船舶航运污染是阻碍海洋经济发展，海洋强国建设的瓶颈问题，智能船舶为航运绿色环保发展提供了重要手段。着眼于船舶航运经济、智能、绿色的发展趋势，研究智能船舶及其能量优化调度问题，开发船载新能源，提升能源综合利用效率势在必行。与传统船舶不同，智能船舶在结构可靠且线型优良的船体基础上，可通过先进的传感器、信息通讯、网络控制、大数据等技术，利用新能源及其电力推进形式，实现远航程自主航行。智能船舶能源系统中不仅可接入新能源、传统化石能源等多种能源形式，还包括了电、热两种能量传输媒介和多种智能船舶负荷需求，体现出明显的多能流耦合、多时空尺度等综合能源系统的特征。因此，为进一步提升能源的综合利用效率，降低其碳排放量，解决船舶航运业的环境污染问题，需要构建智能船舶综合能源系统，且深入研究其能量优化调度问题。

如何解决船舶综合能源系统能量优化调度问题？目前，综合能源系统能量优化调度主要通过设计基于多智能体的分布式优化调度方法来实现。然而，不同于上述常规综合能源系统能量优化调度问题，智能船舶综合能源系统中 需要特别考虑复杂海洋环境、动力系统供能需求保障、低污染排放量标准等对能量优化调度的影响。

因此，本文以船舶电力系统、热力系统、动力系统为物理实体，考虑其固有工作原理和特点，构建以能量优化调度系统为核心、以能源转换中心为枢纽的新型智能船舶综合能源系统，其具体特征可体现为：

1) 不同于传统独立的各类船舶能源系统，智能船舶综合能源系统紧密耦合电力系统、热力系统以及动力系统等，能量优化调度中体现出电、热多能流耦合特性，且所面向的电力、热力、动力等负荷需求响应的优先等级实时变化。因此，智能船舶综合能源系统需要设计高效的能量优化调度方法，可以迅速、准确、稳定地响应智能船舶的各类复杂负荷需求。

2) 智能船舶综合能源系统接入许多新能源供能设备，呈现出明显的分布式特性，导致传统船舶能源系统集中式优化调度方法不再适用，因此需要采用分布式优化调度方法。此外，该系统集成大量的频率、电压、电流、温度、压力等相关传感器、执行器和分布式计算设备，可以实时感知并反馈智能船舶各物理供能设备能源供需、转换以及利用率等信息，通过各分布式供能设备的协同工作，高效完成智能船舶的动态控制和能量生产-调度-供给服务，体现出明显的信息-物理融合特性。

智能船舶综合能源系统基本结构框图

此外，根据智能船舶全航程航行特征，本文以智能船舶航行的全航程耗能经济性为目标，考虑智能船舶综合能源系统特有的动力系统负荷需求响应、智能船舶航行低污染排放量标准、电-热多能流耦合供能等需求及特点，建立智能船舶综合能源系统优化调度模型；考虑分布式优化调度过程中存在通讯及计算等噪声干扰，提出了能够容纳复杂噪声干扰的智能船舶综合能源系统分布式优化调度算法，以保证实际海况下智能船舶航行的经济性、可靠性和稳定性。

引用格式

滕菲, 单麒赫, 李铁山. 智能船舶综合能源系统及其分布式优化调度方法. 自动化学报, 2020, 46(9): 1809−1817

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http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c200176