III. Определение оптимизации

В этом разделе сначала будет представлена предлагаемая процедура оптимизации. Затем будут сформулированы цели, переменные и ограничения оптимизации. Впоследствии будет объяснена оценка потребления дизельного топлива и жидкого водорода.

А. ПРОЦЕДУРА ОПТИМИЗАЦИИ

Рис. 9 показывает процедуру оптимизации, примененную в этой статье. Весь процесс представляет собой вложенную архитектуру, в которой каждая оценка установки требует полной оптимизации системы управления. Входные параметры включают в себя рабочие профили и параметры компонентов, такие как количество, номинальная мощность/энергия и C-скорость зарядки и разрядки аккумулятора. Некоторые другие эксплуатационные ограничения также могут быть входными данными, например, начальный уровень заряда (SOC) батареи и рабочий диапазон топливных элементов.

Учитывая количество и номинальную мощность/энергию компонентов, внешний слой может примерно оценить капитальные затраты предлагаемой силовой установки. На внутреннем уровне стратегия управления энергопотреблением оптимизирована для минимизации эксплуатационных расходов. Число запуска/остановки, время работы и соответствующая мощность компонентов планируются с помощью алгоритм MILP. Это алгоритм линейного программирования. с целевой функцией и ограничениями-неравенствами и/или равенствами, в которых переменные являются целыми числами [34], [35].

Потребление дизельного топлива и жидкого водорода прогнозируется в модели эксплуатационных расходов. Генетический алгоритм сортировки без доминирования II (NSGA-II) применяется для определения оптимальных по Парето решений для этой многоцелевой задачи [26], [36]. Это хорошо известный алгоритм, основанный на эволюции [37]. Первая совокупность из N проектов силовых установок генерируется и оценивается с помощью моделей капитальных и эксплуатационных затрат с учетом стратегии управления энергопотреблением. Каждый проект варьируется в зависимости от набора предоставленных входных переменных. Все N проектов силовых установок оцениваются в соответствии с целями оптимизации, и новое поколение N проектов силовых установок генерируется из лучших (наиболее приспособленных) особей предыдущего поколения. В этом исследовании размер популяции N и поколения выбраны равными 100.

B. ПЕРЕМЕННЫЕ И ЦЕЛИ ОПТИМИЗАЦИИ

Переменные и цели двухуровневой оптимизации будут представлены отдельно следующим образом:

ТАБЛИЦА 3. Фиксированные параметры исследуемого судна.

ТАБЛИЦА 4. Переменные NSGA-II.

1) Оптимизация внешнего слоя

Таблица 3дает фиксированные параметры оптимизации. В данной статье количество дизельных двигателей, аккумуляторов и топливных элементов определяется исходя из силовой установки, выбранной на рис.4 (б). Таблица 4 дает переменные исследуемой двигательной установки. При оптимизации внешнего уровня необходимо одновременно минимизировать три задачи. Это капитальные затраты, эксплуатационные расходы и вес израсходованного дизельного топлива. М_ДФ которые сформулированы (1), (2) и (3), соответственно.

где OF1_GA – целевая функция капитальных затрат на внешнем уровне, Pr_DE, Er_Bat, Pr_FC – номинальная мощность/энергопотребление, приведенные в таблице 4, N_DE, N_Bat, N_FC - количество источников питания, приведенных в таблице 3.

где OF2_GA - целевая функция эксплуатационных расходов, первая статья – это стоимость дизельного и водородного топлива, а вторая статья - стоимость береговой зарядки электроэнергии.

где OF3_GA – целевая функция веса израсходованного дизельного топлива, рассчитанная по формуле (6). Расход дизельного топлива фактически указывает на снижение выбросов, сравнивая его с контрольной точкой, показанной на рис. 8.