本發(fā)明涉及新能源及節(jié)能，特別是涉及一種廣義噪聲下船舶交流微電網(wǎng)的分布式包含控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著國際海運(yùn)的發(fā)展，船舶已成為全球貿(mào)易和運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ?，航運(yùn)業(yè)承擔(dān)著超過全球80％貿(mào)易往來的運(yùn)輸工作。常規(guī)船用燃料主要是重油和柴油，其燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳等污染物。雖采用了許多碳捕獲和減排措施，但仍達(dá)不到徹底解決污染。因此，將電力推進(jìn)系統(tǒng)集成到船舶中，使推進(jìn)負(fù)載和其他負(fù)載都由電力驅(qū)動(dòng)，并全面開發(fā)船上的新能源電力驅(qū)動(dòng)，以徹底解決污染。但是對(duì)于現(xiàn)有的燃料發(fā)動(dòng)機(jī)船舶，為平衡經(jīng)濟(jì)利益和環(huán)境保護(hù)，通常對(duì)現(xiàn)有的傳統(tǒng)船舶進(jìn)行新能源改造。在實(shí)際對(duì)船舶改造的過程中，單一的新能源發(fā)電機(jī)無法承擔(dān)船舶全部的用電需求，通常需要多種新能源(如燃料電池、光伏陣列等)作為分布式發(fā)電機(jī)被集成到船舶已有的交流微電網(wǎng)中。并且實(shí)際運(yùn)行中，船舶電力系統(tǒng)存在各種干擾，例如，在有限的空間電子設(shè)備之間存在電磁干擾，分布式計(jì)算設(shè)備的通信和計(jì)算噪聲等干擾，以及海洋環(huán)境對(duì)船舶微電網(wǎng)(shipboard?microgrid，簡(jiǎn)稱smg)數(shù)據(jù)的采集的干擾。此時(shí)，如何為需要高質(zhì)量電能的微電網(wǎng)的負(fù)載側(cè)(電力推進(jìn)系統(tǒng)、以及一些在不同的電壓水平下工作的負(fù)荷，如雷達(dá)、照明系統(tǒng)和生活用電)，提供穩(wěn)定電能成為關(guān)鍵。受天氣，航線等影響，在船舶微電網(wǎng)中，各發(fā)電機(jī)供電和負(fù)載耗電容易突然產(chǎn)生變化。

2、現(xiàn)有的船舶交流微電網(wǎng)技術(shù)，通常關(guān)注綜合能源管理問題，以實(shí)現(xiàn)混合新能源發(fā)電機(jī)的能量調(diào)度和潮流簡(jiǎn)單的平均或按比例分配，無法根據(jù)微電網(wǎng)當(dāng)下需求，對(duì)分布式發(fā)電機(jī)輸出狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足負(fù)載側(cè)供電需求。

3、因此，需要一種廣義噪聲下保證各分布式發(fā)電機(jī)穩(wěn)定且靈活供電的交流微電網(wǎng)控制策略。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種廣義噪聲下船舶交流微電網(wǎng)的分布式包含控制方法，解決了將多種新能源發(fā)電機(jī)并入船舶交流微電網(wǎng)中電力系統(tǒng)存在噪聲和無法靈活調(diào)節(jié)各節(jié)點(diǎn)電壓的問題。

2、為此，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、一種廣義噪聲下船舶交流微電網(wǎng)的分布式包含控制方法，包括：

4、將新能源發(fā)電機(jī)通過逆變器作為分布式發(fā)電機(jī)集成到船舶交流微電網(wǎng)中，建立多模態(tài)船舶交流微電網(wǎng)的控制模型；

5、模型通過下垂策略作為一次控制調(diào)節(jié)分布式發(fā)電機(jī)電壓和頻率，并完成功率分配；由控制系統(tǒng)采用分布式包含策略，通過控制器增益調(diào)節(jié)一次控制所帶來的電壓和頻率的偏差；

6、所述分布式包含控制策略包括：

7、制定廣義噪聲下的包含控制協(xié)議：

8、

9、其中，表示每個(gè)分布式發(fā)電機(jī)的參考信息，vnk＝[wnk(t),vnk(t)]t表示每個(gè)分布式發(fā)電機(jī)的狀態(tài)、表示噪聲強(qiáng)度、ζij表示廣義噪聲，cv為控制器增益；

10、利用廣義噪聲下的包含控制協(xié)議，獲得噪聲強(qiáng)度矩陣以及廣義噪聲下分布式發(fā)電機(jī)的輸出狀態(tài)；

11、通過包含誤差調(diào)節(jié)分布式包含控制策略的控制器增益，使其在廣義噪聲下滿足nos穩(wěn)定條件；

12、所述制定廣義噪聲下的包含控制協(xié)議，包括：

13、所述分布式發(fā)電機(jī)電壓、頻率和功率信息作為包含控制的輸入；

14、制定無噪聲時(shí)包含控制協(xié)議；

15、將船舶微電網(wǎng)在運(yùn)行中受到干擾的影響，描述為廣義噪聲。

16、進(jìn)一步地，所述多模態(tài)船舶交流微電網(wǎng)的控制模型，包括：

17、面向用戶端的服務(wù)層，包括數(shù)據(jù)監(jiān)控和能源管理；

18、控制層，實(shí)現(xiàn)控制策略與各種軟件的兼容，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，對(duì)電氣層進(jìn)行控制；

19、數(shù)據(jù)層，相鄰分布式發(fā)電機(jī)之間交換各種類型的數(shù)據(jù)包，并配置多模態(tài)識(shí)別表以增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性；

20、電氣層包括分布式發(fā)電機(jī)和負(fù)載。

21、進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)，包括：服務(wù)層、控制層、數(shù)據(jù)層。

22、進(jìn)一步地，所述模型通過下垂策略作為一次控制調(diào)節(jié)分布式發(fā)電機(jī)電壓和頻率，并完成功率分配，包括：

23、

24、分布式發(fā)電機(jī)之間的有功和無功功率實(shí)現(xiàn)共享的約束條件：

25、

26、其中，wi為分布式發(fā)電機(jī)的工作頻率、vi為分布式發(fā)電機(jī)的工作電壓；pi為分布式發(fā)電機(jī)輸出的有功功率、qi為分布式發(fā)電機(jī)的輸出的無功功率；和為下垂控制的參考點(diǎn)頻率和電壓；kpi和kqi為下垂控制系數(shù)，通過額定功率和最大允許電壓和頻率偏差來確定。

27、進(jìn)一步地，所述分布式發(fā)電機(jī)電壓、頻率和功率信息作為包含控制的輸入，包括：

28、通過對(duì)發(fā)電機(jī)工作頻率和電壓進(jìn)行微分，作為控制系統(tǒng)輸入：

29、

30、其中，在n個(gè)分布式發(fā)電機(jī)的船舶交流微電網(wǎng)中，采用功率控制器進(jìn)行功率計(jì)算、低通濾波和下垂控制，獲得逆變器橋的電壓控制器基準(zhǔn)和工作頻率；對(duì)功率控制環(huán)求時(shí)間導(dǎo)數(shù)，表示為：

31、

32、其中，wc為濾波器的截止頻率；vodi,voqi,iodi,ioqi分別為三相電壓經(jīng)過d-q變換后電壓和電流的分量。

33、進(jìn)一步地，所述由控制系統(tǒng)采用分布式包含策略，通過控制器增益調(diào)節(jié)一次控制所帶來的電壓和頻率的偏差：

34、

35、其中，cw和cv是耦合增益，影響控制器轉(zhuǎn)速；wnk和vnk是參考頻率和電壓信息。

36、進(jìn)一步地，所述制定無噪聲時(shí)包含控制協(xié)議，包括：

37、分布式包含控制系統(tǒng)包括：n+m個(gè)智能體；

38、其中，跟隨者集合f＝{1，2，…，n}、虛擬領(lǐng)導(dǎo)者集合l＝{n+1，…，n+m}；將拉普拉斯矩陣定義為：

39、

40、其中，矩陣的每個(gè)特征值都有一個(gè)正實(shí)部；

41、矩陣滿足每一行和為1，且所有的元素都是非負(fù)的；

42、此時(shí)，包含控制協(xié)議為：

43、

44、且分布式發(fā)電機(jī)輸出狀態(tài)滿足約束條件，存在一個(gè)非負(fù)常數(shù)滿足使得：

45、

46、即實(shí)現(xiàn)至少有一條來自虛擬領(lǐng)導(dǎo)者的狀態(tài)消息被定向到所有分布式發(fā)電機(jī)終端，且包含在虛擬領(lǐng)導(dǎo)者所生成的凸包內(nèi)；其中，δ為均方包含誤差的上界。

47、進(jìn)一步地，所述將船舶微電網(wǎng)在運(yùn)行中受到干擾的影響，描述為廣義噪聲：

48、ζ(0)＝0

49、其中，θ(t)為白噪聲，ζij(t)是系統(tǒng)內(nèi)存在的干擾。

50、進(jìn)一步地，所述利用廣義噪聲下的包含控制協(xié)議，獲得噪聲強(qiáng)度矩陣以及廣義噪聲下分布式發(fā)電機(jī)的輸出狀態(tài)，包括：

51、確定廣義噪聲對(duì)各分布式發(fā)電機(jī)的影響，將廣義噪聲整理為緊湊噪聲強(qiáng)度矩陣：

52、

53、其中，fi＝diag{fi1,fi2,…,fin}，a(i,·)表示鄰接矩陣的第i行，k(i,·)代表了虛擬領(lǐng)導(dǎo)者增益矩陣的第i行；

54、廣義噪聲下，發(fā)電機(jī)輸出狀態(tài)：

55、

56、進(jìn)一步地，所述通過包含誤差調(diào)節(jié)分布式包含控制策略的控制器增益，使其在廣義噪聲下滿足nos穩(wěn)定條件，包括：

57、定義跟隨者的包含誤差ei：

58、

59、獲得其緊湊形式：

60、基于隨機(jī)微分方程框架得到系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件：

61、4λminl1cv-ρ2>0

62、其中，ρ為緊湊噪聲強(qiáng)度矩陣的二階矩上界，λmin為構(gòu)造的參數(shù)矩陣的最小特征值；

63、利用gronwall不等式條件得到系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)期望偏差的最大值：

64、

65、利用大數(shù)定律得到系統(tǒng)頻率和電壓偏差存在的上界。

66、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

67、本發(fā)明構(gòu)建了多模態(tài)船舶交流微電網(wǎng)的框架，并針對(duì)發(fā)電側(cè)，以基于逆變器的船載微源的分層控制為基礎(chǔ)，提出了適用于船舶交流微電網(wǎng)的分布式包含控制策略。可有效處理多種新能源接入船舶交流微電網(wǎng)的協(xié)同控制問題，提高能源利用率。構(gòu)建了多模態(tài)船舶交流微電網(wǎng)，分為電氣層，數(shù)據(jù)層，控制層，服務(wù)層，異構(gòu)分布式發(fā)電機(jī)可以通過其傳輸數(shù)據(jù)，以支持分布式二次控制的實(shí)現(xiàn)，并可以實(shí)現(xiàn)軟件定義的算法。將多種新能源并入船舶交流微電網(wǎng)。

68、與常用的基于分布式一致性策略的方法相反，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了船舶交流微電網(wǎng)的基于包含的控制策略，以提高分布式發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)船舶交流微電網(wǎng)每個(gè)pcc點(diǎn)電壓的靈活性，并使其在更廣泛的實(shí)際情況下可用。

69、本發(fā)明引入廣義噪聲來描述干擾對(duì)所提出的策略的影響。基于隨機(jī)微分方程理論，通過分析廣義噪聲對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的影響，得出控制策略的nos(noise-to-state，簡(jiǎn)稱nos)穩(wěn)定條件，并且包含誤差的均方可以收斂到原點(diǎn)附近的一個(gè)小鄰域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)船舶交流微電網(wǎng)在廣義噪聲下的包含控制。提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性，并克服廣義噪聲對(duì)船舶交流微電網(wǎng)帶來的消極影響。