一种船舶电池充放电控制方法、装置、电子设备及介质

本发明涉及港船多能源融合，尤其涉及一种船舶电池充放电控制方法、装置、电子设备及介质。

背景技术：

1、船舶混合动力系统是指在船舶动力系统中采用多种动力装置，包括传统的内燃机、蒸汽轮机以及新兴的风能、太阳能等可再生能源。储能电池作为一种能量缓冲装置，在船用混合动力系统中有着广泛的应用，既可以在发电机组停机时为负载提供电力支撑，实现能量双向传递，也可以在光伏渗透率较高，光伏发电随机性会造成并网点功率波动，引起系统失稳的时候，解决光伏发电不稳定和间歇性问题，具体来说在光照条件不佳时，储能模块可以提供电力供应以满足负载需求，在光照条件较好时，储能模块可以平抑光伏功率波动，提高光伏电-船电系统的稳定性。

2、锂电池相比于其他电池具有能量密度高、可快速充电、清洁无污染等特点，因此船用储能电池类型常用锂电池，目前锂电池传统的pi控制策略通常从减少储能出力和保护储能电池寿命等角度出发，在船用混合动力系统功率波动时的调控能力较差。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种船舶电池充放电控制方法、装置、电子设备及介质，用以解决现有技术中存在的在船用混合动力系统功率波动时的调控能力较差的问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种船舶电池充放电控制方法，包括：

3、获取船舶混合动力系统的动力参数；

4、基于所述动力参数，构建用于表示船舶锂电池储能模块功率分配与soc之间的关系的soc模型；

5、基于所述soc模型，构建mpc控制模型，所述mpc控制模型的目标函数以锂电池储能模块soc变化最小和输出功率最大为优化目标，所述mpc控制模型的约束条件包括混合动力系统功率波动约束；

6、基于所述mpc控制模型对所述目标函数进行求解，确定锂电池储能模块功率分配，基于所述锂电池储能模块功率分配进行充放电控制。

7、在一些可能的实现方式中，所述soc模型包括：

8、锂电池储能模块充电时soc的表达式为：

9、

10、锂电池储能模块放电时soc的表达式为：

11、

12、式中，锂电池储能模块包括第一锂电池模块和第二锂电池模块，表示第一锂电池模块的soc，表示第二锂电池模块的soc，表示第一锂电池模块的输出母线电压，表示第二锂电池模块的输出母线电压，表示初始设定值，表示锂电池容量，表示锂电池储能模块输出功率总和，表示soc调速因子。

13、在一些可能的实现方式中，所述目标函数为：

14、

15、式中，表示目标函数值，表示锂电池储能模块的控制周期，表示时刻锂电池储能模块的输出功率，表示采样周期，表示时刻锂电池储能模块soc，表示锂电池储能模块soc初始设定值。

16、在一些可能的实现方式中，所述约束条件还包括锂电池储能模块soc约束。

17、在一些可能的实现方式中，所述约束条件还包括锂电池储能模块输出功率约束。

18、在一些可能的实现方式中，所述约束条件为：

19、

20、式中，混合动力船舶整体输出功率参考值，和分别表示时刻和时刻混合动力系统输出功率，表示时刻锂电池储能模块输出功率，表示锂电池储能模块的控制周期，和分别表示时刻和时刻锂电池储能模块soc，表示锂电池储能模块的额定容量，表示混合动力系统功率波动设定阈值，表示锂电池soc设定最小值，表示锂电池soc设定最大值，表示锂电池储能模块输出功率设置最小值，表示锂电池储能模块输出功率设定最大值。

21、在一些可能的实现方式中，所述锂电池储能模块功率分配的公式为：

22、 ，

23、式中，表示第一锂电池模块输出功率，表示第二锂电池模块输出功率，表示混合动力系统功率波动设定阈值，表示锂电池储能模块输出功率设定最大值。

24、本发明还提供了一种船舶电池充放电控制装置，包括：

25、参数获取单元，用于获取船舶混合动力系统的动力参数；

26、模型构建单元，基于所述动力参数，构建用于表示船舶锂电池储能模块功率分配与soc之间的关系的soc模型，基于所述soc模型，构建mpc控制模型，所述mpc控制模型的目标函数以锂电池储能模块soc变化最小和输出功率最大为优化目标，所述mpc控制模型的约束条件包括混合动力系统功率波动约束；

27、模型求解单元，基于所述mpc控制模型对所述目标函数进行求解，确定锂电池储能模块功率分配，基于所述锂电池储能模块功率分配进行充放电控制。

28、本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；

29、所述存储器，用于存储程序；

30、所述处理器，与所述存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的所述程序，以实现上述所述的船舶电池充放电控制方法的步骤。

31、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现上述所述的船舶电池充放电控制方法的步骤。

32、本发明的有益效果是：本发明提供的船舶电池充放电控制方法，将mpc引入锂电池控制过程，结合soc模型，建立了描述锂电池储能模块动态特性的mpc控制模型，通过判断soc的变化，在保证锂电池储能模块使用寿命的前提下，提高soc的变化范围，最大限度利用锂电池储能模块，减少船用混合动力系统输出功率的波动性，实现了储能模块充放电模式的自由切换。

技术特征：

1.一种船舶电池充放电控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的船舶电池充放电控制方法，其特征在于，所述soc模型包括：

3.根据权利要求1所述的船舶电池充放电控制方法，其特征在于，所述目标函数为：

4.根据权利要求3所述的船舶电池充放电控制方法，其特征在于，所述约束条件还包括锂电池储能模块soc约束。

5.根据权利要求4所述的船舶电池充放电控制方法，其特征在于，所述约束条件还包括锂电池储能模块输出功率约束。

6.根据权利要求5所述的船舶电池充放电控制方法，其特征在于，所述约束条件为：

7.根据权利要求6所述的船舶电池充放电控制方法，其特征在于，所述锂电池储能模块功率分配的公式为：

8.一种船舶电池充放电控制装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器；

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现上述权利要求1至7中任一项所述的船舶电池充放电控制方法的步骤。

技术总结
本发明涉及一种船舶电池充放电控制方法、装置、电子设备及介质，属于港船多能源融合技术领域，其中，该方法包括：获取船舶混合动力系统的动力参数；基于动力参数，构建用于表示船舶锂电池储能模块功率分配与SOC之间的关系的SOC模型；基于SOC模型，构建MPC控制模型，MPC控制模型的目标函数以锂电池储能模块SOC变化最小和输出功率最大为优化目标，MPC控制模型的约束条件包括混合动力系统功率波动约束；基于MPC控制模型对目标函数进行求解，确定锂电池储能模块功率分配，基于锂电池储能模块功率分配进行充放电控制。本发明通过判断SOC的变化，最大限度利用锂电池储能模块，减少船用混合动力系统输出功率的波动性。

技术研发人员：汪恬,汤旭晶,郭威,张仲泽,赵丹阳,胡浩帆,郭芝鸿,凌善邦,张卫国,郭小峰,袁成清
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31