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原文传递一种混合动力轮胎式集装箱起重机分布式能量管理方法

专利名称：	一种混合动力轮胎式集装箱起重机分布式能量管理方法
摘要：	一种混合动力轮胎式集装箱起重机分布式能量管理方法，确定柴油发电机、锂电池和超级电容这三种能源设备的尺寸，并确定混合动力系统的结构为有源串联拓扑，将各能源设备建模为独立的智能体，将各能源设备作为博弈的玩家对其进行偏好分析，确定评价能源设备收益的效用函数，各个智能体进行非合作的电流博弈，分别求出使各自效用函数最大的电流决策，根据起重机功率需求的满足情况和各能源设备的收益情况，调整各个能源设备的效用函数和电流决策，达到纳什均衡，均衡时的电流决策转换为控制信号控制设备运行。本发明在混合动力系统中有效发挥单独能源设备的经济和环境效益，减小传统柴油动力轮胎式集装箱起重机的燃油消耗，并能减少初期投资。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海海事大学
发明人：	陈大伟;牛王强
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-06T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201910721703.6
公开号：	CN110294418A
代理机构：	上海元好知识产权代理有限公司
代理人：	张妍;张静洁
分类号：	B66C13/20(2006.01);B;B66;B66C;B66C13
申请人地址：	201306 上海市浦东新区临港新城海港大道1550号
主权项：	1.一种混合动力轮胎式集装箱起重机分布式能量管理方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S1、根据轮胎式集装箱起重机的工作特性，确定柴油发电机、锂电池和超级电容这三种能源设备的尺寸，并确定混合动力系统的结构为有源串联拓扑；步骤S2、建立各能源设备的模型，将各能源设备建模为独立的智能体；步骤S3、将各能源设备作为博弈的玩家对其进行偏好分析，柴油发电机的偏好是提高燃油效率，锂电池的偏好是延长使用寿命，超级电容的偏好是承担动态负载；步骤S4、确定评价能源设备收益的效用函数：式中，U为能源设备的收益；I为能源设备的电流决策变量；Ifit为能源设备的期望决策电流；r为正的调节系数；Id为轮胎式集装箱起重机工作时的需求电流；C为常数；为三种能源设备提供的电流之和；步骤S5、各个智能体进行非合作的电流博弈，通过求解使效用函数一阶导数方程等于零的解，分别求出使各自效用函数最大的电流决策，根据起重机功率需求的满足情况和各能源设备的收益情况，调整各个能源设备的效用函数和电流决策，达到纳什均衡；步骤S6、等待下一时刻的起重机功率需求，重复步骤S5，三种能源设备根据新的功率需求进行博弈，达到纳什均衡，对能源设备的电流输出重新进行分配。 2.如权利要求1所述的混合动力轮胎式集装箱起重机分布式能量管理方法，其特征在于，所述的确定柴油发电机、锂电池和超级电容这三种能源设备的尺寸的方法包含：根据轮胎式集装箱起重机工作的平均功率确定柴油发电机的尺寸；根据轮胎式集装箱起重机的峰值功率需求确定超级电容的输出功率；根据轮胎式集装箱起重机的功率需求与柴油发电机加超级电容输出功率的差值确定锂电池的输出功率，根据轮胎式集装箱起重机运行时间的需求确定锂电池的容量规模。 3.如权利要求1所述的混合动力轮胎式集装箱起重机分布式能量管理方法，其特征在于，所述的建立各能源设备的模型包含：柴油发电机建立燃料消耗和工作功率之间的关系模型；锂电池建立寿命衰减模型；超级电容建立储能和电压关系模型。 4.如权利要求1所述的混合动力轮胎式集装箱起重机分布式能量管理方法，其特征在于，所述的将各能源设备建模为独立的智能体的方法包含：将柴油发电机和与其连接的有源前端作为一个整体，建模为一个智能体；将锂电池和与其连接的双向DC/DC变换器作为一个整体，建模为一个智能体；将超级电容和与其连接的双向DC/DC变换器作为一个整体，建模为一个智能体。 5.如权利要求1所述的混合动力轮胎式集装箱起重机分布式能量管理方法，其特征在于，所述的能源设备的效用函数包含：所述的柴油发电机的效用函数为：式中，ug为柴油发电机的收益；ig为柴油发电机的输出电流；ig,fit为柴油发电机的期望输出电流；a为正的调节系数；Cg为一个使效用函数始终为正值的正的常数；对于柴油发电机，为了满足提高燃油效率的偏好，柴油发电机的期望输出电流为其在额定功率工作时的输出电流，柴油发电机在工作在额定功率时燃油效率高；柴油发电机的期望输出电流为ig,fit＝Ig,opt，式中Ig,opt为柴油发电机工作在额定功率的输出电流；所述的锂电池的效用函数为：式中，ub为锂电池的收益；ib为锂电池的输出电流；ib,fit为锂电池的期望输出电流；b为正的调节系数；Cb为一个使效用函数始终为正值的正的常数；混合动力系统中锂电池提供部分的平均功率，锂电池的偏好是延长使用寿命，在保证SOC变化区间和电流限制的前提下，根据混合动力RTG的工作特性，集装箱起重机操作集装箱具有固定的几个步骤，其操作过程具有准周期性，锂电池的期望输出电流为式中VDC为直流母线电压，ib,fit在每个工作周期之前计算得出；Pb为锂电池承担的功率Pb＝Pave-Pg，Pg为柴油发电机输出功率，Pave为集装箱起重机操作一个集装箱过程的平均功率，Pload为负载功率需求，t为采样时刻，T为集装箱起重机操作一个集装箱的工作时间；所述的超级电容的效用函数为：式中，uc为超级电容的收益；ic为超级电容的输出电流；ic,fit为超级电容的期望输出电流；c为正的调节系数；Cc为一个使效用函数始终为正值的正的常数；由于超级电容的动态响应速度快，可以填补柴油发电机和锂电池无法提供的峰值功率需求缺口，在博弈中它的偏好是承担动态负载。为了保证对动态功率需求的响应速度，超级电容的期望输出电流应该为零，即保持对充放电相同的响应速度，超级电容的期望输出电流为ic,fit＝0。 6.如权利要求1所述的混合动力轮胎式集装箱起重机分布式能量管理方法，其特征在于，求解所述的纳什均衡的方法包含：步骤S5.1、初始化；将三种能源设备的电流决策初始化为零；步骤S5.2、输入功率需求，确定效用函数；三个智能体根据输入的功率需求，确定期望的电流决策，确定效用函数；步骤S5.3、保存历史决策；将各个智能体当前的电流决策信息保存为历史决策，方便和下一次的电流决策进行比较，判断各智能体的决策是否达到稳定状态；步骤S5.4、分布式决策；三个智能体分别求解使其效用函数最大的电流决策值；步骤S5.5、共享信息；三个智能体分别将各自的共享信息输出到控制器，根据共享信息更新效用函数中的调整效用函数；步骤S5.6、判断是否达到了纳什均衡，即三个智能体的电流决策都达到稳定状态，若是，输出博弈的电流决策结果，然后等待下一个控制时刻的功率需求输入，若否，则转至步骤S5.3，三个智能体根据新的共享信息，重新进行分布式决策，调整电流决策。
所属类别：	发明专利