[發明專利]一種能應對船舶混合動力電能轉換器的高效控制策略

有效

• 申請號: 202110056109.7
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112803726B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 景華;朱建忠
• 申請（專利權）人: 江蘇海事職業技術學院
• 主分類號: H02M1/084
• 分類號: H02M1/084;H02M7/5387
• 代理公司: 南京源古知識產權代理事務所(普通合伙) 32300
• 代理人: 鄭宜梅

本發明公開了一種能應對船舶混合動力電能轉換器的高效控制策略，包括：根據預設的電流參考設定值和系統參數的標稱值，計算出期望占空比；將期望占空比作用于有限開關集S得到調制后的有限開關集D；將采樣得到的當前電流值輸入預測模型，得到電流的預測值；將有限開關集D的7個開關序列依次帶入到預測模型，計算出每個開關序列作用下的電流輸出值，并將該電流值帶入到代價函數中計算出代價函數值，通過比較所有7個代價函數值，直至找到使得代價函數最小的開關序列，最終將最小的開關序列作用于開關管實現電流的跟蹤控制目標。本發明具有自適應能力能有效抑制傳統FCS?MPC在低負荷負載時出現的輸出波形畸變以及頻率不固定問題。

技術領域

本發明涉及船舶電氣控制領域，具體涉及一種能應對船舶混合動力電能轉換器的高效控制策略。

背景技術

為應對全球日益嚴苛的環境要求以及綠色可持續發展的要求，各種新能源技術，如太陽能、風能、燃料電池、超級電容等在船舶電力系統中的利用越來越充分。因此能夠同時滿足船舶推進系統需要、供電需要的先進控制策略的設計非常重要。圖1給出了一種船舶混合電力系統方案的框圖，又圖中不難看出，對于整個混合電力系統來說DC/AC模塊即直流轉換成交流的模塊很為關鍵，選擇其合適的控制策略可以提升整個混合電力系統的控制性能。

基于多目標的模型預測控制策略已在多個領域得到應用，但在電氣系統中應用尚處于早期階段。因為模型預測控制的計算負荷較大，而電氣系統以其快速的動態響應特性需求阻礙了模型預測控制在該領域的發展。由Jose Rodriguez等人提出的有限集模型預測控制(FCS-MPC,Finite control set MPC)解決了計算負荷大等問題，拓展了預測控制在電氣領域的應用，特別是以電力電子器件為驅動單元的整流、逆變場合。但該方法存在尚存在兩大問題亟待解決，其一，低負荷輸出電流波形的諧波較大；其二，器件開關頻率不固定。

發明內容

1.所要解決的技術問題：

針對上述現有技術中的問題，本發明提出了具有自適應能力的有限集模型預測控制。該控制策略在每一個控制周期中，將固定的高低脈沖輸出調整成隨負荷設定值自適應變化的脈寬方波，在實施過程中，充分考慮系統參數不確定的影響，將有限集輸入矢量電壓加以放大，該方法能有效抑制傳統FCS-MPC在低負荷負載時出現的輸出波形畸變以及頻率不固定問題。

2.技術方案：

一種能應對船舶混合動力電能轉換器的高效控制策略，應用于船舶混合動力的DC/AC電能轉換，實現開關管的高效控制，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：根據預設的電流參考設定值和系統參數的標稱值，計算出期望占空比所述系統參數的標稱值包括負載電感L和負載電阻R；計算期望占空比的具體過程包括步驟S11至S12。

S11：將DC/AC逆變器的數學表達式進行旋轉坐標變換，得到轉換角為θ的dq坐標下數學模型：其中DC/AC逆變器的數學表達式見下式(1)；

(1)式中，v_no(t)為公共端電壓；Vdc為直流母線電壓；R為負載等效電阻；L為負載等效電感；i_x為單相x的電流輸出值；s_x為x相輸入開關值，隸屬于有限開關集S；所述有限開關集S具體為：

dq坐標下數學模型見下式(2)；

(2)式中，i_dq為電流i_x的dq變換值；s為開關輸入狀態值，s∈S；A為系統矩陣，B為系統輸入矩陣，M_T為轉換矩陣，A、B以及M_T分別取值為：

上式A的系統矩陣中的w為旋轉角頻率。