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船舶智能能效管理技术发展现状及展望

哈尔滨工程大学学报 2021年第3期42卷 317-324页

作者：贺亚鹏严新平范爱龙王拯武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所湖北武汉430063 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室湖北武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心湖北武汉430063

受到全球变暖、环境保护以及降本增效等因素影响,各大航运企业对船舶能效管理技术的需求越来越高。本文从政策导向、市场需求以及技术驱动等3个方面分析了能效管理技术的必要性;总结了国内外现有船舶能效管理技术与产品,并从功能差异和... 详细信息

受到全球变暖、环境保护以及降本增效等因素影响,各大航运企业对船舶能效管理技术的需求越来越高。本文从政策导向、市场需求以及技术驱动等3个方面分析了能效管理技术的必要性;总结了国内外现有船舶能效管理技术与产品,并从功能差异和优缺点等方面开展了现状分析;从船舶能效在线监测、能效智能评估以及能效优化控制等3个方面分析了船舶能效管理的关键技术;对船舶能效管理技术的未来发展趋势进行了展望。研究表明:监测是当前国内外船舶能效管理的基础,然后逐步发展了能效评估、航速优化、纵倾优化、故障诊断等衍生功能。在智能化程度方面,国内外的船舶能效管理仍以离线分析为主,以动态、在线、自主化为特征的智能评估和优化比较缺乏。本文可为船舶动力系统低碳化、智能化研究与发展提供指导。

关键词：全球变暖航运业船舶节能二氧化碳智能能效传感器航速优化数据挖掘

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船舶混合动力系统能量管理预测控制方法研究

哈尔滨工程大学学报 2024年第1期45卷 162-173页

作者：范爱龙李永平杨强涂小龙武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 工业和信息化部产业发展促进中心北京100038 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063

针对混合动力系统控制稳定性和节能减排问题,明确模型预测控制在船舶能量管理中的作用、研究现状及趋势。借助CiteSpace对船舶能量管理进行可视化分析,理清了船舶能量管理的发展脉络,并通过不同能量管理策略的对比分析揭示模型预测控制... 详细信息

针对混合动力系统控制稳定性和节能减排问题,明确模型预测控制在船舶能量管理中的作用、研究现状及趋势。借助CiteSpace对船舶能量管理进行可视化分析,理清了船舶能量管理的发展脉络,并通过不同能量管理策略的对比分析揭示模型预测控制在船舶能量管理中的重要性;从预测建模、优化目标及约束、求解和改进策略等3个方面开展了船舶能量管理预测控制方法的分析;最后从考虑可再生能源的能量管理策略、建模与验证的标准化、协同优化和多维度评估等方面对船舶能量管理预测控制的未来研究进行展望。结果表明:模型预测控制在智能船舶、多能源船舶等复杂的动力系统的实时控制中具有重要潜力。与其他算法结合开展多目标算法融合是提升控制精度和计算实时性的重要途径,开展多维度测试评估有利于推动策略的实船应用。

关键词：混合动力船舶能效能量管理模型预测控制 CiteSpace 可视化分析预测建模优化算法

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基于实船监测的内河船舶能效数据特征挖掘及建模研究

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武汉理工大学学报 2020年第6期42卷 26-34页

作者：范爱龙李方轩武汉理工大学能源与动力工程学院武汉430063

根据内河航道及船舶运行的特点,开发了船舶能效数据采集系统,对实船采集的通航环境与能效数据开展了特征分析。建立了多种内河船舶油耗预测模型,分别对这些模型进行了训练、验证和测试,采用误差度量指标评价了预测模型的可靠性。对比结... 详细信息

根据内河航道及船舶运行的特点,开发了船舶能效数据采集系统,对实船采集的通航环境与能效数据开展了特征分析。建立了多种内河船舶油耗预测模型,分别对这些模型进行了训练、验证和测试,采用误差度量指标评价了预测模型的可靠性。对比结果表明内河船舶能效研究需要考虑通航环境要素影响;随机森林模型和多层感知器模型在油耗预测和相关分析上精度更高;主机转速和水流速度对油耗的影响相对较大。基于实船监测的数据驱动分析是开展内河船舶能效优化以及精细化管理的基础,具有重要的研究意义以及工程应用价值。

关键词：内河船舶节能减排船舶能效数据挖掘

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内河多功能航标供电系统研究

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2013年第4期37卷 848-851页

作者：范爱龙毛喆桑凌志武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430063 水路公路交通安全控制与装备教育部工程研究中心武汉430063 交通运输部水上交通安全与防污染研发基地武汉430063

多功能航标对保障水上交通安全具有重要的作用,针对当前多功能航标存在的供电不足的问题,提出了建立风光互补的多功能航标供电系统.通过计算航标用电设备的功耗,对供电系统中的蓄电池模块、太阳能发电单元以及风力发电单元进行了设计.... 详细信息

多功能航标对保障水上交通安全具有重要的作用,针对当前多功能航标存在的供电不足的问题,提出了建立风光互补的多功能航标供电系统.通过计算航标用电设备的功耗,对供电系统中的蓄电池模块、太阳能发电单元以及风力发电单元进行了设计.依据太阳辐射和风速的历史数据,利用Matlab计算并分析了太阳能电池和风力发电机的发电情况,采用逐月能量平衡法,对供电系统的可靠性进行了分析.研究结果表明,风光互补的多功能航标供电系统可以保障多功能航标的连续稳定供电.

关键词：多功能航标供电系统清洁能源可靠性分析

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动力电池系统在运输船舶上的应用现状与展望

船舶工程 2019年第10期41卷 98-104页

作者：瞿小豪袁裕鹏范爱龙武汉理工大学可靠性研究所武汉430063 船舶动力工程技术交通行业重点实验室武汉430063 国家水运安全工程技术研究中心武汉430063

分析船舶动力电池推进系统的组成,介绍动力电池系统在国内外运输船舶上的应用现状,论述动力电池管理系统、直流组网技术和充电技术等关键技术的研究进展情况。在此基础上,对船舶电池动力系统的发展进行展望,以期为动力电池系统在运输船... 详细信息

分析船舶动力电池推进系统的组成,介绍动力电池系统在国内外运输船舶上的应用现状,论述动力电池管理系统、直流组网技术和充电技术等关键技术的研究进展情况。在此基础上,对船舶电池动力系统的发展进行展望,以期为动力电池系统在运输船舶上的工程化应用和研究提供参考。

关键词：船舶动力系统动力电池绿色船舶节能减排

船舶混合动力系统硬件在环仿真平台和试验研究

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中国造船 2023年第3期64卷 262-274页

作者：范爱龙刘汉有杨福宝田智齐李永平邱皓武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉430063 武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 中国远洋海运集团院士工作站上海200127

为了解决多能源船舶测试与验证难题,开发了硬件在环仿真平台,可为混合动力系统和能量管理系统研究提供试验条件。从控制器硬件在环、小比例机械级硬件在环和全尺寸机械级硬件在环3个方面开展了国内外硬件在环仿真平台现状研究。以“长... 详细信息

为了解决多能源船舶测试与验证难题,开发了硬件在环仿真平台,可为混合动力系统和能量管理系统研究提供试验条件。从控制器硬件在环、小比例机械级硬件在环和全尺寸机械级硬件在环3个方面开展了国内外硬件在环仿真平台现状研究。以“长航货运001”船的混合动力系统为原型,搭建了小比例机械级硬件在环仿真平台。基于试验平台开展了模式切换以及直流母线电压控制试验,结果表明该平台能够有效模拟混合动力系统的运行与控制。功率分配试验进一步表明,PTI模式具有均衡稳定性差异的优势,稳定性较差的电机会在稳定性较好电机的影响下性能得到提升,可为实船PTI模式稳定性研究提供指导。

关键词：水路运输混合动力能量管理硬件在环仿真模式切换直流组网

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水路交通技术发展趋势

交通运输工程学报 2022年第4期22卷 1-9页

作者：严新平贺亚鹏贺宜范爱龙刘佳仑张笛武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063 武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心湖北武汉430063 湖北东湖实验室湖北武汉430063

对水路交通技术趋势相关文献开展文献计量分析,从主要研究国家、作者与关键词等方面梳理了研究脉络;综合国内外水路交通发展指导政策、前瞻报告与典型案例,分析并总结了水路交通技术发展现状,研判了未来水路交通技术发展趋势。研究结果... 详细信息

对水路交通技术趋势相关文献开展文献计量分析,从主要研究国家、作者与关键词等方面梳理了研究脉络;综合国内外水路交通发展指导政策、前瞻报告与典型案例,分析并总结了水路交通技术发展现状,研判了未来水路交通技术发展趋势。研究结果表明:水路交通技术将朝着以下5个方向发展。在水路运载工具方面,运输船舶逐步少人化,内河、近海、深远海船舶发展趋于谱系化;在航运基础设施方面,航道设施、能源供给、信息网络发展趋于一体化,并且船岸协同能力增强,船舶远程操控可实现,岸基船舶控制中心建设成为水运基础设施重要组成部分;在船舶动力方面,日趋严格的减排目标推动船用清洁能源发展,船舶动力系统将呈现多能源化和电动化;在船舶航行方面,多船协同运输可提高运输效率,内河、近海船舶编队航行成为运输新模式;在海事监管与安全方面,智能系统的应用使船舶人因事故逐步降低,智能无人系统救援成为现实。研究成果可以有效指导水路交通系统的未来规划、设计、建设与应用,为培育和发展水运新业态,逐步实现未来新一代航运系统提供有力支撑。

关键词：水路交通技术文献计量分析智能船舶新能源动力智能航行海事安全

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智能船舶技术发展与趋势简述

船舶工程 2020年第3期42卷 I0012-I0017页

作者：严新平刘佳仑范爱龙马枫李晨武汉理工大学.智能交通系统研究中心武汉430063 武汉理工大学武汉理工大学能源与动力工程学院武汉430063 国家水运安全工程技术研究中心科学技术部武汉430063

近年来,智能船舶技术已受到全球造船界与航运界的广泛关注。智能船舶以实现船舶及其配套设备、航行环境的智能化、自主化发展为目标,深度融合传统船舶设计与制造技术以及现代信息通讯与人工智能技术。通过从部分设备智能到全船智能系统... 详细信息

近年来,智能船舶技术已受到全球造船界与航运界的广泛关注。智能船舶以实现船舶及其配套设备、航行环境的智能化、自主化发展为目标,深度融合传统船舶设计与制造技术以及现代信息通讯与人工智能技术。通过从部分设备智能到全船智能系统、从内河到远洋、从单船智能航行到协同智能编队航行、从人机共融到远程自主的逐步发展,实现其以增强驾驶、辅助驾驶、远程驾驶、自主驾驶等为代表的阶段性功能,最终呈现智能航运新业态。

关键词：人工智能技术智能船舶信息通讯智能系统辅助驾驶航运界新业态航行环境

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船舶主机能效模型

交通运输工程学报 2015年第4期15卷 69-76页

作者：范爱龙严新平尹奇志孙星陈前昆张永波武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心湖北武汉430063 武汉理工大学能源与动力工程学院湖北武汉430063 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室湖北武汉430063

根据船、机、桨关系,以船舶动力装置的能量传递为基础,基于MATLAB/Simulink仿真平台建立了主机能效模型。以某内河旅游船舶为研究对象,根据船体与主机参数,利用回归多项式法得到螺旋桨敞水特性曲线。在船舶上安装了油耗仪等传感器,采集... 详细信息

根据船、机、桨关系,以船舶动力装置的能量传递为基础,基于MATLAB/Simulink仿真平台建立了主机能效模型。以某内河旅游船舶为研究对象,根据船体与主机参数,利用回归多项式法得到螺旋桨敞水特性曲线。在船舶上安装了油耗仪等传感器,采集了主机瞬时油耗、船舶对地航速、对水航速等数据,并计算了主机的实际能效。针对实船采集数据,分析了航道水流速度的分布特征。基于仿真模型,计算了船舶在不同航道水流速度与对水航速下的主机能效,比较分析了实测数据与仿真结果,并对模型进行了验证。验证结果表明:航道水流速度偏度为-0.033,总体服从正态分布;船舶实际主机能效与对水航速之间不是一一对应关系,而是相关系数为0.824的散点分布;船舶主机能效模型能够精确地表征船舶在航行过程中的主机能效水平及其变化规律,误差不大于10.5%。

关键词：轮机工程主机能效船、机、桨关系油耗水流速度