基于智能控制的电推船电力系统设计与优化

基于智能控制的电推船电力系统设计与优化

侯蕾

天津精艺新特船舶工程有限公司 天津 300451

摘要：

电推船，即利用电力驱动推进器进行推进的船舶，随着环保需求的提升和技术的发展，其在全球船舶行业中的应用越来越广泛。电推船电力系统是电推船运行的核心，其性能直接影响到船舶的运行效率、安全性和环境友好性。智能控制是一种基于人工智能和控制理论的先进控制方法。通过对大量数据的学习和分析，智能控制系统可以做出精确的预测和决策，实现系统的自动化和优化。在电推船电力系统中，智能控制可以实现多个方面的优化。基于此，本文从不同角度详细阐述基于智能控制的电推船电力系统设计与优化路径。

关键词：智能控制；电推船；电力系统；设计与优化

引言：

随着全球碳排放减少和清洁能源使用的压力不断增大，电推船作为一种环保、高效的航运方式，其应用在全球范围内日益普及。智能控制技术被广泛应用于各类系统的优化控制中，电推船的电力系统也不例外。智能控制技术能够对大量数据进行实时分析，精确预测电力需求，自动调整电力系统运行状态，实时监控系统的运行状况，有效预警并处理可能的故障，从而实现电力系统的最优运行。

一、智能控制在电推船电力系统中应用的意义

（一）有助于提高运行能效

基于智能控制的电力系统能够显著提升电推船的能效。通过精确的数据分析和预测，智能控制系统可以实现能源的最优分配，避免能源的浪费，通过预测船舶在接下来的航程中的能源需求，然后按需供电，从而降低能源的浪费[1]。例如，当船舶在平静水面行驶时，智能控制系统可以降低电机的转速，以降低能耗；当船舶在不平静的海面行驶时，智能控制系统可以提高电机的转速，以保证船舶正常航行。

（二）保障船舶系统稳定性

将智能控制技术加入到电力系统中，可以通过精密的算法和实时的数据分析，有效保障船舶系统的稳定性。这是由于智能控制系统可以通过实时监测电力系统的各项参数，及时发现系统的不稳定性，并采取措施进行调整。例如，当系统的电压或频率出现偏离时，智能控制系统可以自动调整发电机的输出，以恢复电压和频率的稳定。

（三）降低运营成本

智能控制系统可以及时发现设备的异常运行状况，进行预警并调整，防止设备的过度损耗和提前老化。此外，通过智能控制系统的故障诊断功能，可以减少设备的停机时间和维修成本。通过自动化和智能化的操作，智能控制系统还可以降低人员成本，自动化的操作可以减少人员的操作错误，提高系统的运行稳定性。

（四）响应绿色环保政策

随着全球气候变化和环保意识的提高，各国政府和国际组织对船舶排放的限制越来越严格。电推船作为一种更环保的船舶形式，受到了广泛的关注。智能控制系统可以有效地降低电推船的能源消耗和碳排放。特别是在使用清洁能源，如风能、太阳能等供电的电推船中，智能控制系统可以更有效地利用这些清洁能源，进一步减少碳排放。

二、基于智能控制的电推船电力系统设计与优化措施

（一）建立精确的电力系统模型

在基于智能控制的电推船电力系统中，建立精确的电力系统模型是实现系统优化的关键步骤。电力系统模型是对实际电力系统的数学描述，可以帮助技术人员理解系统的运行原理，预测系统的运行状况，以及设计和优化控制策略。电力系统模型需要考虑系统的各个部分，包括电源、电力转换设备、负载等。每个部分都需要根据其物理原理建立相应的数学模型，例如，电源可以通过其IV特性建立模型，电力转换设备可以通过电路方程建立模型，负载可以通过功率需求建立模型[2]。电力系统模型需要考虑系统的运行环境和工况。这是由于船舶的行驶速度、海况、负载的变化等都会影响电力系统的运行状况。通过与实际数据进行比较，电力系统模型可以验证准确性，并根据实际数据进行修正。

（二）应用先进的优化算法

优化算法可以帮助技术人员在满足系统约束的条件下，找到最优的控制策略，以实现系统性能的最优化，例如，最大化能效，最小化成本，或者最小化环境影响等。目前，有许多类型的优化算法可以应用于电力系统的优化，如线性规划、二次规划、混合整数线性规划、遗传算法、粒子群优化等。在选择优化算法时，需要根据电力系统的具体特性和优化目标进行选择。如，如果电力系统的模型是线性的，且优化目标是线性的，那么可以选择线性规划。如果电力系统的模型或优化目标是非线性的，那么可能需要选择遗传算法或粒子群优化等进化算法。在实际应用中，也可能需要组合多种优化算法，以达到最佳的优化效果。如可以先使用线性规划进行初步优化，然后使用遗传算法进行精细优化。

（三）利用实时数据实现系统的自适应调节

在电力系统的运行中，许多因素，如负载变化、环境条件变化、设备状态变化等，都会对电力系统的运行产生影响。通过实时收集和分析这些数据，智能控制系统可以实时调整控制策略，使系统自适应地调节，从而实现优化。实时数据的收集可以通过各种传感器和监测设备实现，如电流传感器、电压传感器、温度传感器、湿度传感器等，这些传感器可以实时监测电力系统的运行参数，如电流、电压、功率、温度等，并将这些数据传送给控制系统。在收集到实时数据后，智能控制系统可以通过数据处理和分析，如滤波、预处理、特征提取、预测等，从中提取有用的信息，并基于这些信息进行决策。例如，如果实时数据显示电流突然增大，可能说明负载增加或电路出现故障。此时，智能控制系统可以通过调整发电机的输出，或者启动备用电源，来应对负载增加。

（四）通过机器学习技术提升控制系统的智能化水平

机器学习是人工智能的一个重要分支，其基础是利用算法让计算机从大量数据中学习并进行决策。对于电推船电力系统，利用机器学习技术可以进一步提升系统的智能化水平，并优化系统的运行。机器学习可以用于预测电力系统的运行状况。通过收集和学习历史数据，机器学习模型可以预测未来的能源需求、设备故障等，这有助于系统更好地规划和优化运行策略[3]。机器学习可以用于优化电力系统的控制策略。例如，强化学习是一种通过与环境的交互来学习最佳决策的机器学习方法。在电力系统中，强化学习可以用于学习在各种工况下的最佳控制策略，以实现能效最大化或成本最小化。机器学习也可用于电力系统的故障检测和诊断。通过学习正常和故障状态下的数据，机器学习模型可以识别出系统的故障模式，及时发现并预警故障，避免故障对系统的影响。

（五）保障系统的安全性和鲁棒性

在电力系统的优化中，保障系统的安全性和鲁棒性是至关重要的。在保障系统安全性方面，基于智能控制的电力系统可以通过实时监测和故障预警，以及自适应控制等方法，提高系统的安全性。例如，通过实时监测系统的运行参数，及时发现异常情况，并采取相应的措施，如调整控制策略、启动备用设备、或者停止系统运行等，以保障系统的安全。在保障系统鲁棒性方面，基于智能控制的电力系统可以通过设计鲁棒的控制策略，以及使用鲁棒的优化算法等方法，提高系统的鲁棒性。如，通过设计鲁棒的控制策略，即使在面临模型不确定性或扰动的情况下，也能保证系统的稳定和性能。

总结：

综上所述，行业在不断发展，技术在不断进步，基于智能控制的电推船电力系统设计与优化已经成为大势所趋。相关技术人员在应用智能控制技术时，要对出现的问题进行总结与分析，积极探寻优质解决措施，真正促进电推船行业的可持续发展。

参考文献：

[1]陈华伟.某型电推船推进装置常见故障浅析[J].中国水运(下半月),2021,21(09):61-62+66.

[2]张和振.电推船推进装置操作简析[J].天津航海,2021(02):30-31.

[3]于全虎,李镇宇,谭慧娟.新型电力推进车客渡船设计分析[J].船电技术,2019,39(04):4-9.