Online Optimization of a Hybrid Electric Marine Power Plant Using Mixed Integer Linear Programming

Denne masteroppgaven presenterer et litteraturstudie om temaene hybrid-elektriske kraft- og fremdriftssystemer og optimalisering og regulering av hybride kraftsystemer. Komponenter, karakteristikker og reguleringslag ved hybrid-elektriske kraft- og fremdriftssystemer blir beskrevet, og flere optimaliserings- og reguleringsmetoder for hybride kraftsystemer utforskes. En optimaliseringsmetode ved bruk av MILP utforskes, og en MILP-formulering for allokerings- og lastfordelingsproblemet for et marint kraftsystem blir presentert. Dette resulterer i en MILP optimaliseringsalgoritme som blir implementert i Matlab. MILP optimaliseringsalgoritmen kan optimalisere kraftsystemet med hensyn til flere optimaliseringsmål, inkludert å minimere online kapasitet, kjøretid for generatorsett og antall tilkoblinger/frakoblinger av generatorsett. Den foreslåtte optimaliseringsalgoritmen blir verifisert i Matlab ved å optimalisere et forenklet marint kraftsystem med et deterministisk lastprofil. MVPPSS studeres og presenteres, slik at en simuleringsmodell av marine kraftsystemer kan lages. Videre blir MILP optimaliseringsalgoritmen implementert i MVPPSS. Dette gir muligheter for å inkludere et online optimaliseringslag i en simuleringsmodell i MVPPSS, og gjør det mulig å optimalisere en simuleringsmodell av et marint kraftsystem. Et casestudie blir gjennomført, der tre ulike marine kraftsystemer med samme realistiske lastprofil blir sammenlignet. De tre kraftsystemene blir simulert i fixed konfigurasjon (det vil si alle generatorsett er tilkoblet gjennom hele simuleringen og det er ingen kraftregulering av generatorsett i modellen) og ikke-fixed konfigurasjon (det vil si generatorsett blir tilkoblet/frakoblet og regulert ved bruk av optimale settpunkt beregnet av optimaliseringsalgoritmen). De marine kraftsystemene blir sammenlignet ved å bruke valgte ytelsesindikatorer, og et optimalt design for et marint kraftsystem med det gitte lastprofilet blir foreslått. Sammenligningen gir en foreslått konfigurasjon av kraftsystemet bestående av seks generatorsett og ett batteri. Simuleringene viser at alle tre kraftsystemer opplever en reduksjon i drivstofforbruk i ikke-fixed konfigurasjon vs fixed konfigurasjon. Dette indikerer at den utviklede optimaliseringsalgoritmen reduserer drivstofforbruket til marine kraftsystemer. Casestudiet demonstrerer muligheten for å bruke MILP optimaliseringsalgoritmen som et ledd i optimale designformål, i tillegg til å bruke den som online optimalisering av et marint kraftsystem