[发明专利]一种基于无模型自适应控制的船舶微电网二次调频方法

说明书

本发明公开了一种基于无模型自适应控制的船舶微电网二次调频方法，涉及微电网控制技术领域。其步骤包括：采集船舶微电网虚拟同步发电机输出频率；根据频率计算虚拟同步发电机的输出角频率；建立船舶微电网虚拟同步发电机转子运动方程并进行离散化处理；进行动态线性化处理并获得数据模型；计算角频率伪偏导数估计率；设计角频率无模型自适应控制器；通过无模型自适应控制改进虚拟同步发电机控制实现船舶微电网二次调频，动态调节船舶虚拟同步发电机的虚拟输入机械功率。本发明优化了船舶微电网频率调节的响应速度，有利于改善复杂海况下船舶微电网在孤岛模式下由于负荷投切导致的频率偏移越限问题。

技术领域

本发明属于微电网控制技术领域，尤其涉及一种基于无模型自适应控制的船舶微电网二次调频控制方法。

背景技术

随着全球能源危机和环境污染的日益严重，清洁能源的开发利用受到了广泛的关注，尤其是能够将分布式发电结合起来的微电网技术，能够解决分布式发电不可调度的问题，在更好的整理资源的同时也能够提高其可控性与可靠性。航运业作为交通产业的重要成员,对其节能减排的研究受到人们的广泛关注。在过去几十年中船舶主要电力来源于大功率的船舶柴油发电机，但是，由于船舶运行环境恶劣，劣质重油品质较差污染严重，控制机构复杂等因素的影响，传统发电机有一定的应用局限性。未来为了满足船舶对能源在环保、可靠、低成本等方面的要求，可再生新能源的分布式发电装置在船舶上的使用必将成为航运业的发展趋势。

分布式能源一般多采用大功率电力电子器件逆变并网。由于电力电子器件自身反应迅速，受外界扰动的影响较大，抗扰动能力低的性质，不能保证输出电能质量。将这样的电能输送至到电网，会严重污染大电网，甚至使大电网崩溃造成严重的后果。电能质量比较重要的指标就是电压幅值和频率，因此保证两者参数的稳定尤为重要。针对这一点，钟庆昌教授提出虚拟同步发电机技术，该方法主要通过控制逆变器模拟传统同步发电机对外输出特性。具体来讲，就是运用算法得出与同步发电机有功调频、无功调压以及转子运动方程类似的数学模型，使逆变器具有能够仿照同步发电机输出特性的能力。这样可以确保分布式电源在抗扰动和稳定性方面有一定的改善，减少对电网的冲击。

相比于陆地电网，船舶微电网的负荷容量相对较大，同时在广域海况下，由于海况较为复杂，常会有大负荷投切等复杂运行情况的出现，此时系统频率将会存在偏移越限问题，并且传统虚拟同步发电机频率调节的响应速度较慢。因此，如何保证频率下移在一定的范围内，提高电能质量，实现频率调节的快速响应，维持船舶微电网的稳定运行，制定一套实用性好又极具经济性的微电网控制方案成为了研究的主要方向。

目前关于虚拟同步发电机的二次调频方法主要有：钟庆昌教授等人提出的改进下垂系数法，依据微电网的总体功率实时功率流向和容量缺额，通过算法自动调节下垂系数。但是该方法存在运算量大和复杂程度高的问题；兰州交通大学杨祯等人提出了基于二次调频的孤岛微电网自适应旋转惯量控制策略，在旋转惯量控制中引入角频率偏移量和变化率形成自适应惯量控制，减少系统在负荷扰动时的超调量和振荡时间，但是此方法依旧存在运算量大、系统复杂程度高的问题，很难应用于船舶微电网中；重庆大学李斌等人提出了将PI环节引入调频单元实现无差调频，但由于PID运用“基于误差来消除误差”的思想，使得系统频率存在小幅度振荡，无法满足敏感负荷对频率的需求。无模型自适应控制是1994年侯忠生教授在其博士论文中提出，是一种典型的数据驱动控制方法，该方法使用了一种新型动态线性化方法通过利用受控系统的I/O数据在线估计系统的伪偏导数或为梯度，然后设计加权一步向前的控制器，进而实现非线性系统数据驱动无模型自适应控制。与传统的自适应控制相比，无模型自适应控制具备以下特点：控制器仅需要受控系统的I/O数据，不需要任何模型的信息，非常适合应用于工业控制领域。其次，无模型自适应控制计算量小、结构简单、鲁棒性高，是一种低成本的控制器。此外，无模型自适应控制方法可以实现带有参数变化和结构参数变化的非线性系统的自适应控制。