[发明专利]基于负荷预测的多能源船舶能量管理控制器及其控制方法

权利要求书

1.一种基于负荷预测的多能源船舶能量管理控制器，其特征在于：包括控制器模块、执行模块、以太网模块以及CAN总线/RS485模块；所述CAN总线/RS485模块采集储能器件、发电机和光伏板的数据信息并传输至控制器模块，所述以太网模块采集驾控信息、开关状态采集箱数据和负荷采集器数据并将相关数据传出至控制器模块；所述控制器模块收到以太网模块和CAN总线/RS485模块的数据信息后，进行数据分析和处理，并结合负荷预测算法通过DO通道控制执行模块的操作；

其中所述以太网模块以及CAN总线/RS485模块作为现场通信方式，控制器模块通过接收通信传输信息增强船舶的柴油发电机与负荷需求之间的联系，便于设备的综合管理；以太网模块通过开关状态采集箱及时采集到负荷与能源的开关状态，当控制器发出的开关指令与采集到的开关状态出现冲突时，向控制器传输指令及时报警，减小船舶的故障威胁；

所述控制器模块处理以太网模块以及CAN总线/RS485模块传输数据的数据处理过程，并通过负荷预测算法传输控制指令控制各负荷与能源供应的开关，将船舶的功率需求与发电功率联系起来；

所述控制器模块的负荷预测包含以下过程：

步骤一：对时间变量x做等效变换，并建立Chebyshev多项式模型；

步骤二：对Chebyshev多项式模型离散化处理，确定Chebyshev多项式的加权系数，获取最优预测模型和最优预测系数；

步骤三：根据得到的最优预测模型和最优预测系数，设定出预测向量和Chebyshev多项式结构矩阵，得到简写和离散后的预测模型；

步骤四：离散后的预测模型为超定线性系统方程，再根据可以获得到的最优系数项A，得到任意指定时刻的负荷预测值；

步骤五：取当前时刻前一段时间的实际负荷值和预测负荷值进行对比，得到任意时刻的相对误差系数；

步骤六：对相对误差系数进行拟合，得到误差系数与任一时刻的函数关系；

步骤七：对预测模型添加误差改良系数，得到任一时刻的更为精确的负荷预测值；

控制器模块通过以太网模块采集负荷采集器的一级负荷、二级负荷、三级负荷需求功率和船舶驾控信息，然后分析船舶的总体需求功率，通过电力参数采集器采集到的柴油发电机的各项参数，根据评估到的发电信息与船舶总体需求功率之间的关系，采用智能控制过程经由CAN总线/RS485模块向控制器模块传输指令；以及，智能控制的具体为：

当当前的柴油发电机的发电裕量大于30％时，控制器根据储能元件的剩余电量情况进行控制，即：当储能元件的剩余电量大于20％时，控制器关闭柴油发电机的主开关，使用储能元件进行全船供电；当储能元件的剩余电量小于20％时，控制器维持柴油发电机主开关打开状态；此时，若柴油发电机发电裕量小于30％，控制器增起柴油发电机，使船舶始终储备30％左右的裕量供给船舶工况的变化；此时，若柴油发电机的发电裕量大于30％，控制器对储能元件进行充电；

当当前的柴油发电机的发电裕量小于30％时，控制器首先检查储能元件的剩余电量是否大于20％，同时根据储能元件剩余电量是否大于20％执行不同的控制指令；其中，当储能元件剩余电量小于20％，控制器直接增起柴油发电机，使用多台柴油发电机进行全船的供电；当储能元件的剩余电量大于20％时，储能元件打开放电开关，与柴油发电机配合，进行全船的供电；

在储能元件与柴油发电机配合进行全船供电时，控制器同样检查船舶能源的裕量储备是否大于30％，若裕量储备大于30％，控制器根据船舶的负荷值调节储能元件的放电功率；若裕量储备小于30％时，控制器直接增起柴油发电机；增起柴油发电机后，若此时的裕量储备大于30％，控制器打开储能元件的充电开关对储能元件进行充电；

在增起船舶的柴油发电机保证船舶的裕量储备的同时，控制器接收船舶的实时工况，在船舶的负荷值变小时，控制器根据负荷值的变化，在裕量储备大于30％的条件下，适时地关闭多余的柴油发电机的主开关。

2.根据权利要求1所述的基于负荷预测的多能源船舶能量管理控制器，其特征在于：还包括与控制器模块相连的电压检测模块、状态显示模块、电源模块和故障报警模块；状态显示模块实时显示控制器所执行的各项动作，通过电压监测模块实时检测控制器模块的工作电压，当工作电压低于正常工作电压范围时，控制器模块控制故障报警模块周期性发出低电压报警指示；所述电源模块为整个管理控制器供电。