一种靠港商船微电网虚拟直流电机无模型自学习控制方法技术

本发明专利技术提供了一种靠港商船微电网虚拟直流电机无模型自学习控制方法，以改善靠港商船岸电接入下船舶微电网直流母线电压的稳定性，包括以下步骤：采集船舶微电网直流母线电压，建立船舶虚拟直流电机模型并对电枢方程进行离散化处理；建立虚拟直流电机输入转动惯量和输出直流母线电压相关的紧格式局部线性化数据模型；设计转动惯量无模型自学习控制器并根据输入输出数据计算伪偏导数；设计转动惯量的自适应调节；通过控制船舶微电网Buck/Boost变换器模拟直流发电机外特性稳定直流母线电压。本发明专利技术在有效抑制靠港商船岸电接入下由于负载投切与新能源出力变化导致的船舶微电网直流母线电压波动的同时也优化了船舶微电网直流母线电压调节的动态响应速度。流母线电压调节的动态响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种靠港商船微电网虚拟直流电机无模型自学习控制方法


[0001]本专利技术属于港口能源控制
，尤其涉及一种靠港商船微电网虚拟直流电机无模型自学习控制方法。

技术介绍

[0002]绿色港口通过建立太阳能光伏、风力、氢燃料、储能供电和LNG等新能源与岸电相连的港口船舶微电网，推动港口绿色低碳循环发展。与陆地微电网不同，船舶靠港岸基供电下控制机构复杂、电源类型繁多、负载类型多为电机负载且负载投切频繁。由于微电网直流电力电子变换器件运行时缺少惯性和阻尼，新能源发电的间歇性特点与船载克令吊等大功率设备等的频繁使用易引起船舶微电网母线电压波动与振荡，甚至造成船舶微电网失稳。通过控制技术使船舶微电网直流电力电子变换器具备阻尼与惯性，可以增加船舶微电网的稳定性。因此对于船舶微电网直流电力电子变换器的控制问题成为了相关领域学者研究重点。
[0003]为解决新能源发电与负载的随机波动引起的直流母线电压的波动，长沙理工大学黄頔、樊绍胜等人提出了一种虚拟直流电机控制技术，通过将直流发电机的机械方程与电枢方程应用到控制算法当中，模拟直流发电机的惯量特性与阻尼特性，使得在新能源发电波动以及负荷突变时微电网直流母线电压仍能保持稳定。但是该方法采用固定旋转惯量，未实现对参数的灵活控制，导致电压调节动态特性较差，很难应用于负载频繁投切的船舶微电网中；大连海事大学张勤进等人提出了一种基于参数自适应的直流微源虚拟发电机控制方法，通过将PI环节引入转动惯量参数的设计，给出了转动惯量自适应调节方程，实现了虚拟直流发电机转动惯量的自适应调节，提升了微电网系统电压调节动态响应速度。但由于PID控制由于误差积分反馈的引入，使得微电网系统电压控制过程容易出现振荡，无法满足船舶微电网敏感负载对直流母线稳定电压的需求。无模型自学习控制是一种数据驱动控制方法，通过利用紧格式动态线性化方法处理受控系统的输入输出数据，将其转换成带有非线性项的线性仿射数据模型。无模型自学习控制方法包括对时变线性参数的自适应估计算法和对不确定项的时间差分估计算法，仅利用受控系统的在线输入输出数据进行控制器设计，不需要任何的模型信息，具有较强的鲁棒性，非常适合应用于具备非线性、模型结构未知的港口能源控制

[0004]基于以上分析，本专利技术提出了一种靠港商船微电网虚拟直流电机无模型自学习控制方法，该方法仅利用船舶直流微电网虚拟直流发电机控制系统的输入输出数据，通过无模型自学习控制算法改进虚拟直流发电机实现转动惯量的自适应调整，进而改善靠港商船岸电接入下因负载投切与新能源出力变化导致的船舶微电网电压波动问题，并且具备电压调节动态响应速度快的优点，提高了船舶微电网的稳定性。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术旨在提供了一种靠港商船微电网虚拟直流电机无模型自学习控
制方法，该方法采用无模型自学习控制改进虚拟直流发电机控制，设计转动惯量的自适应调整控制算法，动态调节虚拟直流发电机控制中的转动惯量，通过控制船舶微电网Buck/Boost变换器模拟直流发电机外特性稳定直流母线电压。优化了船舶微电网直流母线电压调节的动态响应速度，将电压波动限制在安全范围内进而改善靠港商船岸电接入下因船舶微电网负载投切与新能源出力变化导致的直流母线电压波动问题。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0007]S1:采集船舶微电网直流母线电压，建立船舶虚拟直流电机模型并对电枢方程进行离散化处理；
[0008]S2:建立虚拟直流电机输入转动惯量和输出直流母线电压电压相关的紧格式局部线性化数据模型；
[0009]S3:设计转动惯量无模型自学习控制器并根据输入输出数据计算伪偏导数；
[0010]S4:设计转动惯量的自适应调节；
[0011]S5:通过控制船舶微电网Buck/Boost变换器模拟直流发电机外特性稳定直流母线电压；
[0012]进一步，步骤S1中，所述采集船舶微电网直流母线电压，建立船舶虚拟直流电机模型并对电枢方程进行离散化处理具体包括：模拟直流发电机输出外特性通过建立虚拟直流电机模型实现。
[0013](1)虚拟直流发电机的机械方程为：
[0014][0015]其中，
[0016]ω
e
＝ωp，ω表示实际机械角速度；ω
n
表示额定电角速度；J是转动惯量；D表示阻尼系数；T
m
是机械转矩；T
e
为电磁转矩；ω
e
表示实际电角速度；p为发电机极对数；电磁功率P
e
＝EI
a
；E是电枢电动势；I
a
为电枢电流；
[0017]虚拟直流发电机的电枢方程为：
[0018][0019]其中，
[0020]R
a
为电枢电阻；C
T
为转矩系数；Φ为磁通；U表示微电网直流母线电压；
[0021](2)结合虚拟直流发电机的机械方程对电枢方程进行离散化处理：
[0022][0023]其中，
[0024]J(t)表示t时刻的转动惯量；U(t)表示t时刻的微电网直流母线电压；U(t+1)表示t+1时刻的微电网直流母线电压；
[0025]更进一步，步骤(2)的离散化电枢方程满足：
[0026]方程关于J(t)的偏导数存在且连续；
[0027]该方程满足广义Lipschitz条件，即给定任意U(t1)≠U(t2)(t1≠t2且t1,t2≥0)，可以得到|J(t1+1)
‑
J(t2+1)|≤m|U(t1)
‑
U(t2)|，其中，m是一个正常数；
[0028]进一步，步骤S2中，所述建立虚拟直流电机输入转动惯量和输出电压相关的紧格式局部线性化数据模型具体包括：
[0029]建立离散时间非线性系统如下：
[0030]U(t+1)＝f(U(t),
…
,U(t
‑
n
U
),J(t),
…
,J(t
‑
n
J
))；
[0031]其中，U(t)表示t时刻的船舶直流微电网电压，J(t)表示t时刻的转动惯量，分别表示t时刻系统的输入和输出；n
U
和n
J
是两个未知的正整数；f(
…
)是未知非线性函数；
[0032]利用传统无模型自适应算法对该系统进行分析，考虑系统的下一时刻船舶直流微电网电压变化量与之前时刻的转动惯量变化量有关，得到：
[0033]非线性函数f(
…
)存在对于系统输入变量J(t)的连续偏导数；
[0034]非线性系统满足广义Lipschitz条件，即给定任意U(t1)≠U(t2)(t1≠t2且t1,t2≥0)，可以得到|J(t1+1)
‑
J(t2+1)|≤m|U(t1)
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种靠港商船微电网虚拟直流电机无模型自学习控制方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：S1:采集船舶微电网直流母线电压，建立船舶虚拟直流电机模型并对电枢方程进行离散化处理；S2:建立虚拟直流电机输入转动惯量和输出直流母线电压相关的紧格式局部线性化数据模型；S3:设计转动惯量无模型自学习控制器并根据输入输出数据计算伪偏导数；S4:设计转动惯量的自适应调节；S5:通过控制船舶微电网Buck/Boost变换器模拟直流发电机外特性稳定直流母线电压。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中，所述采集船舶微电网直流母线电压，建立船舶虚拟直流电机模型并对电枢方程进行离散化处理具体包括：(1)模拟直流发电机输出外特性通过建立虚拟直流电机模型实现。虚拟直流发电机的机械方程为：其中，ω
e
＝ωp，ω表示实际机械角速度；ω
n
表示额定电角速度；J是转动惯量；D表示阻尼系数；T
m
是机械转矩；T
e
为电磁转矩；ω
e
表示实际电角速度；p为发电机极对数；电磁功率P
e
＝EI
a
；E是电枢电动势；I
a
为电枢电流；虚拟直流发电机的电枢方程为：其中，R
a
为电枢电阻；C
T
为转矩系数；Φ为磁通；U为船舶微电网直流母线电压；(2)结合虚拟直流发电机的机械方程对电枢方程进行离散化处理：其中，J(t)表示t时刻的转动惯量；U(t)表示t时刻的微电网直流母线电压；U(t+1)表示t+1时刻的微电网直流母线电压；该离散化电枢方程满足：方程关于J(t)的偏导数存在且连续；该方程满足广义Lipschitz条件，即给定任意U(t1)≠U(t2)(t1≠t2且t1,t2≥0)，可以得到|J(t1+1)
‑
J(t2+1)|≤m|U(t1)
‑
U(t2)|，其中，m是一个正常数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中，建立虚拟直流电机输入转动惯量和输出直流母线电压相关的紧格式局部线性化数据模型具体包括：建立离散时间非线性系统如下：U(t+1)＝f(U(t),
…
,U(t
‑
n
U
),J(t),
…
,J(t
‑
n
J
))；其中，U(t)表示t时刻的微电网直流母线电压，J(t)表示t时刻的转动惯量，分别表示t时刻系统的输入和输出；n
U
和n
J
是两个未知的正整数；f(
…
)是未知非线性函数；利用传统无模型自适应算法对该系统进行分析，考虑系统的下一时刻船舶微电网直流母线电压变化量与之前时刻的转动惯量变化量有关，得到：非线性函数f(
…
)存在对于系统输入变量J(...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚文龙，裴春博，池荣虎，邵巍，李博洋，张明卓，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：