离散元素集合；偏差和偏差变化率的转化公式均为：

19、

20、其中，a、b为偏差或偏差变化率的最大、最小值，x为偏差或偏差变化率实际值，y为变换值。

21、进一步地，所述模糊规则的条件包括：负载功率小于对应发电机的额定功率、负载输入数据小于发电机负载和备用负载之和。

22、一种基于负载启动发电机的船舶功率管理系统，包括航行状态下负载模型子系统、负载监测和测量子系统、负载预测子系统、功率调度和控制子系统、重载询问和检测报警子系统、人机界面和分析子系统，其中：

23、所述航行状态下负载模型子系统用于训练神经网络回归预测模型，得到不同航行状态下的负载需求变化模型；

24、所述负载监测和测量子系统用于监测和测量船舶电力系统中各个负载的参数，实时采集负载的运行状态和能耗情况；

25、所述负载预测子系统用于对实际负载测量数据进行预处理和特征提取，通过该航行状态下的负载需求变化模型得到负载预测数据；

26、所述功率调度和控制子系统用于根据实际负载测量数据和负载预测数据确定偏差和偏差变化率，通过模糊控制确定最优功率分配方案；

27、所述重载询问和检测报警子系统用于通过重载询问和检测进行功率监测，将用于启动的负载设定功率与负载额定功率相比较，若出现重载现象报警，并重新确定最优功率分配方案；

28、所述人机界面和分析子系统用于记录、存储和显示数据，以及人机交互。

29、进一步地，所述记录、存储和显示的数据包括pms总览、发动机状态、负载数据和功率调度数据。

30、本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：

31、本发明系统包括航行状态下负载模型子系统、负载监测和测量子系统、负载预测子系统、功率调度和控制子系统、重载询问和检测报警子系统、人机界面和分析子系统。该系统中的核心方法包括基于负载预测和优化调度的功率协调分配算法，采用一种基于模糊控制的智能控制策略将船舶发电机功率协调优化分配至船上用电设备本发明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，具有良好的扩展性和可升级性。

32、1)航行状态下负载模型子系统对于不同航行状态下负载需求变化模型提前训练，可以减少负载预测所需时间，提高功率优化分配的效率；

33、2)本发明模糊控制将电力系统的能量状态保持在合理水平，确保其能够满足系统要求；

34、3)本发明重载询问功能保障发电机安全启动和功率分配合理高效；

35、4)本发明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；

36、下面结合附图对本发明作进一步详细描述。