[发明专利]一种混合动力轮胎式集装箱起重机分布式能量管理方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及混合动力设备能量优化管理领域，尤其涉及一种混合动力轮胎式集装箱起重机分布式能量管理方法。

背景技术

近年来，我国港口集装箱业务发展迅速，港口集装箱吞吐量已连续多年保持世界第一。轮胎式集装箱起重机是世界各大集装箱港口堆场的主要装卸设备。传统的RTG由机载柴油发电机组作为主动力能源，能量转换效率低、能耗大，使用中不可避免产生大量氮化物、硫化物、碳化物等混合废气，成为目前集装箱港口最主要的排放源。传统起重机高耗能，低效率的缺点日益凸现，因此各国纷纷加强对起重机节能技术和绿色制造技术的研发，绿色化成为港口机械的发展趋势。以新能源动力系统取代传统柴油发电机组动力系统是必然的发展趋势。

新能源混合动力系统中常见的储能装置有锂电池、超级电容等。锂电池是一种能量密度大，存储能量多的储能设备，符合混合动力集装箱起重机对能量密度的需求。超级电容器是一种新型储能装置，具有瞬时功率大和储电容量多的特点，充放电效率高，可提供脉冲功率，符合混合动力集装箱起重机对功率密度的需求。

混合动力集装箱起重机的能源设备关系复杂，并且在起重机工作过程中存在大量的可回收能量。当起重机下放集装箱时，提升电机工作在发电状态，会产生大量的电能。传统的起重机将这些产生的电能通过制动电阻转化为热能消耗掉，浪费了电能。

随着对混合动力技术的发展，对混合动力集装箱起重机的研究也逐渐增多。因此对混合结构的起重机的能量管理方法的研究是十分必要的。

发明内容

本发明提供一种混合动力轮胎式集装箱起重机分布式能量管理方法，将混合动力轮胎式集装箱起重机中不同的能源设备建模为独立的智能体进行研究，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。

为了达到上述目的，本发明提供一种混合动力轮胎式集装箱起重机分布式能量管理方法，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；I_fit为能源设备的期望决策电流；r为正的调节系数；I_d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；