船舶电力推进能量管理研究

　摘要

为了满足船舶越来越高的电力需求，提高船舶的经济性，合理的分配全船各系统的能量，成为了船舶动力系统发展的未来趋势，而在船舶上使用新型能源则被认为是绿色船舶发展的革新技术，然而作为混合动力系统，若将太阳能，风能以及燃料电池等能源运用于船舶混合动力系统中势必会带来各种各样的问题，例如太阳能和风能受环境影响巨大，若不能对其进行有效控制则将导致电网系统不稳，燃料电池则具有较差的动态性能而且并无储能能力需要由相应的动态性能较好的储能装置与其配合使用，因此为了紧密联系各个单元减小故障，扩大效益，均衡各个能源与储能单元间的特性，有效的能源管理系统PMS至关重要。本文的研究重点在于各种不同的基础能量管理系统之间的性能比较，以船舶电力推进系统为研究对象，不会涉及到太阳能，风能等清洁能源技术。主要在于船舶发电机的配置，通过对于不同策略的比较，得出目前最具性价比的管理策略。

　关键词：控制策略，电力推进，功率分配，MATLAB建模

1绪论

　　1.1研究的背景与意义

　　1.1.1研究背景

现如今，随着现代化发展的深入，船舶的现代化与自动化程度越来越高，船舶也开始广泛的使用电力推进系统，电力推进的使用最早可以追溯至100多年前，电力推进装置的出现也满足了经济效益，减少污染等方面的要求，当然，电力推进系统真正的适用于船舶还是在上世纪八九十年代的事情，这也得归功于变速可控电力马达的出现，在成本上电力系统具有了实际意义上的优势，随着时间的推进，海洋运输类的船舶使用电力推进系统的与装置的越来越多，电力推进的技术也趋紧于成熟[1]。

相对于传统的用柴油机直接带动螺旋桨推进的方式，电力推进系统具有众多的优点，尤其在于其具有灵活的机组配置与布置，拥有更好的安全性能和排放特性，必将成为船舶的主流推进方式。

目前，国外的PMS能量管理系统发展已基本成熟，有着各种稳定且可靠的产品应用于各个大型海洋运输类船舶，这些国内外的能量管理技术大多属于计算机网络型分布式PMS，而国内相对于国外的研究，还是有着明显的差距。

1.1.2研究意义

现在整个行业对于船舶的性能和效率有了更高的要求，特别是在由于电力系统容量的增加以及如今国际上对于船舶排放的严格要求，对于系统的安全性和船舶的环保性的要求越来越高，这也反映出一般意义上的船舶电力系统已经无法满足现在的电力推进系统的发展需要。

拥有一个PMS能量管理系统明显能够提高电力推进系统的经济性与安全稳定性，一个优秀的PMS可以通过实现发电自动化，系统监测报警的等功能，通过综合工况进行整体考虑对发电机组供电，以及负载的控制管理优化船舶电力的可靠性，稳定性，为现代的船舶提供了更加安全经济的能源。从发电到用电优化配置，实现燃油最优消耗率，减少设备之间的磨损。因此，一个拥有着PMS能量管理系统的大型电力系统是现如今电力推进发展的大势所趋[2]。

能量管理系统发展至今市面上已经具有了多种能量管理控制策略，在如此众多的PMS技术中，如何选择最适合船舶的能量管理系统是一个值得研究的课题，本文会对于船舶的能量管理系统进行简单的阐述，并对现如今常用的几种能量管理系统进行建模分析和比较，从中比较出各方法的区别与优劣。

　1.2船舶电力推进系统的概述与发展

所谓的电力推进系统定义上指的是区别于用柴油机或燃气轮机直接带动螺旋桨推进的方式，改而通过使用直流电动机，交流电动机或者永磁电机来带动船舶的螺旋桨等推进器来驱动船舶的运动。

　1.2.1综合电力系统IPS

综合电力推进装置进一步发展成了综合电力系统，早期的综合电力推进装置主要分为三个部分，发电部分，推进部分和船用辅助电源，随着技术的发展，船舶的自动化程度越来越高，船舶对于电力的需求逐渐增大，传统的综合电力推进装置逐渐被跟不上时代，为满足现在及未来的船舶发展需要，引进了IPS的概念，对比传统的三个部分[3]，IPS具有更多更细化的模块，包含发电，配电，变电，负载等，按照系统划分则可大致分为发电系统，输电系统，推进系统，区域变配电系统和能量管理系统。综合电力系统IPS见图1.1，如今的综合电力系统的具有通用性和简易性，使用寿命被延长，噪声与油耗更低，具有更高的性能和更低的成本，便于综合管理。而本文所研究的PMS可认为是IPS的组成部分[4]。

图1.1综合电力推进系统IPS架构

　　1.2.2船舶电力推进系统的发展

前文中提到，最早的电力推进系统可以追溯到100多年以前，而运用于船舶上是上世纪的八九十年代，此时欧X家对于相关的技术发展都制定了不同的战略研究计划，现如今，船舶的电力推进系统已经广泛的应用于各大海洋运输船舶中，进入了发展成熟期，西方国家对于船舶电力推进系统的研究可以根据IPS分系统的特点划分为两代[5]，目前，欧X家重点在于对二代技术的探索和研究，放眼于如今西方的研究成果，无论是英美还是荷兰，船舶地的主要能量形态都为电能，都选择将电力系统和推进动力系统相结合，为对于这样的一个综合电力系统，推进能量将占比巨大，而不同的电源与负载之间也会同时起到相互影响的作用，此时便凸显出能量管理进行负载分配，运行控制的重要性。

　1.3能量管理系统

　　1.3.1能量管理系统现状

船舶的能量管理系统PMS由陆地电网PMS发展而来，是针对IPS船舶的实际需求而产生的，传统的机械推进船舶的能量管理只分析网路上的电流，频率等参数的状况，只考虑有限数量的用电设备及其控制，且有船舶作员手动进行管理，目前建立的综合推进船舶PMS在传统电站的基础上增加许多高级功能，不仅对船舶的效率进行管理，还对能量的产生，转换，传递及分配等环节进行控制，根据以往功率的消耗情况及未来需求对功率进行监测和控制，同时，与推进系统，IPS和动力定位系统等形成一个综合元素。随着功能的不断增多，当前的PMS被称为EMS或PEMS[6]。

能量管理系统作为未来船舶研究的核心领域之一，由于船舶具有多种负荷，负载的变化较大容易对船舶电力系统造成影响等特点，PMS的出现有助于船舶实现能量的优化管理，船舶的能量管理系统需要对船舶的整体特性进行综合考虑，其中包括发电机特性，柴油机特性，电网特性，以及对于船舶可能遭遇的突发情况的反馈处理[7]，由于海洋船舶运输的特殊性，船船舶的工作经常处于恶劣的环境条件下，因此，船舶的能量管理系统更多在于复杂的动态情况下进行考虑。

　1.3.2能量管理系统的功能描述

基于柴油机的最佳运行条件为其最大连续出力的85%，能量管理系统需要使柴油机长时间在高负荷的情况下运行，为了满足负载的功率要求，提高柴油机的性能与经济性，PMS需要控制发电机并入电网的台数，但柴油机在长时间高负荷的运行情况下，很有可能导致故障的发生，若出现某一台发电机停止运行，负载的突然变化将会导致其余发电机过载，进而导致全船失电的情况发生，造成损失。因此能量管理系统也应具有故障保护功能，对于能量管理系统的要求也就主要包括电网的失电监测与恢复，发电机组的启动与停车，功率的限制功能，以及卸载功能，重载启动的询问功能和发电机组的自动投入和调频调载功能。

由于现在的船舶在考虑到安全性和可靠性之余，更多的开始关注到经济性[8]，制定控制策略的重点在于如何最大限度的利用燃油，通过船舶的运行条件，各发电机的优化功率，不同的管理策略会对燃油利用率，以及船舶性能产生很大的影响。因此现如今的船舶能量控制策略发展可大致总结为以下几点。

（1）如今的能量系统已经不单纯的满足于优化柴油机的工作区域，而是对于整个的船舶电力与动力系统进行综合分析，如何对于整个船舶的电力系统进行效率优化，同时解决防止失电的问题，考虑负载限制，提高船舶性能。

（2）业界同时开始分析研究混合动力的控制方法，在不同的环境下使用不同的燃油，提高船舶的经济性和环保性以满足如今的排放要求，由于混合动力型船舶采用了不同的发电单元[9]，对于能量管理控制也有了更高的要求。对于使用混合电力推进船舶，为了克服使用单一能源的局限性，开始使用多种能量管理策略。

现在的能量管理系统是综合电力系统的重要组成部分，如何最大化防失电能力，提高燃油的利用率，减少维修的成本，降低故障率，通过能量管理系统最大化发挥船舶的性能是热门的研究方向[10]。

2电力推进系统

　　2.1电力推进系统组成

典型的电力推进船舶大致可分为发电系统，配电输电系统，推进系统[11]如下图2.1所示。发电机原动机的选择一般为将柴油机作为原动机来驱动发电机组对电网供电，区域配电系统将发电系统所提供的电能分配用于推进器和各处的配电板，配电板在将电能进一步细化供给给船舶各处的辅机装置以及应用于生活用电。下面将依次对各个组成系统进行分析：

图2.1电力推进系统结构

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发电系统的布置具有很大的多样性，除去上文所说的以原动机带动发电机组的形式外，还包括以电动机带动发电机，蓄电池等多种多样的形式，当然，目前的船舶多半仍采用原动机带动发电机的形式产生电力以向电网供电，

现如今的电力推进系统一般使用中等压力的直流供电为全船提供动力，原动机主要以柴油机和燃气轮机为主，动力源一般会使用全燃气轮机或者一半燃气轮机和一半柴油机即在小负荷时会使用中高速度的柴油机，在大负荷时则换用燃气轮机。本文所仿真的船舶将采用的原动力不涉及混合动力，由柴油机作为原动机。

　2.1.2配电输电系统

配电单元和输电单元组成了配电输电系统，其中输电单元为全船所有输电电缆及其结构所组成的电网，该电网可以将电能传输给全船的各个用电设备整个电网设施按照功能可以分为动力电网和照明电网等。

配电单元一般由各种电气设备依据一定要求组合而成，是将由发电系统所传出的电能进行统一管理并根据管理策略向各负载分配能量的自动化配电装置，船舶对发电系统所产生能量的控制，分配，管理都需要由配电单元完成，向用电负载输送电能并提供过压过载保护，依据功能划分，配电单元可以分为主配电板，应急电板，岸电箱等装置。

　　2.1.3负载系统

负载系统中主要为推进负载，这部分负载使用了大部分电能，是能量的主要消耗，而除此之外的小部分能量则在照明，导航等其它用电负载中被消耗，一般来说，推进负载的由三部分组成，分别是推进变频器，推进电机和螺旋桨。变频器可以转换电源频率，以用以控制和调整推进电机的转速，现如今有可以同时应用于交流和直流的脉宽调制变频器，推进电机则是电力推进船舶的动力驱动设备，在控制系统中属于被控对象随着历史的发展和科技的进步，推进电机也从最开始的直流电机发展到交流电机整流驱动，当然在如今的市场上，直流电机由于其良好的技术性能仍在大范围的应用，而交流电机可以解决功率不够高的问题如今也越发受到业界的重视。螺旋桨是最终将电能转换为机械能，推动船舶前进的装置，它在电力推进系统中由电机带动旋转，而不是传统中直接由原动机带动[14]，这样做的好处是更加灵活便利，也有利于效率的提高。

　2.2电力系统特点

电力推进系统相对于传统机械推进系统来说有以下几个特点：

设计更加灵活多变，系统在更加紧密的联系下拥有更高的运行效率。能有更多的数字化与自动化控制，减少人工成本与人工操作。

在拥有充足的动力源的情况下，综合电力系统可以根据需要使用电机组，需要较少的发动机，由于电力推进各个负载都有相应的原动机提供动力，有效的提高了船舶的控制效率，提高了操作性。

电力推进系统的布置更加灵活多变，且电力驱动时不存在机械连接，可以有效的降低噪声，提优化工作环境。原动机不在直接与推进螺旋桨直连，节省了大部分空间，更利于合理分配空间。

能量管理策略可以认为是能量管理系统PMS的核心内容，能同时优化控制能量的转换与传输，在综合电力船舶使用混合动力系统时，能量管理策略可以用来解决大规模非线性及约束条件优化的问题，对能量流进行合理分配。不同的能量管理策略之间居于很大的区别，不同的能量管理策略会对燃油的经济性和电源的动态特性产生很大的影响。根据现在的业界情况，能量管理策略可大致分为三种，基于规则的能量管理策略，基于优化控制的能量管理策略以及基于智能控制算法的能量管理策略。

　3船舶电力推进系统能量管理系统PMS研究

　　3.1能量管理系统PMS功能与要求

船舶PMS由陆地大电网PMS发展而来伴随着船舶的自动化程度程度的不断提高，电力推进系统船舶的功率容量不断增大，针对PMS系统的要求也不断的提高，船舶的电力系统越发复杂庞大，因而为了保证全船的用电，目前的PMS既包括了对发电机组的控制与管控，也包含了对推进负载的监测与管理，用以满足船舶的实际应用情况，目前的能量管理系统主要需满足安全可靠于经济性方面的要求。能量管理的优化关系见图3.1。

图3.1能量管理优化关系图

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（1）发电管理：对发电电压与频率进行监控，通过其数据的变化进而控制整个发电系统，集成了发电机组的监测，控制与安全系统，其中的主要功能包括根据负荷的情况来决定发电机的启停，监测发电机有功负荷和无功负荷的分配比例以及通过预报警系统防止原动机的突然停机。

（2）负载管理：监测系统的可用功率，协调系统的功率限制功能，PMS对推进设备及其它大功率用电设备进行启动联锁和功率限制。其功能主要包括进行负载的限制，对推进负载需求的响应以及重载询问，在功率不足的情况下，自行启动发电机组，保证功率。

（3）配电管理：根据船舶实际情况与操作的要求控制配电系统的配置和序列，通过管理母线线路的切断与链接，由实际情况隔离分段线路，例如在故障发生时，快速短路，断开母联开关，隔离故障，保证了系统的运行安全。

　3.2 PMS总体结构特点与设计要点

　　3.2.1 PMS结构特点

根据PMS的主要功能，电力推进船舶的能量管理系统需要实现对于船舶电力系统稳定可靠的自动控制，保障船舶拥有稳定的电力供应，在出现系统故障时，能及时反应并发出故障信号，记录故障信息以便接下来的维护与故障维修。因此PMS主要可依据功能设计为上机位的监控显示和下机位控制。

因此在PMS的上机位中需要拥有一个足够友好的交互界面可供操作人员使用，操作人员可通过交互界面准确的认识电站系统信息，此信息是由下机位通过电气连接对发电机组，电网和负载进行监测并发出的，而上机位操作人员识别信息之后可以通过交互界面发出控制指令，然后通过下机位的PLC程序实现对系统的控制，经典的硬件配置见图3.2。

图3.2PMS系统硬件配置图

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在现如今的PMS能量管理系统中，首先，由于PLC控制系统的优越性，抗干扰能力强，可靠性相对单片机，继电器等控制系统高的多，PMS一般会选择PLC控制器。

系统多采用分布式能量管理系统结构使用以态网路，根据上机位的功能，操作人员需要通过上机位了解系统的各项信息内容，了解PMS的运行状况，并给出相应的控制指令，上机位需为操作人员提供友好交互界面作为窗口监视船舶电力系统，因此PMS上层一般时由计算机和服务器所组成，会根据系统的性能与安全进行综合考虑。

下层则使用CAN等现场总线技术，由多个总线区域网组成下层冗余网，此举可将PLC与各种电气设备相连，此时上层通过网口与下层通信，由中央控制中心实现能量优化分析与信息处理，分区的管理站对所在区域进行监控。

系统一般以PLC控制器为核心，整个控制过程可以概述为下机位的PLC程序会监测并获取发电机，电网总线的信息，作为控制系统的输入信号，通过传感器等控制环节传输给PLC，PLC将信息再次传输至上机位，由上机位监控系统的运行，在上机位的操作人员给出控制指令以后，会相应的调取PLC模块实现对整个电气系统硬件多得多控制。

　4电力推进船舶能量管理策略

　　4.1基于规则的能量管理控制策略

基于规则的能量管理控制策略一般指采用直观的，依赖于经验调试的控制策略，对于使用混合动力的船舶来说，这种策略依赖于经验，其控制方式也较为直观，无法实现能源间的最优功率分配，大致可以分为静态逻辑门限控制算法和基于模糊规则的控制算法。

　4.1.1静态逻辑门限值控制策略

基于静态逻辑门限的控制算法具有执行效率高，简单直观的特点，基于工程上的经验产生了这种控制模式，在早期的时候，这种控制方式多用于汽车上，例如湖南大学的张军教授所作对基于可变逻辑门限的HEV多目标优化，研究最多的多是开关开关式和功率跟随算法，武汉理工大学的袁裕鹏教授对静态逻辑门电路控制策略在船舶上的应用进行过介绍。这种方式的应用一般通过对船舶的航速，发动机的工作范围等进行控制限定动力系统的工作区域，优化发动机性能，优化各能量单元的工作性能达到降低排放减少污染的目的。但这种方式多依赖于操作者的经验，具有主观因素，在实际应用的过程中不依赖于特定的运行工况，既无法自主高速，中速，低速等运行工况中及时的改变其参数，不能随着动态工况的改变进行调整，整个船舶的性能无法满足经济性最大化的要求，因此这种方式具有一定的限制，难以完美实现。

因此袁裕鹏教授采用较为简单的静态逻辑门控制策略并设计出可根据功率大小进行切换模式的控制策略。该船舶动力系统结构系统如下图4.1所示，因使用大功率的燃料电池为系统供电时，系统为长期处在低效率运行状态，且燃料电池具有动态响应缓慢无法及时对负荷的波动进行跟踪等缺点，不利于提高船舶的效率，该动力系统选择以柴油机和燃料电池组成混合动力系统，柴油机作为提供基础载荷，辅助以燃料电池，此种设计使得柴油机可长时间在最高效率点运行，因为若单独使用柴油机，在随环境变化而导致船用负荷突然增大时，会产生由于燃烧不充分形成的黑烟现象，造成环境污染，这种设计使用混合动力，避免这种情况，有效延长柴油机的使用寿命，并以此来提高柴油机的运行效率，节约能源降低排放。

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为让柴油机与燃料电池保持良好的工作状态，提高系统稳定性需要制定良好的能量管理控制策略，其电力系统组成见图4.2，控制策略见图4.3，该系统控制策略便为逻辑门限控制策略，在系统运行时，首先会检测船舶当前的需求功率，并将其与基础载荷相比较，若需求功率低于基础载荷，便单独由柴油点电机根据负载的大小提供功率，

若需求功率比基础载荷大大时，柴油发电机此时工作于最高效率点基础载荷全部由柴油发电机提供，而超出的部分则会由燃料电池提供。

图4.2混合动力船舶电力系统组成

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图4.3能量管理系统控制原理

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　4.1.2模糊逻辑控制策略

与逻辑门限控制算法不同，基于模糊逻辑的控制策略不再基于静态不变的数组，而是采用专家数据库或者一种满足可能发生的各种数值所组成的模糊控制规则输入到模糊控制器中的不再是单一不变的数组，而是将专家的知识以规则的形式输入其中。

江苏科技大学臧壮等人为游艇的燃料电池混合动力系统设计了模糊逻辑控制策略，该动力系统的工作模式见图4.4，主要包括三种工作模式，纯燃料电池模式，燃料电池和蓄电池并联工作模式以及纯蓄电池组工作模式。

图4.4燃料电池游艇混合动力系统工作模式

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由于燃料电池无法应对功率突变的情况，该电力系统中需满足蓄电池长期维持在较高值，以便游艇十四切换为混合动力模式，因此其控制策略也基于此进行设计，该控制系统的系统框图见图4.5，蓄电池剩余电量SOC与实际航行的需求功率为输入变量，模糊逻辑控制器的输出为K。

图4.5模糊逻辑控制系统框图

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图4.6模糊逻辑控制仿真模型

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　4.2基于优化控制的能量管理策略

基于规则的能量管理策略依赖于主观的工程经验，具有明显的局限性，特别在运用于多能源混合动力推进系统时无法实现多能源的最优功率分配，为了提高能量优化管理的效果，业界开始采用基于优化控制的能量管理控制策略，这种控制策略可大致分为静态优化控制策略和动态优化控制策略两种。

　4.2.1静态优化策略

静态优化控制策略又叫做瞬时优化控制策略，根据目的地的选择，静态控制策略可以将油耗量作为单一的控制系统被控量，以此来降低油耗率，降低混合动力系统的成本，此时为单一目标优化，可以通过求取最小值获得油耗最低的参数，也可以加入排放因素作为被控量之一进行多目标优化，求取适宜同时减少排放，降低油耗的参数，这种方式即可同时优化油耗和排放。

静态优化算法常用方法有等效燃油消耗最少法，蚁群优化算法，模型预测控制等，例如，使用模型预测控制算法的有STONE和PARK，STONE采用约束非线性模型预测控制船舶功率管理，这种方式使用了基于模型预测控制算法的优化策略MPC，此种方法为的是解决船舶如何有效的避免在船舶上同时具有多个高功率负载时，负载的总和总是能轻而易举的超过船舶的发电能力的问题，需要可用的发电能力被智能分配。

该方法中将使用功率管理控制器PMC，用以动态协调船舶电源，这样做的好处是只有当高功率负载需要时，载荷才会为其提供动力，该PMC方法便是使用了模型预测控制MPC，在优化水平时提供动力，同时优化船舶性能。MPC考虑了一个已知的模型，并展望了一个预测范围，以确定提供给电力系统元件的本地控制器的最优控制参考。通过这种方式，PMC可以准备短期高功率武器的电力系统，采取先发制人的行动，如增加发电机、增加非重要负载、充电储能设备和重新配置系统，以优化系统性能，并提供在要求的时间的高功率脉冲。

现有的复杂的船舶功率管理器可以重新配置断路器，并根据预先定义的负载优先级和遵循一组规则来添加或剥离源和负载。提出的PMC可以做这些事情以及其他任务，如跟踪多个燃气轮机发电机的最佳效率点，以降低燃料消耗，从而降低成本和成本。预测性PMC考虑了船舶的既定目标和优先级，以增加/减少发电源，并在必要时实时执行/放松负荷需求。模型预测方法使PMC能够展望已建立的预测范围，并在脉冲载荷实际发生之前开始对其进行补偿，然后优雅地恢复。与其在船上安装剩余的储能模块，PMC可以协调减少的模块数量和现有的发电能力，以适应船舶的负荷需求。这种PMC在普渡大学船舶电力系统研究的中压直流试验台上进行了演示，见图4.7。

图4.7普渡大学MVDC试验台的单线图 7d1d17df3621c0b385a7e30096eca974

该论文可得出的结论为随着先进的高功率任务载荷变得越来越容易获得，船舶正面临并将继续面临为所有载荷提供足够电力的挑战。电源管理控制器可以动态分配发电源和负载，为恒定和脉冲负载提供电力这种采用模型预测控制的PMC在一个具有代表性的比例船舶电气系统上进行了演示。测量数据和分析表明，PMC能够成功地在脉冲载荷条件下建立稳定的基线性能，降低一次发电源上不理想的高斜坡率，然后在保持不变的同时减少船舶推进功率与参考功率的偏差。

　4.2.2动态优化策略

由于瞬时优化控制算法无法进行全局优化，此时需要获得包括动力系统各能量单位特性与船舶航行随时间的动态变化等系统的动态特性，工业界开始使用全局优化的控制算法，其中最常见的便有线性规划和动态规划。

KANNELLOS等使用动态规划的方式针对船舶的整个航线进行考量，同时优化船舶的排放和油耗，既提高了船舶的经济性又提高了船舶的环保性，为了达成减少燃料消耗和提高整体船舶效率的目的，需要克服这种系统固有的复杂性所产生的技术困难，所以KANELLOS针对全电力推进和储能系统系统组成的船舶电力系统设计了一种最优的电力管理办法。

电力的最优功率管理具有很大的挑战性，KANELLOS所提出的方法是一种考虑电能和电力平衡以及所有相关技术的最优电力管理和温室气体排放限制的方法，该方法优化发电和船速，由于研究问题的复杂性增加，因此使用了动态规划结合随机进化优化方法并分成三个阶段求解。

该方法在第一第二阶段采取动态优化的方式第三阶段采取PSO进化优化方法，采取动态优化的第一阶段会计算每个时间间隔内的ESS功率第二阶段会得到最佳船舶推进功率时间序列，此时若加入航行距离的限制会大幅度增加问题的复杂性，因此在第三阶段会采用进化优化方法，通过仿真实验的结果可知，即使在最不利于储能系统和推进调整的情况下仍可以从89609m.u下降至89467和89431m.u，而在实际操作的情况下运行成本会减少更多，该方法的出现可以在满足温室气体排放限值的同时降低运行成本。

　4.3能量管理控制策略分析比较

从上文对于控制策略的总结，我们可以得出以下结论

简单的基于规则的策略具有较高的执行效率和实时性，设计简单直观传统的基于规则的控制策略无法根据船舶的运行工况进行调整，在提高全船效率的能力上有所欠缺，而经过技术的发展，现在的一些运用静态逻辑门限的控制策略可以在控制过程中依赖电动机的输出特性或者蓄电池的剩余电量等指标切换模式，有效的提高了船舶效率，但是基于规则的控制策略依赖于经验且只能进行对功率的简单分配而不能从整个系统层面进行优化，有很大的局限性。

基于优化的能量管理控制策略则开始涉及到全局优化的理念，并在能量管理系统中加入负载管理，通过模型预测等方式既可以单纯的以降低油耗为第一目的，也可以同时考虑船舶的排放与油耗，通过加权的方式在满足环保性要求的同时可以尽可能提高燃油效率，即在满足系统的限制条件的同时预测控制算法最小化预测函数。但是使用优化控制策略仍有很大的限制，其应用的前提需要预先确定整条航线的工况，在实际的工程运用中缺乏普适性。

5总结与展望

随着船舶行业的发展，电力推进船舶逐渐成为船舶的主流推进方式，现如今，船舶的智能化程度越来越高，为了满足日益增长的船舶功率要求，能量管理系统的重要性也在不断地提高，本文对于船舶的能量管理系统以及能量管理策略进行了简单的概括，并搭建了一个完整的电力推进系统模型，最后对于不同控制策略进行了比较和总结，

总结下来，基于规则的控制策略和基于优化的控制策略都有其局限性，基于智能优化的控制策略对于船舶的问题将更具有针对性，这也将是未来船舶PMS发展的重点领域，随着船舶智能化程度的提高，在未来，船舶的各个电力系统之间将会有更加紧密的联系，PMS技术将对船舶的性能，经济性，环保性发挥更大的作用。

由于本人水平有限，因此文中只涉及基于规则的能量管理策略和基于优化控制的控制策略，模型也存在很多不足之处，论文中难免存在不合理之处，希望各位专家加以指正。

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[8]郑华耀,赵殿礼,吴庚申.船舶电气设备及系统[M].大连:大连海事大学出版社,2007

[9]马伟明，张晓峰等.船舶电气工程[M].北京：中国电力出版社，2009,1

[10]罗成汉,陈辉.船舶能量管理系统PMS对策[J].中国航海,2007,4(1):87-91.

致谢

行文至此，心中不免感慨万千，随着这次毕设的结束，也代表着我的大学生活也迎来了尾声，此时的武汉正值盛夏，回想起大学这度过的三年，总感觉大一的入学似乎就在不久之前，武汉这个城市，这所大学与我曾经的想象不同，没有那么好，没有那么坏，这座城市在我度过这三年的时间里，也已经成为了我的第二个故乡。

最终这篇象征着我三年大学生涯结束的论文终于完成了，这篇论文的完成少不了各种的折磨与苦难，最终得以完成这篇文章首先得向我的导师陈辉教授致以诚挚的谢意，在导师的悉心教导下，我几乎是从头开始慢慢学习了如何撰写论文，同时也感谢我的师兄在我论文完成过程中给予的帮助，感谢船动学院的各位老师，在这三年里对我的教导。

大学的三年，以及将要马上面临的研究生生涯，感谢父母在这些过程中对我远离家乡的理解和支持，同时感谢同学，大学三年所创造的美好回忆，自然少不了和宿舍的兄弟们在一起的时光，感谢这些人对我的每一次帮助。

最后当然也得感谢自己，感谢自己对于未来的不懈追求，感谢自己在考研的过程中不曾放弃，大学的生活即将结束，人生即将进入新的篇章，希望自己永怀最初的热情与执着。