THỰC HIỆN CHIẾN LƯỢC CẮT ĐỈNH TẢI DỰA TRÊN THUẬT TOÁN FUZZY-PID CHO TÀU DỊCH VỤ ĐIỆN GIÓ NGOÀI KHƠI

Tóm tắt

Bài báo nghiên cứu chiến lược cắt đỉnh tải nhằm tối ưu hóa vận hành hệ thống điện hybrid trên tàu dịch vụ điện gió ngoài khơi. Điểm mới của nghiên cứu là việc đề xuất bộ điều khiển Fuzzy-PID tự thích nghi để quản lý hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS), thay thế cho các bộ điều khiển PID truyền thống có thông số cố định vốn khó đáp ứng với các đặc tính tải phi tuyến. Trong môi trường biển thực tế, phụ tải tàu thủy biến động ngẫu nhiên do tác động của hệ thống định vị động (DP) và thiết bị nâng hạ. Bộ điều khiển đề xuất sử dụng Logic mờ để tinh chỉnh trực tuyến các thông số của bộ điều khiển PID dựa trên sai số công suất thực tế. Cơ chế này cho phép BESS phản hồi linh hoạt để hấp thụ các dao động công suất tần số cao, giúp máy phát điện luôn duy trì làm việc ổn định tại điểm vận hành tối ưu. Nghiên cứu cũng tích hợp các ràng buộc an toàn nghiêm ngặt về trạng thái sạc/xả (SoC) để bảo vệ tuổi thọ pin và ngăn ngừa mất điện lưới. Kết quả mô phỏng trên MATLAB/Simulink qua bốn kịch bản đặc trưng — bao gồm chế độ DP, tải đỉnh đột ngột, sự cố máy phát và tải thấp — đã khẳng định tính hiệu quả của thuật toán. Bộ điều khiển đề xuất giúp tiết kiệm nhiên liệu ước tính 8–12% và loại bỏ hoàn toàn các vi phạm giới hạn vận hành của máy phát. 

Abstract

The paper investigates a peak shaving strategy aimed at optimizing the operation of hybrid power systems on offshore wind service vessels. The core novelty of this research is the proposal of a self-tuning Fuzzy-PID controller to manage the Battery Energy Storage System (BESS), replacing traditional fixed-parameter PID controllers that struggle to respond to nonlinear load characteristics. In real-world maritime environments, vessel loads fluctuate randomly due to the impact of Dynamic Positioning (DP) systems and lifting equipment. The proposed controller utilizes Fuzzy Logic to adaptively tune PID parameters online based on real-time power errors. This mechanism allows the BESS to respond flexibly, absorbing high-frequency power fluctuations and ensuring the diesel generator maintains stable operation at its optimal loading point. The study also integrates strict safety constraints regarding the State of Charge (SoC) to protect battery lifespan and prevent blackouts. Simulation results on the MATLAB/Simulink platform across four characteristic scenarios—including DP mode, sudden peak loads, generator failure, and low-load conditions—confirm the effectiveness of the algorithm. The proposed controller achieves an estimated fuel saving of 8–12% and completely eliminates operational limit violations for the generator.

Keywords: Peak Shaving, Fuzzy Logic Controller, PID Controller, BESS.