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申请/专利权人：上海交通大学

摘要：本发明提供了一种计及换电与岸电接入的全电力船舶集群路径优化方法，包括：步骤S1：收集港口以及全电力船舶集群信息；步骤S2：基于收集的港口以及全电力船舶集群信息，根据交通运输的路径规划约束以及全电力船舶集群的能量管理约束建立路径优化模型；步骤S3：由路径优化模型得出最优调度决策，并向全电力船舶集群下发调度指令。

主权项：1.一种计及换电与岸电接入的全电力船舶集群路径优化方法，其特征在于，包括：步骤S1：收集港口以及全电力船舶集群信息；步骤S2：基于收集的港口以及全电力船舶集群信息，根据交通运输的路径规划约束以及全电力船舶集群的能量管理约束建立路径优化模型；步骤S3：由路径优化模型得出最优调度决策，并向全电力船舶集群下发调度指令；所述路径优化模型采用：目标函数采用： 其中，TC、TCswap、TCshore、TCess_ini、TCfix分别表示集群运行总成本，换电成本、岸电成本、返回基地后储能电池充电至初始电量的充电成本以及出动船舶的固定成本；A＝{i,j|i,j∈V,i≠j}表示有向航段集合；V＝{0,1,2,…,n+1}表示所有节点的集合，i，j均表示节点标号；节点标号0至n+1均表示基地；K表示船舶集合；λj表示换电电价，τj表示岸电电价；λini表示在基地补充电能的电价，表示船舶初始电量，表示船舶k出动的固定成本，表示0-1变量，取1时表示船舶k并不出动，i∈Δ-n+1表示可以直达n+1节点的节点集合，表示船舶k从i节点返回基地时的储能电池电量；表示船舶k沿航段i,j航行到港口j后在换电站补充的电能，表示航行到港口j后通过岸电接入补充的电能，计算公式为： 其中，表示船舶k沿航段i,j航行到达j时的储能电池电量，表示离开j时的电量，表示停靠j时的电量变化，表示到达j后接入岸电的功率大小，hj表示停靠时长；约束条件包括：航线出入度平衡约束；航线连通性约束；运输、换电、岸电接入决策与路径规划耦合约束；船舶与港口互动机制；时间窗约束；载货容量约束、船速约束、集装箱储能电池电量变化、集装箱储能电池电量上下限约束、功率平衡约束以及岸电功率上下限约束；所述航线出入度平衡约束采用： 其中，为0-1变量，表示第k艘船的航线决策，i、j、l均表示节点标号，j∈Δ+0和l∈Δ+j分别表示节点0和节点j可以直达的节点集合，i∈Δ-n+1和i∈Δ-j分别表示可以直达节点n+1和节点j的节点集合，N＝{1,2,…,n}表示港口节点集合；所述航线连通性约束采用： 其中，均为表征船舶k航线次序的二元决策变量，当取1表示集群航线规划中船舶k依次从i航行到j再到l，为0-1变量，表示船舶k的航线决策；所述运输、换电、岸电接入决策与路径规划耦合约束采用： 其中，和均为0-1变量，分别表示第k艘船由i航行到j后是否进行换电、岸电接入以及卸载货物的决策变量；所述船舶与港口互动机制采用： 其中，为0-1状态标志分别表示港口节点j是否有货物需求，是否配置换电站以及岸电设施；所述时间窗约束采用： 其中，A′＝{i,j,l|i,j∈A且j,l∈A}，和为船舶到港时间的决策变量；和为船舶k在航段上航行时间的决策变量；aj、bj分别表示港口货物需求的时间窗允许的最早和最晚到港时间，M为满足预设要求的正数，E和L分别为调度起始时间和终止时间，船舶必须在调度终止时间前返回基地；所述载货容量约束采用： 其中，dj表示港口j的货物需求量，Qk表示船舶k的载货容量上限；所述船速约束采用：为了优化每个航段船舶的船速大小，本发明采用分级船速调整的方法； 其中，为0-1变量，取1时表示航段i,j上船速设置为等级r的船速，船速决策变量大小为vr，表示船舶k沿i,j航行时间的决策变量，sij表示航段i,j的航行距离；所述集装箱储能电池电量变化采用： 其中，和均为表征储能电池电量的决策变量；和均为表征船舶k在航行过程中电量变化的决策变量；表示离开j时的电量，计算公式如下： 其中，为船舶k储能电池的额定容量；表征停靠j时储能电池电量变化的决策变量； 表示沿航段i,j航行时的电量变化，计算公式为： 其中，为船舶k沿航段i,j航行后停靠在j时储能电池的放电功率；表示船舶k的服务负荷，c1为船舶电力推进负荷的计算系数；公式11中含有二元变量和连续型变量的乘积项，通过引入正数M进行线性处理： 则公式11由公式13进行等效替换；集装箱储能电池电量上下限约束采用： 其中，为船舶k的储能电池在航行过程中允许的最低电量，确保船舶能够安全航行；功率平衡约束采用： 其中，为船舶k沿航段i,j航行时储能电池的放电功率，表示沿航段i,j航行时电力推进器的功率，通过船速调整可以实现推进负荷的优化管理；岸电功率上下限约束采用： 其中，Pshore_max、Pshore_min表示岸电接入允许的最大和最小功率。

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百度查询： 上海交通大学 计及换电与岸电接入的全电力船舶集群路径优化方法