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原文传递基于改进动态规划的混合动力船舶能量管理方法

专利名称：	基于改进动态规划的混合动力船舶能量管理方法
摘要：	本发明公开了基于改进动态规划的混合动力船舶能量管理方法，应用于混合动力船舶能量管理领域，包括：基于确定规则控制策略，设定船舶运行模式切换阈值，并结合柴油机的最优工作区间，得到第一能量管理方案；基于改进的动态规划算法进行能量管理优化，并结合柴油机的最优工作区间，得到第二能量管理方案；其中，动态规划算法的改进包括：状态转移模型简化、状态网格长度匹配以及计算逻辑改进；以第二能量管理方案为参考标准，重新标定切换阈值，得到第三能量管理方案；本发明基于DP算法对基于确定规则控制策略进行参考优化，能够进一步再现动态规划算法的节能水平，并通过算法改进解决了参考过程中的维数灾难、插值累计误差、计算效率低的问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	大连理工大学
发明人：	朱晶宇;隆武强;刘崇凡
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-19T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-10T00:00:00+0800
申请号：	CN202311046641.6
公开号：	CN117022599A
代理机构：	北京睿智保诚专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	李慧俐
分类号：	B63B79/40;B63B79/20;B63H21/20;G05B13/04;B;G;B63;G05;B63B;B63H;G05B;B63B79;B63H21;G05B13;B63B79/40;B63B79/20;B63H21/20;G05B13/04
申请人地址：	116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路二号大连理工大学
主权项：	1.基于改进动态规划的混合动力船舶能量管理方法，其特征在于，包括：步骤(1)：基于确定规则控制策略，设定船舶运行模式的切换阈值，并结合所述柴油机的最优工作区间，得到第一能量管理方案；步骤(2)：基于改进的动态规划算法进行能量管理优化，并结合所述柴油机的最优工作区间，得到第二能量管理方案；其中，所述动态规划算法的改进包括：状态转移模型简化、状态网格长度匹配以及计算逻辑改进；步骤(3)：以所述第二能量管理方案为参考标准，重新标定所述切换阈值，得到第三能量管理方案。 2.根据权利要求1所述的基于改进动态规划的混合动力船舶能量管理方法，其特征在于，步骤(1)中，基于确定规则控制策略，设定的船舶运行模式的切换阈值，如下：纯电动驱动模式：SOC＞SOCev&Pb,dis＞Preq；此时，Pb＞Preq，Pe＝0；混合动力充电模式：SOC＜SOCev\|\|(Pb,dis＜Preq&SOC＜SOCHEV,ll)；此时，Pe＝Pe,opt，Pb＝Pe-Preq；联合驱动模式：Pb,dis＜Preq&SOC>SOCHEV,ul；此时，Pe＝Pe,opt，Pb＝Preq-Pe；制动能量回收模式：Preq＜Pregen；此时，Pb＝0，Pe＝0；其中，SOCev为纯电动驱动模式SOC门限值；Pb,dis为电池最大放电功率，随SOC变化；Preq为整船需求功率；Pb为电池功率；Pe为柴油机功率；SOCHEV,ll为HEV模式SOC下限；SOCHEV,ul为HEV模式SOC上限；Pe，opt为柴油机在所述燃油经济线上的工作点；Pregen为制动能量回收模式阈值；&为并；\|\|为或。 3.根据权利要求1所述的基于改进动态规划的混合动力船舶能量管理方法，其特征在于，步骤(1)中，所述柴油机的最优工作区间的获取方式，具体为：基于柴油机的万有特性曲线，以固定间隔离散柴油机功率，对最小燃油消耗率的工作点进行离线寻优、连接，得到燃油经济线，作为柴油机的最优工作区间。 4.根据权利要求3所述的基于改进动态规划的混合动力船舶能量管理方法，其特征在于，对最小燃油消耗率的工作点进行离线寻优的约束条件，如下：混合动力联合驱动模式下的约束条件： Preq-Pb，dis≤Pe≤Preq-Pdis，L；混合动力充电模式下的约束条件： Preq+Pchg，L≤Pe≤Preq+Pchg，H；其中，Preq为总需求功率；Pe为柴油机输出功率；Pb，dis为电池最大放电功率；Pdis，L为电池最小放电功率；Pchg，H为最大充电功率；Pchg，L为最小充电功率。 5.根据权利要求1所述的基于改进动态规划的混合动力船舶能量管理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述状态转移模型简化，具体为：使用系统辨识拟合状态空间方程来代替原状态转移模型；系统辨识的三要素为：输入输出数据集、模型类以及等价准则；其中，所述数据集由基于确定规则控制策略的能量管理策略仿真得到；所述模型类确定为状态空间方程，如下：其中，Peng(t)为决策；Nmot(t)为电机需求转速；Tmot(t)为电机转矩；A、B为状态空间方程参数；所述等价准则定义为：其中，ε(k)为辨识模型和实际模型的误差；T为工况时长。 6.根据权利要求1所述的基于改进动态规划的混合动力船舶能量管理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述状态网格长度匹配，具体为：根据所述确定规则控制策略的各段SOC的变化幅度ΔSOC，在保证状态转移精准度的前提下，在最大与最小ΔSOC范围内，选取相对长度大于预设百分比的候选状态网格长度；对比不同候选状态网格长度下的算法性能，包括：总计算时长、单阶段计算时长、平均插值误差，选择最终的状态网格长度；其中，所述平均插值误差为动态规划算法的SOC与仿真模型SOC之间的误差，如下：其中，IEavg为动态规划算法的SOC与仿真模型SOC之间的误差；T为工况时长；SOCDP为动态规划算法的SOC；SOCsim为仿真模型SOC，所述仿真模型以动态规划算法优化决策Pe作为输入，其余设置与确定规则控制策略一致。 7.根据权利要求1所述的基于改进动态规划的混合动力船舶能量管理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述计算逻辑改进，具体为：将逆向回溯过程中的决策函数、状态转移函数和代价函数改为矩阵运算，删除“决策”和“状态”循环层，减少循环层数量。 8.根据权利要求1所述的基于改进动态规划的混合动力船舶能量管理方法，其特征在于，步骤(3)中，以所述第二能量管理方案为参考标准，重新标定所述切换阈值，具体为：对比基于确定规则控制策略以及改进的动态规划算法下蓄电池在不同时段的SOC轨迹、柴油机功率与电池功率，作为参考标准，重新标定所述切换阈值。 9.根据权利要求1所述的基于改进动态规划的混合动力船舶能量管理方法，其特征在于，步骤(3)中，重新标定的所述切换阈值，如下：纯电动驱动模式：SOC>SOCev&Pb，dis＞Preq；此时，Pb＝Preq，Pe＝0；混合动力充电模式一：SOC＜SOCev\|\|Pb,dis＜Preq＜Pc；此时，Pb＝Pb,chg，Pe＝Preq+Pb,chg；混合动力充电模式二：Pc＜Preq＜Pe,optmax；此时，Pe＝Pe,optmax，Pb＝Pe-Preq；联合驱动模式：Preq＞Pe,optmax；此时，Pe＝Pe,optmax，Pb＝Preq-Pe；制动能量回收模式：Preq＜Pregen；此时，Pb＝0，Pe＝0；其中，SOCev为纯电动驱动模式SOC门限值；Pb,dis为电池最大放电功率，随SOC变化；Preq为整船需求功率；Pb为电池功率；Pe为柴油机功率；Pb,chg为电池最大充电功率，随SOC变化；Pregen为制动能量回收模式阈值；Pc混合动力充电模式一和混合动力充电模式二的切换阈值；Pe,optmax为柴油机在所述燃油经济线上的最大值；&为并；\|\|为或。
所属类别：	发明专利