CN112583057A - 一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统 - Google Patents

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戴晓强
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Abstract

本发明公开了一种一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统，通过CAN/RS485数据收发模块采集温度、湿度、光照强度、风速和油耗，数据存储单元采集负荷数据和开关状态，SOC状态采集经以太网实时传给以太网数据处理器，处理得到的SOC作为能量管理控制器的第一输入变量，经过数据存储单元数据处理，计算空调需求功率，并对空调设备进行调控，算出负荷总功率需求作为能量管理控制器的第二输入变量，通过能量管理控制器发出指令，协调柴油发电机组、超级电容和蓄电池输入输出功率，减少油耗，改善储能系统的寿命。

Description

一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统
技术领域
本发明属于船舶的技术领域，特别是涉及一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统。
背景技术
随着全球贸易和航运业的发展，全球航运燃料消耗量逐年增加，由于燃料消耗与污染物及温室气体排放成正相关，若不采取措施，预计到2050年航运业二氧化碳排放量将占全球人为二氧化碳排放量的8％左右。此外，航运业已占全球氮氧化物排放量的15％，如果不加以控制，预计也将增加。与此同时，巴黎公约也要求大幅减少温室气体排放并实现降低2℃的全球变暖目标。
由于多能源船舶是由各种能源联合供电运行，而船舶运行状况是多变的，为实现船舶运行工况与船用微网电力系统间的功率匹配以及各供电单元功率的合理调配，需设计适用于多能源船舶的能量管理系统，能量控制策略指导着能量控制系统正常运行，对多能源船舶安全、高效、可靠运行起到了非常关键的作用，合理的能量管理策略可使船舶运行所需功率在各个供电单元之间实现合理的分配，最终在功率匹配的前提下，实现船舶节能减排的运行，因此需要设计一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统来解决上述问题。
发明内容
本发明的要解决的技术问题是：提供一种基于光柴混合动力船舶能量管理系统，能够降低储能系统的充放电次数，协调柴油发电机组，减少油耗，改善储能系统的寿命的目的，具体方案如下：
本发明提供一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统，包括数据处理单元、数据通讯单元和数据采集单元以及数据存储单元，所述数据采集单元包括温度传感器、湿度传感器、风速风向仪、油耗仪、光伏功率测量、故障报警器以及状态显示面板，所述数据采集单元是用于采集电网参数、柴油机运行参数和舱内工作环境参数，所述数据通讯单元包括以太网模块和RS485/CAN模块，所述数据处理单元是用于将数据采集单元采集到的参数进行处理，为能量管理控制和空调需求功率重构模块一级负荷需求功率计算模块使用，所述数据存储单元用于存储数据采集单元采集的历史数据和当前采集数据，以供数据处理单元使用。
本发明的进一步改进在于：数据采集器将采集到的数据经CAN/RS485传输至数据存储单元，将各个储能设备、光伏板、柴油发电机的开关状态经以太网模块数据处理传输至控制器模块，控制器模块通过采集到的信息综合处理，根据数据处理信息判断设备故障并发出故障信号至故障报警模块，数据处理器空调需求功率重构算法和能量管理控制策略，发出开关控制信号给超级电容、蓄电池、柴油发电机组以及负荷投切单元。
本发明的进一步改进在于：控制器模块通过数据存储单元处理得到相应参数，评估柴油发电机的工作状态和发电功率。
本发明的进一步改进在于：按照上述方案，所述能量管理控制过程包含以下步骤：
步骤一：空调与船舶建筑物结构相关，其具有一定的热储备能力，把空调—船舶建筑系统等效为储能装置整合到现有的能量管理控制体系中，根据采集到的温湿度数值，通过空调需求功率重构模块对当前所处的舱内环境，输出最优空调功率；
步骤二：根据得到的负荷数据、空调负荷功率和光伏发电功率作为功率模型输入数据；
步骤三：建立负荷需求功率计算模型，结合光伏发电功率、超级电容和蓄电池的剩余容量以及空调运行功率、日常负载和推进器负载计算负载需求功率；
步骤四：根据空调负荷重构的需求功率，对空调设备序列发出控制信号，控制部分空调设备的开关；
步骤五：在蓄电池和超级电容正常荷电状态范围内，将负荷需求值转化为负荷功率需求曲线，根据模态分解的方法，得到不同时刻的滤波阶数K，根据K值的不同，产生不同输出功率要求值Pbatref,Pscref；
步骤六：修正船舶总体功率需求，对负荷总功率需求曲线经过EEMD分解，分解为n个IMF和一个余量rn；根据IMF分量判断k阶开始EEMD趋势发生剧烈变化，认定k为高频功率和低频功率的分界点；超级电容和蓄电池分别承担高频功率和低频功率负荷需求并根据历史充放电功率配置超级电容和蓄电池的容量；
步骤七：修正船舶总体功率需求，对负荷总功率需求模态分解，按照高频特性和低频特性分配负荷需求功率给超级电容和蓄电池承担；功率需求分配给超级电容和蓄电池承担的公式为：
Figure BDA0002814796610000031
步骤八：控制器模块通过负荷数据采集单元采集柴油发电机主开关是否合闸和储能器件主开关是否合闸的信息，若开关状态与控制指令不一致，控制器模块通过故障报警模块进行报警；
步骤九：负荷采集器采集需求负荷，通过空调需求功率重构模块，控制空调设备负荷开关；考虑柴油发电机组并网；若总的负荷需求大于柴油发电机组储备功率PG、储能系统发出的功率PHess和光伏板发电功率PPV之和且超级电容和蓄电池均在正常充放电范围，则负荷投切选择器开始工作。
本发明的进一步改进在于：若总的负荷需求大于柴油发电机组储备功率PG、储能系统发出的功率PHess和光伏板发电功率PPV之和且超级电容和蓄电池均在正常充放电范围，负荷投切单元根据能量管理控制器发出指令，控制二级负荷和三级负荷投切。
本发明的进一步改进在于：基于一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统的控制步骤：
(1)空调负荷在某一时刻的总功率为：
Figure BDA0002814796610000032
Ps为空调总功率；Pi为第i个空调功率；ui为第i个空调设备的开关状态；
(2)假设船用空调负荷设备有M台，则空调设备编号可记为X＝[X1,X2,X3,…,XM]
对应的空调开关状态为U＝[u1,u2,u3,…,uM],其中，
Figure BDA0002814796610000033
(3)负荷需求总功率为Prequire＝Ps+Pnormal+Ppro，其中，Ps为空调设备需求总功率，Pnormal为船用日常负载总功率，Ppro为推进器的功率；
(4)根据步骤六所述，功率需求分配给超级电容和蓄电池承担的公式为：
Figure BDA0002814796610000034
Figure BDA0002814796610000035
其中，PSCref为超级电容所承担的输出功率参考值，PBATref为蓄电池所承担的输出功率参考值，ci为EEMD分解的模态分量，rn为分解得到imf的功率余量。
有益效果：
通过能量管理控制器发出指令，协调柴油发电机组、超级电容和蓄电池输入输出功率，减少油耗，改善储能系统的寿命。
附图说明
图1为本发明整体控制流程示意图；
图2为本发明中CAN/RS485模块和以太网模块采集信息示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明是一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统，包括数据处理单元、数据通讯单元和数据采集单元以及数据存储单元，所述数据采集单元包括温度传感器(温度传感器用于采集舱内舱外环境温度；湿度传感器用于采集舱内舱外环境湿度)、湿度传感器、风速风向仪(风速风向仪用于采集海上的风速和风向)；油耗仪(油耗仪用于采集柴油发电机的燃油消耗，这些数据用于负荷需求的计算)、光伏功率测量(光伏功率测量用于采集当前光伏板输出的功率)、故障报警器以及状态显示面板，所述数据采集单元是用于采集电网参数、柴油机运行参数和舱内工作环境参数，所述数据通讯单元包括以太网模块和RS485/CAN模块，所述数据处理单元是用于将数据采集单元采集到的参数进行处理，为能量管理控制和空调需求功率重构模块一级负荷需求功率计算模块使用，所述数据存储单元用于存储数据采集单元采集的历史数据和当前采集数据，以供数据处理单元使用。
数据采集器将采集到的数据经CAN/RS485传输至数据存储单元，将各个储能设备、光伏板、柴油发电机的开关状态经以太网模块数据处理传输至控制器模块(控制器模块通过数据存储单元处理得到相应参数，评估柴油发电机的工作状态和发电功率)，控制器模块通过采集到的信息综合处理，根据数据处理信息判断设备故障并发出故障信号至故障报警模块，数据处理器空调需求功率重构算法和能量管理控制策略，发出开关控制信号给超级电容、蓄电池、柴油发电机组以及负荷投切单元，控制器模块通过数据存储单元处理得到相应参数，评估柴油发电机的工作状态和发电功率。
按照上述方案，所述能量管理控制过程包含以下步骤：
步骤一：空调与船舶建筑物结构相关，其具有一定的热储备能力，把空调—船舶建筑系统等效为储能装置整合到现有的能量管理控制体系中，根据采集到的温湿度数值，通过空调需求功率重构模块对当前所处的舱内环境，输出最优空调功率；
步骤二：根据得到的负荷数据、空调负荷功率和光伏发电功率作为功率模型输入数据；
步骤三：建立负荷需求功率计算模型，结合光伏发电功率、超级电容和蓄电池的剩余容量以及空调运行功率、日常负载和推进器负载计算负载需求功率；
步骤四：根据空调负荷重构的需求功率，对空调设备序列发出控制信号，控制部分空调设备的开关；
步骤五：在蓄电池和超级电容正常荷电状态范围内，将负荷需求值转化为负荷功率需求曲线，根据模态分解的方法，得到不同时刻的滤波阶数K，根据K值的不同，产生不同输出功率要求值Pbatref,Pscref；
步骤六：修正船舶总体功率需求，对负荷总功率需求曲线经过EEMD分解，分解为n个IMF和一个余量rn；根据IMF分量判断k阶开始EEMD趋势发生剧烈变化，认定k为高频功率和低频功率的分界点；超级电容和蓄电池分别承担高频功率和低频功率负荷需求并根据历史充放电功率配置超级电容和蓄电池的容量。
按照步骤六的方案，所述系统安全允许的约束条件包括：
超级电容电压约束：Usc≥Uscmin，
Uscmin为超级电容电压最低值。
蓄电池电压约束：Ubat≥Ubatmin，
Ubatmin为蓄电池最低电压；
2)超级电容荷电状态约束:
SOCmin1≤SOCcap≤SOCmax1
其中，SOCmin、SOCmax为允许超级电容充放电的荷电状态上下限，其值为SOCmin＝0.2，SOCmax＝0.9；
3)蓄电池荷电状态约束：
SOCmin1≤SOCbat≤SOCmax1
其中，SOCmin2、SOCmax2为蓄电池荷电状态上下限，其值为SOCmin2＝0.2，SOCmax2＝0.8；
4)多能源储能系统功率平衡约束：
PV+Pbat+Psc＝PL
PV为光伏电池输出功率，Pbat为蓄电池输出功率，Psc为超级电容输出的功率，PL负荷需求功率；
5)空调负荷在某一时刻的总功率为：
Figure BDA0002814796610000061
其中，Ps为所有空调设备总功率；Pi为第i个空调功率；ui为第i个空调设备的开关状态；
6)当某一时刻的需求功率为Ps>Ptotal,假设船用空调负荷设备有M台，则空调设备编号可记为X＝[X1,X2,X3,…,XM]，对应的空调开关状态为U(t)＝[u1(t),u2(t),u3(t),…,uM(t)],其中，
Figure BDA0002814796610000062
7)为得到空调功率匹配度最优，判断各个空调负荷的匹配值，即
Figure BDA0002814796610000063
Figure BDA0002814796610000064
为第i个空调设备在下一时刻预输出的空调功率，
Figure BDA0002814796610000065
为当前时刻t输出的功率，σBR为空调功率匹配度，满足匹配度要求，则将其作为可控空调控制群。从而得到一组可控空调设备群,XContronl＝[X1,X2,X3,…,Xi],其中i为当前统计的空调设备开通数量；不可控空调设备群为,XNContronl＝[Xi+1,Xi+2,Xi+3,…,XM]，若不满足匹配度要求,则使该空调序列对应的开关状态置为0；
8)基于相对温度距离对空调设备进行排序，设定一个温度参考值序列为Tref＝[Twref,Tsref,Tsref,Taref],该序列为一年四季的室内温度参考值，根据室内室外的温差的绝对值由大到小对负荷进行排列，即
Figure BDA0002814796610000066
为了考虑到一级负荷、二级负荷、三级负荷的空调分布，则对该空调顺序进行优先排列，即，
XContronl(t)＝[X1 CL,1,X1 CL,2,…X1 CL,i,X2 CL,i+1,…X2 CL,j,X2 CL,j+1,…X3 CL,k,XNc,k+1,…,XNc,M]
9)得到总空调需求功率为
Figure BDA0002814796610000071
10)负荷需求总功率为Prequire＝Ps+Pnormal+Ppro，其中，Ps为空调设备需求总功率，Pnormal为船用日常负载总功率，Ppro为推进器的功率；
步骤七：修正船舶总体功率需求，对负荷总功率需求模态分解，按照高频特性和低频特性分配负荷需求功率给超级电容和蓄电池承担；
功率需求分配给超级电容和蓄电池承担的公式为：
Figure BDA0002814796610000072
Figure BDA0002814796610000073
其中，PSCref为超级电容所承担的输出功率参考值，PBATref为蓄电池所承担的输出功率参考值，ci为EEMD分解的模态分量，rn为分解得到imf的功率余量。
步骤八：控制器模块通过负荷数据采集单元采集柴油发电机主开关是否合闸和储能器件主开关是否合闸的信息，若开关状态与控制指令不一致，控制器模块通过故障报警模块进行报警；
步骤九：负荷采集器采集需求负荷，通过空调需求功率重构模块，控制空调设备负荷开关；考虑柴油发电机组并网；若总的负荷需求大于柴油发电机组储备功率PG、储能系统发出的功率PHess和光伏板发电功率PPV之和且超级电容和蓄电池均在正常充放电范围，则负荷投切选择器开始工作。
若总的负荷需求大于柴油发电机组储备功率PG、储能系统发出的功率PHess和光伏板发电功率PPV之和且超级电容和蓄电池均在正常充放电范围，负荷投切单元根据能量管理控制器发出指令，控制二级负荷和三级负荷投切。
基于一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统的控制步骤：
(1)空调负荷在某一时刻的总功率为：
Figure BDA0002814796610000074
Ps为空调总功率；Pi为第i个空调功率；ui为第i个空调设备的开关状态；
(2)假设船用空调负荷设备有M台，则空调设备编号可记为X＝[X1,X2,X3,…,XM]
对应的空调开关状态为U＝[u1,u2,u3,…,uM],其中，
Figure BDA0002814796610000075
(3)负荷需求总功率为Prequire＝Ps+Pnormal+Ppro，其中，Ps为空调设备需求总功率，Pnormal为船用日常负载总功率，Ppro为推进器的功率；
(4)根据步骤六所述，功率需求分配给超级电容和蓄电池承担的公式为：
Figure BDA0002814796610000081
Figure BDA0002814796610000082
其中，PSCref为超级电容所承担的输出功率参考值，PBATref为蓄电池所承担的输出功率参考值，ci为EEMD分解的模态分量，rn为分解得到imf的功率余量。
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
(1)启动电源，使各模块处于待机状态；
(2)控制器模块通过CAN/RS485模块接收来自于外接设备电力参数和采集器采集到的柴油发电机的相应参数，然后评估柴油发电机的发电功率和工作状态，同时通过负荷采集单元采集锂电池和超级电容的荷电状态；通过油耗仪采集柴油发电机的油耗；
(3)控制器模块通过以太网模块采集各级负荷的功率，并计算船舶负荷总功率需求；
(4)负荷采集单元实时采集蓄电池、超级电容的荷电状态；根据蓄电池和超级电容的荷电状态，柴油发电机组的运行状态通过数据处理单元经D0通道发出控制信号，智能控制负荷的投切、柴油发电机组投切、超级电容和蓄电池充放电模式；若超级电容和蓄电池荷电状态处于正常充放电范围，关闭柴油发电机；
(5)通过数据处理单元经D1通道发出控制信号，对空调负荷序列发出开关信号，智能控制舱内的温度，保持舱内始终处于最适温度，同时，根据当前功率需求情况，智能减少空调负荷。
(6)若超级电容和蓄电池的荷电状态其中有一个处于低电量状态，根据船舶负荷总需求大于柴油发电机的额定功率，应闭合发电机主开关，使得柴油发电机处于最大功率下运行；若船舶负荷总需求小于柴油发电机的额定功率，则应启动柴油发电机，给蓄电池或超级电容充电。
(7)修正船舶总体功率需求，对负荷总功率需求曲线经过EEMD分解，分解为n个IMF和一个余量rn；根据IMF分量判断k阶开始EEMD趋势发生剧烈变化，认定k为高频功率和低频功率的分界点；K为自适应调节模块产生的值；当超级电容和蓄电池荷电状态正常，则超级电容和蓄电池分别承担高频功率和低频功率负荷需求；
(8)控制器模块通过开关状态采集箱采集柴油发电机主开关是否合闸和光伏板和储能器件主开关是否合闸的数据信息，若开关状态与控制指令不一致，控制器模块通过故障报警模块进行报警；
(9)负荷采集器实时采集负荷变化情况，结合电力负荷储备裕量，考虑柴油发电机组并网；
步骤(6)中能量管理控制器的具体为：
(6.1)、根据数据采集单元采集到温湿度信息、数据存储单元采集到的空调开关状态和空调序列以及当前空调设备需求功率作为空调需求功率重构模型的输入信号；
(6.2)根据空调需求功率重构得到的空调设备输出功率，以及空调序列开关信号经D1通道发出，控制空调设备序列开关；
(6.3)、根据读取数据存储单元的负荷功率以及空调需求功率重构信号作为负荷需求功率计算模块的输入信号；
(6.4)、在蓄电池和超级电容正常荷电状态范围内，根据当前负荷计算得到的总功率需求数据转化为负荷功率需求曲线，根据模态分解的方法，得到不同时刻的滤波阶数K，根据K值的不同，产生不同输出功率要求值Pbatref,Pscref；
(6.5)、根据负荷数据采集器采集负荷端总的功率需求大于储能系统所能维持的正常荷电状态时(正常荷电状态下，超级电容荷电状态应大于0.2，蓄电池荷电状态应大于0.2，启动柴油发电机给全船供电；
步骤(9)中负荷投切选择器的具体为：
(9.1)若总的负荷需求大于柴油发电机组储备功率PG、储能系统发出的功率PHess和光伏板发电功率PPV之和且超级电容和蓄电池均在正常充放电范围，
PL>PS＝PG+PHess+PPV
(9.2)当
Figure BDA0002814796610000091
则根据在网运行的三级负荷大小作升序排序，编号分别为L31,L32,L33,…,L3n，切除0～50％的三级负荷容量，并按照多切少补的形式从编号1开始切除；
(9.3)当
Figure BDA0002814796610000101
则根据在网运行的二级负荷按照优先级升序编号，编号分别为L21,L22,L23,…,L2n，切除全部的三级负荷，并按照多切少补的形式从编号1开始切除二级负荷；
待功率需求由峰值降到平稳状态且储能系统SOC达到80％时，柴油发电机有序退出，已切除负荷按照先退后投的原则，逐个投入负荷；
进一步的所述负荷采集单元实时采集蓄电池、超级电容的荷电状态；
若发电机组故障，则应全部切除部分负荷，保护一级负荷正常运行；待故障解除，按照部分负荷优先级投入原则有序投入，保证系统稳定；
进一步的所述负荷数据采集单元采集蓄电池和超级电容的荷电状态，防止超级电容和蓄电池过充和过放，保护蓄电池和超级电容的使用寿命。
按照上述方案，所述以太网模块以及CAN/RS485模块作为现场通信方式，控制器模块通过接收通信传输信息增强船舶的柴油发电机与负荷需求之间的联系，便于设备的综合管理；以太网模块通过负荷数据采集模块及时采集到负荷与能源的开关状态，当控制器发出的开关指令与采集到的开关状态出现冲突时，向控制器传输指令及时报警，减小船舶的故障威胁；控制器模块处理以太网模块和CAN/RS485模块传输的数据，并通过能量管理控制器传输控制指令控制各负荷、超级电容和蓄电池、柴油发电机的开关，将船舶的功率需求与发电功率联系起来，进一步增强了设备管理的综合性与智能化。
有益效果：
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明考虑到船上工作环境的恶劣，为了保障船舱内部环境的舒适度最优准则，合理调控空调设备的输出功率；同时，在大负载情况下，能够对空调设备进行重新排序，合理控制各空调设备输出功率的开关，有效减少功率波动给重要负荷带来的影响；
(2)本发明在电力负荷容量储备不足时，通过负荷需求状况判断部分负荷切除的原则，优先切除该段负荷；同时，通过控制器启动柴油发电机组并网，维持全船正常工作；根据船舶实时负载变化状况，在保证系统稳定性的同时，可以安全有序的投入和退出，既可以缩减运行成本，又能节能减排；
(3)本发明对于多能源船舶进行控制，若发电机未能正常工作或主开关未能正常合闸，控制器能及时切除部分负荷，同时发出报警信息。待故障解除或电力系统容量充足时，将切除负荷自动恢复。可有效避免船舶较大的电压波动，甚至是断电；
(4)本发明通过负荷数据采集单元实时采集锂电池和超级电容荷电状态信息，在正常荷电状态范围下，通过储能系统能量管理控制器信号处理，智能分配超级电容和蓄电池所承担的功率，该分配方法既保证了船舶直流母线的稳定又有效减少了储能元件的充放电次数，极大的保护了超级电容和蓄电池的使用寿命。
以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统，其特征在于：包括数据处理单元、数据通讯单元和数据采集单元以及数据存储单元，所述数据采集单元包括温度传感器、湿度传感器、风速风向仪、油耗仪、光伏功率测量、故障报警器以及状态显示面板，所述数据采集单元是用于采集电网参数、柴油机运行参数和舱内工作环境参数，所述数据通讯单元包括以太网模块和RS485/CAN模块，所述数据处理单元是用于将数据采集单元采集到的参数进行处理，为能量管理控制和空调需求功率重构模块一级负荷需求功率计算模块使用，所述数据存储单元用于存储数据采集单元采集的历史数据和当前采集数据，以供数据处理单元使用。
2.根据权利要求1所述的一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统，其特征在于：数据采集器将采集到的数据经CAN/RS485传输至数据存储单元，将各个储能设备、光伏板、柴油发电机的开关状态经以太网模块数据处理传输至控制器模块，控制器模块通过采集到的信息综合处理，根据数据处理信息判断设备故障并发出故障信号至故障报警模块，数据处理器空调需求功率重构算法和能量管理控制策略，发出开关控制信号给超级电容、蓄电池、柴油发电机组以及负荷投切单元。
3.根据权利要求2所述的一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统，其特征在于：控制器模块通过数据存储单元处理得到相应参数，评估柴油发电机的工作状态和发电功率。
4.根据权利要求1所述的一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统，其特征在于：所述能量管理控制过程包含以下步骤：
步骤一：空调与船舶建筑物结构相关，其具有一定的热储备能力，把空调—船舶建筑系统等效为储能装置整合到现有的能量管理控制体系中，根据采集到的温湿度数值，通过空调需求功率重构模块对当前所处的舱内环境，输出最优空调功率；
步骤二：根据得到的负荷数据、空调负荷功率和光伏发电功率作为功率模型输入数据；
步骤三：建立负荷需求功率计算模型，结合光伏发电功率、超级电容和蓄电池的剩余容量以及空调运行功率、日常负载和推进器负载计算负载需求功率；
步骤四：根据空调负荷重构的需求功率，对空调设备序列发出控制信号，控制部分空调设备的开关；
步骤五：在蓄电池和超级电容正常荷电状态范围内，将负荷需求值转化为负荷功率需求曲线，根据模态分解的方法，得到不同时刻的滤波阶数K，根据K值的不同，产生不同输出功率要求值Pbatref,Pscref；
步骤六：修正船舶总体功率需求，对负荷总功率需求曲线经过EEMD分解，分解为n个IMF和一个余量rn；根据IMF分量判断k阶开始EEMD趋势发生剧烈变化，认定k为高频功率和低频功率的分界点；超级电容和蓄电池分别承担高频功率和低频功率负荷需求并根据历史充放电功率配置超级电容和蓄电池的容量；
步骤七：修正船舶总体功率需求，对负荷总功率需求模态分解，按照高频特性和低频特性分配负荷需求功率给超级电容和蓄电池承担；功率需求分配给超级电容和蓄电池承担的公式为
Figure FDA0002814796600000021
步骤八：控制器模块通过负荷数据采集单元采集柴油发电机主开关是否合闸和储能器件主开关是否合闸的信息，若开关状态与控制指令不一致，控制器模块通过故障报警模块进行报警；
步骤九：负荷采集器采集需求负荷，通过空调需求功率重构模块，控制空调设备负荷开关；考虑柴油发电机组并网；若总的负荷需求大于柴油发电机组储备功率PG、储能系统发出的功率PHess和光伏板发电功率PPV之和且超级电容和蓄电池均在正常充放电范围，则负荷投切选择器开始工作。
5.根据权利要求1所述的一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统，其特征在于：若总的负荷需求大于柴油发电机组储备功率PG、储能系统发出的功率PHess和光伏板发电功率PPV之和且超级电容和蓄电池均在正常充放电范围，负荷投切单元根据能量管理控制器发出指令，控制二级负荷和三级负荷投切。
6.一种根据权利要求1至5的所述的基于一种基于光柴混合储能的船舶能量管理控制系统的控制步骤，其特征在于：
(1)空调负荷在某一时刻的总功率为：
Figure FDA0002814796600000022
Ps为空调总功率；Pi为第i个空调功率；ui为第i个空调设备的开关状态；
(2)假设船用空调负荷设备有M台，则空调设备编号可记为X＝[X1,X2,X3,…,XM]
对应的空调开关状态为U＝[u1,u2,u3,…,uM],其中，
Figure FDA0002814796600000031
(3)负荷需求总功率为，其中，Ps为空调设备需求总功率，Pnormal为船用日常负载总功率，Ppro为推进器的功率；
(4)根据步骤六所述，功率需求分配给超级电容和蓄电池承担的公式为：
Figure FDA0002814796600000032
Figure FDA0002814796600000033
其中，PSCref为超级电容所承担的输出功率参考值，PBATref为蓄电池所承担的输出功率参考值，ci为EEMD分解的模态分量，rn为分解得到imf的功率余量。
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