[发明专利]一种低碳船舶微电网及其分布式能源管理方法

权利要求书

1.一种低碳船舶微电网，其特征在于，包括碳捕集与碳封存系统、内燃机供能系统以及直流母线排；

所述碳捕集与封存系统包括碳捕集设备、碳封存设备、独立的可控DC/AC整流器、独立的空气断路器；所述碳捕集设备和碳封存设备和所述可控DC/AC整流器串联后，通过所述空气断路器连接到所述直流母线排的一端；

所述内燃机供能系统连接到所述直流母线排的另一端；

所述内燃机供能系统中的柴油内燃机与所述碳捕集设备输入端连接，所述碳捕集设备输出端与所述碳封存设备输入端连接；所述柴油内燃机发电产生的二氧化碳由所述碳捕集设备捕集处理，处理后的液态二氧化碳由所述碳封存设备处理。

2.根据权利要求1所述的低碳船舶微电网，其特征在于，所述内燃机供能系统包括柴油内燃机、发电机、可控AC/DC整流器和空气断路器；所述柴油内燃机电能输出端与所述发电机输入端连接；所述发电机和所述可控AC/DC整流器串联后，通过所述空气断路器连接到所述直流母线排。

3.根据权利要求1所述的低碳船舶微电网，其特征在于，所述低碳船舶微电网还包括：风力功能系统，所述风力供能系统包括风力涡轮机、独立的可控AC/DC整流器、独立的空气断路器；所述风力发电机组和所述可控AC/DC整流器串联后，通过所述空气断路器连接到所述直流母线排。

4.根据权利要求1所述的低碳船舶微电网，其特征在于，所述低碳船舶微电网还包括：光伏供能系统，所述光伏供能系统包括光伏太阳能板、独立的可控DC/DC整流器、独立的空气断路器；所述风力发电机组和所述可控DC/DC整流器串联后，通过所述空气断路器连接到所述直流母线排。

5.根据权利要求1所述的低碳船舶微电网，其特征在于，所述低碳船舶微电网还包括：蓄电池储能控制系统，所述蓄电池储能控制系统包括蓄电池、独立的可控DC/DC斩波器、独立的空气断路器；所述蓄电池和所述可控DC/DC斩波器串联后，通过所述空气断路器连接到所述直流母线排。

6.一种如权利要求1～5任一项所述的低碳船舶微电网的分布式能源管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集船舶全航程航行过程中各发电设备发电量，建立各发电设备成本函数；

采集内燃机排放二氧化碳质量，计算碳捕集设备捕集的二氧化碳质量，计算碳捕集设备捕集二氧化碳和碳封存设备封存捕集到的二氧化碳的成本；计算未被碳捕集设备捕集的二氧化碳质量，使用碳税对捕集的二氧化碳进行处理，建立船舶碳处理相关的成本函数；

构建功率平衡约束和输出功率约束条件；

构建船舶能效运行指数和船舶航行约束条件；

基于建立的各设备成本函数，构建低碳船舶微电网能源管理的优化目标函数；基于建立的各个约束条件，构建考虑碳税的船舶微电网能源管理模型；

基于低碳船舶微电网的分布式结构，采用拉格朗日乘子法得到低碳船舶微电网的分布式能源管理的全局最优解。

7.根据权利要求6所述的分布式能源管理方法，其特征在于，所述低碳船舶微电网能源管理的优化目标函数为各发电设备成本和碳税成本相加。

8.根据权利要求6所述的分布式能源管理方法，其特征在于，采用拉格朗日乘子法得到低碳船舶微电网的分布式能源管理的全局最优解，包括：

根据低碳船舶微电网的能源管理模型，构建对应拉格朗日函数；

根据通信拓扑结构，对所述拉格朗日函数求导，求出低碳船舶微电网能源管理的局部最优解；

考虑能源管理模型的等式约束与不等式约束条件，迭代计算得到低碳船舶微电网能源管理的全局最优解。

9.根据权利要求6所述的分布式能源管理方法，其特征在于，所述拉格朗日函数为：

其中，λ，ν分别是能源管理模型等式约束和不等式约束的拉格朗日乘子；P_i^max，P_i^min分别是各发电设备的输出功率上限值与下限值。

10.根据权利要求8所述的分布式能源管理方法，其特征在于，所述迭代计算，包括：

每个发电设备节点根据所采集的本地信息及其邻居信息，进行迭代计算，各发电设备在下一次迭代中更新其自身的增量成本；

计算每个发电设备节点第k次迭代的输出功率；

对于每个发电设备设备的输出功率，采用平均一致性算法计算低碳船舶微电网所有发电设备节点在k+1次迭代时的平均功率失配值；

反复迭代计算，直到迭代后的平均功率失配值为一个极小的常数。