CN111541268A - 一种船舶-岸电并网控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船舶‑岸电并网控制方法，包括：对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压进行采样，满足并网条件后进行并网；并网后，采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，完成船岸的柔性并网，本发明采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，简化了控制器参数设计，提高了控制精度、并网电压以及频率的稳定性，改善系统鲁棒性。

Description

一种船舶-岸电并网控制方法和系统

技术领域

本发明属于船舶岸电系统技术领域，具体涉及一种船舶-岸电并网控制方法和系统。

背景技术

随着港口城市的发展以及节能减排政策的号召，靠港船舶所引起的环境污染问题亟待解决。港口污染物的排放中，59％的可吸入颗粒物和36％的NO_X均来源于靠港船舶。通过使用岸电装置，船舶靠港后关闭船上发电辅机，切换岸电来满足船舶用电，可实现船舶在港期间零排放。其中，柔性并网是船岸供电的核心技术，进而实现岸电向船舶不间断的稳定供电。要成功实现船岸的柔性并网，一方面，应维持整流侧直流电压稳定，保证变频器的正常运行，空载抑或带载时逆变器输出波形稳定；另一方面，当岸电电源接入大电网与船舶发电机侧进行并网运行时，需实现并网冲击可控以及负荷的平稳转移。目前，虚拟同步发电机控制策略以及下垂控制策略被广泛应用于船舶与岸电的并网系统。

目前，基于传统下垂控制策略的船舶与岸电的并网系统在实际运行时，仍存在并网失电、并网电压跌落、频率不稳定、控制器参数设计复杂等问题，因此，如何解决现有技术中存在的上述问题是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种船舶-岸电并网控制方法，包括：

对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压进行采样，满足并网条件后进行并网；

并网后，采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，完成船岸的柔性并网。

优选的，采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，包括：

基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压；

基于所述模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压，计算电流内环内模控制的参考电流；

基于所述逆变装置后侧滤波装置的电容电流，计算电流内环内模控制的反馈电流；

将所述电流内环内模控制的参考电流和反馈电流输入电流内环内模控制器，得到所述岸电逆变装置的输入参考电压；

基于所述岸电逆变装置的输入参考电压，生成所述岸电逆变装置的调制信号；

通过所述岸电逆变装置的调制信号，对岸电逆变装置的输出进行调节。

优选的，基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压，包括：

将岸电逆变装置的输出电压输入锁相环，得到输出电压的频率和相位；

基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算对应的有功功率和无功功率；

将所述有功功率和无功功率输入下垂特性方程，得到岸电逆变装置输出频率和电压值；

基于所述岸电逆变装置输出频率和电压值，得到下垂控制的参考电压；

基于所述输出电压的频率和相位，将所述下垂控制参考电压进行两相旋转dq坐标转换，得到d轴和q轴的参考电压作为模糊电压外环控制的参考电压；

对所述岸电侧逆变装置的输出电压进行两相旋转dq坐标转换，得到d轴和q轴的输出电压作为模糊电压外环控制的反馈电压。

优选的，下垂特性方程如下所示：

f-f_{_ref}＝-m(P-P_{_ref})

U-U_{_ref}＝-n(Q-Q_{_ref})

其中，f_{_ref}为岸电逆变装置的输出频率额定值，f为岸电逆变装置输出频率，m为频率下垂特性系数，P为岸电逆变装置的实际输出有功功率，P_{_ref}为额定频率下，岸电逆变装置的输出有功功率；U为岸电逆变装置的三相输出电压值，U_{_ref}为岸电逆变装置的三相输出电压额定值，n为电压下垂特性系数，Q为岸电逆变装置的实际输出无功功率，Q_{_ref}为额定频率下，岸电逆变装置的输出无功功率。

优选的，基于所述模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压，计算电流内环内模控制的参考电流，包括：

基于参考电压和反馈电压计算电压偏差；

基于所述电压偏差计算偏差变化率；

对所述电压偏差和偏差变化率进行模糊化处理，得到所述电压偏差对应的模糊变量E的隶属度和偏差变化率对应的模糊变量EC的隶属度；

基于所述模糊变量E的隶属度和模糊变量EC的隶属度进行模糊判决，得到模糊输出控制参数的模糊值；

将所述模糊输出控制参数的模糊值进行解模糊化处理，得到模糊输出控制参数的确切值；

基于所述模糊输出控制参数的确切值，对所述参考电压进行修正；

将所述修正的参考电压进行解耦加和得到电流内环内模控制的参考电流。

优选的，电流内环内模控制器模型如下：

其中，G_C(S)为根据内模控制器所得到的等效反馈回路控制器，K_PWM为电压增益，L₁为滤波器所对应的第一滤波电感、L₂为滤波器所对应的第二滤波电感，C为滤波器所对应的滤波电容，a为内模控制低通器滤波时间常数，S为微分算子。

优选的，基于所述岸电逆变装置的输入参考电压，生成所述岸电逆变装置的调制信号，包括：

将所述岸电逆变装置的输入参考电压由两相旋转dq坐标转化为三相旋转abc坐标；

所述将所述三相旋转abc坐标系下的岸电逆变装置的输入参考电压与三角载波调制，生成所述岸电逆变装置的调制信号。

优选的，对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压进行采样，满足并网条件后进行并网，包括：

基于对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压的采样，船侧系统向岸电供电系统发送电压调节指令；

岸电供电系统将所述电压调整指令发送至岸电逆变装置进行输出电压调整；

当对岸电逆变装置的输出电压与船舶发电机带载输出电压一致时并网。

基于同一构思，本发明还提供了一种船舶-岸电并网控制系统，包括：

并网模块，用于对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压进行采样，满足并网条件后进行并网；

调节模块，用于并网后，采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，完成船岸的柔性并网。

优选的，调节模块，包括：

模糊控制输入计算模块,用于基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压；

内模控制输入计算模块1，用于基于所述模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压，计算电流内环内模控制的参考电流；

内模控制输入计算模块1，用于基于所述逆变装置后侧滤波装置的电容电流，计算电流内环内模控制的反馈电流；

内模控制模块，用于将所述电流内环内模控制的参考电流和反馈电流输入电流内环内模控制器，得到所述岸电逆变装置的输入参考电压；

调制信号模块，基于所述岸电逆变装置的输入参考电压，生成所述岸电逆变装置的调制信号；

输出调节模块，用于通过所述岸电逆变装置的调制信号，对岸电逆变装置的输出进行调节。

优选的，模糊控制输入计算模块，包括：

锁相环计算模块，用于将岸电逆变装置的输出电压输入锁相环，得到输出电压的频率和相位；

功率计算模块，用于基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算对应的有功功率和无功功率；

下垂控制模块1，用于将所述有功功率和无功功率输入下垂特性方程，得到岸电逆变装置输出频率和电压值；

下垂控制模块2，用于基于所述岸电逆变装置输出频率和电压值，得到下垂控制的参考电压；

参考电压坐标变化模块，用于基于所述输出电压的频率和相位，将所述下垂控制参考电压进行两相旋转dq坐标转换，得到d轴和q轴的参考电压作为模糊电压外环控制的参考电压；

坐标变换模块，用于对所述岸电侧逆变装置的输出电压进行两相旋转dq坐标转换，得到d轴和q轴的输出电压作为模糊电压外环控制的反馈电压。

优选的，内模控制输入计算模块1，包括：

电压偏差计算模块，用于基于参考电压和反馈电压计算电压偏差；

偏差变化率计算模块，用于基于所述电压偏差计算偏差变化率；

模糊化处理模块，用于对所述电压偏差和偏差变化率进行模糊化处理，得到所述电压偏差对应的模糊变量E的隶属度和偏差变化率对应的模糊变量EC的隶属度；

模糊判决模块，用于基于所述模糊变量E的隶属度和模糊变量EC的隶属度进行模糊判决，得到模糊输出控制参数的模糊值；

解模糊化处理模块，用于将所述模糊输出控制参数的模糊值进行解模糊化处理，得到模糊输出控制参数的确切值；

执行模块，用于基于所述模糊输出控制参数的确切值，对所述参考电压进行修正；

内模控制参考电流计算模块，用于将所述修正的参考电压进行解耦加和得到电流内环内模控制的参考电流。

优选的，调制信号模块，包括：

调制模块1，用于将所述岸电逆变装置的输入参考电压由两相旋转dq坐标转化为三相旋转abc坐标；

调制模块2，用于所述将所述三相旋转abc坐标系下的岸电逆变装置的输入参考电压与三角载波调制，生成所述岸电逆变装置的调制信号。

优选的，并网模块，包括：

采样模块，用于基于对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压的采样，船侧系统向岸电供电系统发送电压调节指令；

预同步模块，用于岸电供电系统将所述电压调整指令发送至岸电逆变装置进行输出电压调整；

并网执行模块，用于当对岸电逆变装置的输出电压与船舶发电机带载输出电压一致时并网。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明提供一种船舶-岸电并网控制方法，包括：对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压进行采样，满足并网条件后进行并网；并网后，采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，完成船岸的柔性并网，本发明采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，简化了控制器参数设计，提高了控制精度、并网电压以及频率的稳定性，改善系统鲁棒性。

附图说明

图1为本发明提供的一种船舶-岸电并网控制方法示意图；

图2为本发明提供的一种船舶-岸电并网控制系统示意图；

图3为本发明实施例中提供的船舶-岸电并网控制系统的整体框图；

图4为本发明实施例中提供的逆变装置的输出调节过程示意图；

图5为本发明实施例中提供的三相逆变桥控制框图；

图6为本发明实施例中提供的模糊PI控制系统框图及步骤；

图7为本发明实施例中提供的内模控制系统d轴控制框图；

图8为本发明实施例中提供的传统下垂控制方法下的直流侧输出电压；

图9为本发明实施例中提供的基于下垂原理的模糊-内模双环控制方法下直流侧输出电压；

图10为本发明实施例中提供的传统下垂控制方法下的并网电压频率；

图11为本发明实施例中提供的基于下垂原理的模糊-内模双环控制方法下并网电压频率；

图12为本发明实施例中提供的基于下垂原理的模糊-内模双环控制方法下逆变侧并网电压；

图13为本发明实施例中提供的基于下垂原理的模糊-内模双环控制方法下逆变侧有功功率输出。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

实施例1：

本发明实施例即公开了一种船舶-岸电并网控制方法如图1所示，包括：

S1对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压进行采样，满足并网条件后进行并网；

S2并网后，采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，完成船岸的柔性并网，如图4所示，具体包括：

S2-1分别对并网电压以(即岸装置电逆变器侧输出电压)及岸电装置逆变器侧输出电流进行采样得到Uo和io作为功率计算模块的输入，进而得到有功功率P以及无功功率Q，其中，功率计算如式(1)所示：

式中，u_od、u_oq分别为两相旋转dq参考坐标系下Uo所对应的d轴分量以及q轴分量；i_od、i_oq分别为两相旋转dq参考坐标系下，io所对应的d轴分量以及q轴分量。

S2-2将功率计算模块输出的有功功率P以及无功功率Q输入下垂控制模块,得到岸电装置逆变器侧电压外环的参考电压U_{abc_ref}，下垂控制模块的下垂特性方程如式(2)和(3)式所示：

f-f_{_ref}＝-m(P-P_{_ref})(2)

U-U_{_ref}＝-n(Q-Q_{_ref})(3)

式中，f_{_ref}为岸电装置逆变器侧输出频率额定值，f为岸电装置逆变器侧输出频率，P_{_ref}为在额定频率下，岸电装置逆变器侧输出有功功率，P为岸电装置逆变器侧实际输出有功功率，m为频率下垂特性系数，U_{_ref}为岸电装置逆变器侧三相输出电压额定值，U为岸电装置逆变器侧三相输出电压值，Q_{_ref}为在额定电压下，岸电装置逆变器侧输出无功功率，Q为岸电装置逆变器侧实际输出无功功率，n为电压下垂特性系数。

用于基于所述岸电逆变装置输出频率和电压值，得到下垂控制的参考电压(即逆变器侧电压外环的参考电压)U_{abc_ref}；

S2-3将步骤S2-1中采样的逆变器侧输出电压Uo输入三相PLL锁相环得到逆变器侧输出电压Uo的相位和频率f。

S2-4根据步骤S2-2所得到的岸电装置逆变器侧电压外环参考电压U_{abc_ref}及步骤S2-3所得到的逆变器侧输出电压Uo的相位和频率f，对逆变器侧电压外环参考电压U_{abc_ref}进行两相旋转dq坐标系变换，得到其所对应的d轴以及q轴模糊PI电压外环控制模块的参考输入U_{d_ref}与U_{q_ref}；对步骤S2-1中采样的逆变器侧输出电压Uo进行两相旋转dq坐标系变换得到其所对应的d轴以及q轴模糊PI电压外环控制模块的反馈输入u_od与u_oq，将U_{d_ref}与u_od作差，同样地，U_{q_ref}与u_oq作差，该两部分偏差分别作为d轴与q轴模糊PI控制器的输入，经过模糊修正后的模糊PI电压控制器分别得到对应d轴与q轴滤波器电容电流的参考值i_{d_ref}和i_{q_ref}。

S2-5对滤波器滤波电容电流进行采样得到当前滤波器电容电流i_c，基于当前滤波器电容电流i_c和步骤S2-3所得到的逆变器侧输出电压Uo的相位和频率f，将当前滤波器电容电流i_c经两相旋转dq坐标变换得到d轴与q轴滤波器电容电流的反馈值i_d和i_q，将d轴与q轴滤波器电容电流的反馈值i_d与i_q和步骤S2-4中得到的d轴与q轴滤波器电容电流的参考值i_{d_ref}和i_{q_ref}作为电容电流内模内环模块的反馈输入和参考输入，经过内模控制等效反馈控制器后得到并网逆变器的参考输出电压，通过PWM控制产生用于控制并网逆变桥开关管的控制信号，通过产生的该信号控制三相逆变桥开关管的通断进而调控并网输出电压。

其中，S2-4进一步包括以下子步骤如图6所示：

S2-4-1参考输入作为给定值，将被控制对象的反馈输入作为参考值，将给定值与参考值作差得电压偏差e，对电压偏差e进行求导得到电压偏差变化率ec，将电压偏差e和电压偏差变化率ec输入模糊化处理模块，经过模糊化处理后得到等级量论域所对应的E和EC，选取模糊集合{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，选取合适的隶属度函数得到E和EC的隶属度；

S2-4-2将E和EC的隶属度输入模糊判决模块，采用Mamdani模糊推理方法，根据模糊控制规则进行模糊控制逻辑判决，得到模糊输出K_{P_fuzzy}以及K_{I_fuzzy}对应的隶属度；

S2-4-3将模糊输出K_{P_fuzzy}以及K_{I_fuzzy}对应的隶属度输入解模糊化处理模块，采取面积重心平均法进行反模糊化处理得到确切量论域中的输出量K_P和K_I，进而得到模糊控制下的控制输出量ΔK_P和ΔK_I，进而得到修正后的模糊PI控制器对应控制输出量K_P＝K_{P_pi}+ΔK_P和K_I＝K_{I_pi}+ΔK_I；

S2-4-4基于Kp+Ki/s对所述参考电压进行修正，修正的参考电压进行解耦加和得到电流内环内模控制的参考电流并输入内模控制模块。

S2-4-2中比例环节P控制所对应的模糊控制规则如下：

S2-4-2中比例环节I控制所对应的模糊控制规则如下：

S2-5进一步包括以下子步骤：

建立d轴控制广义被控对象，如式(4)所示：

内模控制器前馈项为：

反馈等效内环系统控制器为：

式(4-6)中，K_PWM为电压增益，L₁为滤波器所对应的第一滤波电感、L₂为滤波器所对应的第二滤波电感，C为滤波器所对应的滤波电容，a为内模控制低通器滤波时间常数，S为微分算子，G_C(S)为根据内模控制器所得到的等效反馈回路控制器，G_LMC(S)为对应于d轴结构控制框图的内模控制器如图7所示。

在实际调试过程中，可先假设模型无差，调试a使控制器跟踪性能最优。

实施例2：

本发明实施例公开了一种船舶-岸电并网控制系统如图2所示，包括：

并网模块，用于对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压进行采样，满足并网条件后进行并网；

调节模块，用于并网后，采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，完成船岸的柔性并网。

优选的，调节模块，包括：

模糊控制输入计算模块,用于基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压；

内模控制输入计算模块1，用于基于所述模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压，计算电流内环内模控制的参考电流；

内模控制输入计算模块1，用于基于所述逆变装置后侧滤波装置的电容电流，计算电流内环内模控制的反馈电流；

内模控制模块，用于将所述电流内环内模控制的参考电流和反馈电流输入电流内环内模控制器，得到所述岸电逆变装置的输入参考电压；

调制信号模块，基于所述岸电逆变装置的输入参考电压，生成所述岸电逆变装置的调制信号；

输出调节模块，用于通过所述岸电逆变装置的调制信号，对岸电逆变装置的输出进行调节。

优选的，模糊控制输入计算模块，包括：

锁相环计算模块，用于将岸电逆变装置的输出电压输入锁相环，得到输出电压的频率和相位；

功率计算模块，用于基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算对应的有功功率和无功功率；

下垂控制模块1，用于将所述有功功率和无功功率输入下垂特性方程，得到岸电逆变装置输出频率和电压值；

下垂控制模块2，用于基于所述岸电逆变装置输出频率和电压值，得到下垂控制的参考电压；

参考电压坐标变化模块，用于基于所述输出电压的频率和相位，将所述下垂控制参考电压进行两相旋转dq坐标转换，得到d轴和q轴的参考电压作为模糊电压外环控制的参考电压；

坐标变换模块，用于对所述岸电侧逆变装置的输出电压进行两相旋转dq坐标转换，得到d轴和q轴的输出电压作为模糊电压外环控制的反馈电压。

优选的，内模控制输入计算模块1，包括：

电压偏差计算模块，用于基于参考电压和反馈电压计算电压偏差；

偏差变化率计算模块，用于基于所述电压偏差计算偏差变化率；

模糊化处理模块，用于对所述电压偏差和偏差变化率进行模糊化处理，得到所述电压偏差对应的模糊变量E的隶属度和偏差变化率对应的模糊变量EC的隶属度；

模糊判决模块，用于基于所述模糊变量E的隶属度和模糊变量EC的隶属度进行模糊判决，得到模糊输出控制参数的模糊值；

解模糊化处理模块，用于将所述模糊输出控制参数的模糊值进行解模糊化处理，得到模糊输出控制参数的确切值；

执行模块，用于基于所述模糊输出控制参数的确切值，对所述参考电压进行修正；

内模控制参考电流计算模块，用于将所述修正的参考电压进行解耦加和得到电流内环内模控制的参考电流。

优选的，调制信号模块，包括：

调制模块1，用于将所述岸电逆变装置的输入参考电压由两相旋转dq坐标转化为三相旋转abc坐标；

调制模块2，用于所述将所述三相旋转abc坐标系下的岸电逆变装置的输入参考电压与三角载波调制，生成所述岸电逆变装置的调制信号。

优选的，并网模块，包括：

采样模块，用于基于对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压的采样，船侧系统向岸电供电系统发送电压调节指令；

预同步模块，用于岸电供电系统将所述电压调整指令发送至岸电逆变装置进行输出电压调整；

并网执行模块，用于当对岸电逆变装置的输出电压与船舶发电机带载输出电压一致时并网。

实施例3：

本实施例基于MATLAB/SIMULINK平台对本发明提出的一种船舶-岸电并网控制方法及系统进行仿真设计，本实施例采用高压上船方式(6.6KV/60Hz)的船舶-岸电并网控制进行模型搭建，进行仿真验证。图3所示为船舶-岸电并网控制系统的整体框图。具体流程如下：陆地电网电压(10KV/50Hz)经过降压、滤波后作为三相整流桥的输入，输出为直流电压。该直流电压作为三相逆变桥的输入，经过逆变桥以及滤波装置得到变频变压后的三相交流电，再经变压装置得到所期望的三相电压，连接至母线。分别对船侧以及岸电逆变侧输出电压进行采样，收集电压幅值、相位以及频率，完成频率、相位以及电压的同步，满足并网条件进行船舶电气系统与岸电的并网，后切除船舶发电机，由岸电供给负载。

图4、图5分别为逆变装置的输出调节过程示意图以及三相逆变桥控制框图。具体流程如下：通过测量模块分别对逆变器输出侧电压以及电流进行采样，通过三相PLL锁相环采集逆变器侧输出电压的频率以及相位。采样得到的电压以及电流作为功率计算模块的输入，在进行功率计算时需要进行三相旋转坐标系至两相旋转坐标系的变换。经过功率计算模块的输出，即有功功率以及无功功率代入下垂特性方程(P-f,Q-U)，得到三相参考电压，进行三相旋转坐标系至两相旋转坐标系的变换，该变换后的参考电压作为模糊PI电压外环控制的参考输入。将采样到的逆变输出电压进行至两相旋转坐标系的变换作为模糊PI电压外环控制的反馈输入。经模糊PI电压外环控制的输出作为电容电流内环的参考输入，将采样到的滤波电容电流进行至两相旋转坐标系的变换作为电容电流内模内环控制的反馈输入。经电容电流内环控制的输出经过进行两相旋转坐标系至三相旋转坐标系的变换后为调制信号，与一个三角载波调制出所期望调制信号用来控制逆变桥开关管的通断，具体的三相逆变桥控制框图如图5所示。

图6所示为模糊PI控制系统框图及步骤。根据下垂原理得到的逆变器输出侧电压作为模糊PI电压环的参考值，通过模糊推理对PI参数进行实时更新。其中，模糊自整定PID控制以电压偏差U_E以及偏差变化率U_EC作为模糊控制器的输入，将PID的参数K_p、K_i作为输出，此时的模糊控制器为两输入两输出状态。在调试运行中对电压偏差以及其偏差变化率进行实时检测通过模糊推理对两个输出控制参数进行判决计算进而来满足控制要求。FLC规则是有经验工作人员所总结的判断准则，一般通过“if-then”的语句方式表达。本文选取的规则形式为：if A and B then C。

不同控制策略下直流侧输出曲线对比：如图8所示，传统下垂控制方法下的直流侧输出电压调节时间约0.3s左右，如图9所示，基于下垂原理的模糊-内模双环控制方法下的直流侧输出电压调节时间约0.14s左右，动态响应较快从而为并网逆变环节提供稳定的直流电压。

不同控制策略下并网电压频率曲线对比：如图10所示，传统下垂控制方法下并网电压频率较不稳定，频率偏差最大约为0.17Hz，如图11所示，基于下垂原理的模糊-内模双环控制方法下并网电压频率自并网时刻开始略有波动，但较快恢复稳定，鲁棒性较好。

图12所示为基于下垂原理的模糊-内模双环控制方法下逆变侧并网电压波形图。其中，断路器约0.7s左右进行合闸，合闸后并网电压波形稳定，谐波总含量约为0.07％，电压未出现较为明显的畸变。

图13所示为基于下垂原理的模糊-内模双环控制方法下并网期间逆变器侧有功功率输出曲线，从合闸时刻0.7s开始有功功率逐渐增加至1.5MW并稳定。

从仿真实验结果可以看出本发明采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，简化了控制器参数设计，提高了控制精度、并网电压以及频率的稳定性，改善系统鲁棒性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (14)

1.一种船舶-岸电并网控制方法，其特征在于，包括：

对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压进行采样，满足并网条件后进行并网；

并网后，采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，完成船岸的柔性并网。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，包括：

基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压；

基于所述模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压，计算电流内环内模控制的参考电流；

基于所述逆变装置后侧滤波装置的电容电流，计算电流内环内模控制的反馈电流；

将所述电流内环内模控制的参考电流和反馈电流输入电流内环内模控制器，得到所述岸电逆变装置的输入参考电压；

基于所述岸电逆变装置的输入参考电压，生成所述岸电逆变装置的调制信号；

通过所述岸电逆变装置的调制信号，对岸电逆变装置的输出进行调节。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压，包括：

将岸电逆变装置的输出电压输入锁相环，得到输出电压的频率和相位；

基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算对应的有功功率和无功功率；

将所述有功功率和无功功率输入下垂特性方程，得到岸电逆变装置输出频率和电压值；

基于所述岸电逆变装置输出频率和电压值，得到下垂控制的参考电压；

基于所述输出电压的频率和相位，将所述下垂控制参考电压进行两相旋转dq坐标转换，得到d轴和q轴的参考电压作为模糊电压外环控制的参考电压；

对所述岸电侧逆变装置的输出电压进行两相旋转dq坐标转换，得到d轴和q轴的输出电压作为模糊电压外环控制的反馈电压。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述下垂特性方程如下所示：

f-f_{_ref}＝-m(P-P_{_ref})

U-U_{_ref}＝-n(Q-Q_{_ref})

其中，f_{_ref}为岸电逆变装置的输出频率额定值，f为岸电逆变装置输出频率，m为频率下垂特性系数，P为岸电逆变装置的实际输出有功功率，P_{_ref}为额定频率下，岸电逆变装置的输出有功功率；U为岸电逆变装置的三相输出电压值，U_{_ref}为岸电逆变装置的三相输出电压额定值，n为电压下垂特性系数，Q为岸电逆变装置的实际输出无功功率，Q_{_ref}为额定频率下，岸电逆变装置的输出无功功率。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压，计算电流内环内模控制的参考电流，包括：

基于参考电压和反馈电压计算电压偏差；

基于所述电压偏差计算偏差变化率；

对所述电压偏差和偏差变化率进行模糊化处理，得到所述电压偏差对应的模糊变量E的隶属度和偏差变化率对应的模糊变量EC的隶属度；

基于所述模糊变量E的隶属度和模糊变量EC的隶属度进行模糊判决，得到模糊输出控制参数的模糊值；

将所述模糊输出控制参数的模糊值进行解模糊化处理，得到模糊输出控制参数的确切值；

基于所述模糊输出控制参数的确切值，对所述参考电压进行修正；

将所述修正的参考电压进行解耦加和得到电流内环内模控制的参考电流。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电流内环内模控制器模型如下：

其中，G_C(S)为根据内模控制器所得到的等效反馈回路控制器，K_PWM为电压增益，L₁为滤波器所对应的第一滤波电感、L₂为滤波器所对应的第二滤波电感，C为滤波器所对应的滤波电容，a为内模控制低通器滤波时间常数，S为微分算子。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述岸电逆变装置的输入参考电压，生成所述岸电逆变装置的调制信号，包括：

将所述岸电逆变装置的输入参考电压由两相旋转dq坐标转化为三相旋转abc坐标；

所述将所述三相旋转abc坐标系下的岸电逆变装置的输入参考电压与三角载波调制，生成所述岸电逆变装置的调制信号。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压进行采样，满足并网条件后进行并网，包括：

基于对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压的采样，船侧系统向岸电供电系统发送电压调节指令；

岸电供电系统将所述电压调整指令发送至岸电逆变装置进行输出电压调整；

当对岸电逆变装置的输出电压与船舶发电机带载输出电压一致时并网。

9.一种船舶-岸电并网控制系统，其特征在于，包括：

并网模块，用于对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压进行采样，满足并网条件后进行并网；

调节模块，用于并网后，采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，完成船岸的柔性并网。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述调节模块，包括：

模糊控制输入计算模块,用于基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压；

内模控制输入计算模块1，用于基于所述模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压，计算电流内环内模控制的参考电流；

内模控制输入计算模块1，用于基于所述逆变装置后侧滤波装置的电容电流，计算电流内环内模控制的反馈电流；

内模控制模块，用于将所述电流内环内模控制的参考电流和反馈电流输入电流内环内模控制器，得到所述岸电逆变装置的输入参考电压；

调制信号模块，基于所述岸电逆变装置的输入参考电压，生成所述岸电逆变装置的调制信号；

输出调节模块，用于通过所述岸电逆变装置的调制信号，对岸电逆变装置的输出进行调节。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述模糊控制输入计算模块，包括：

锁相环计算模块，用于将岸电逆变装置的输出电压输入锁相环，得到输出电压的频率和相位；

功率计算模块，用于基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算对应的有功功率和无功功率；

下垂控制模块1，用于将所述有功功率和无功功率输入下垂特性方程，得到岸电逆变装置输出频率和电压值；

下垂控制模块2，用于基于所述岸电逆变装置输出频率和电压值，得到下垂控制的参考电压；

参考电压坐标变化模块，用于基于所述输出电压的频率和相位，将所述下垂控制参考电压进行两相旋转dq坐标转换，得到d轴和q轴的参考电压作为模糊电压外环控制的参考电压；

坐标变换模块，用于对所述岸电侧逆变装置的输出电压进行两相旋转dq坐标转换，得到d轴和q轴的输出电压作为模糊电压外环控制的反馈电压。

12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述内模控制输入计算模块1，包括：

电压偏差计算模块，用于基于参考电压和反馈电压计算电压偏差；

偏差变化率计算模块，用于基于所述电压偏差计算偏差变化率；

模糊化处理模块，用于对所述电压偏差和偏差变化率进行模糊化处理，得到所述电压偏差对应的模糊变量E的隶属度和偏差变化率对应的模糊变量EC的隶属度；

模糊判决模块，用于基于所述模糊变量E的隶属度和模糊变量EC的隶属度进行模糊判决，得到模糊输出控制参数的模糊值；

解模糊化处理模块，用于将所述模糊输出控制参数的模糊值进行解模糊化处理，得到模糊输出控制参数的确切值；

执行模块，用于基于所述模糊输出控制参数的确切值，对所述参考电压进行修正；

内模控制参考电流计算模块，用于将所述修正的参考电压进行解耦加和得到电流内环内模控制的参考电流。

13.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述调制信号模块，包括：

调制模块1，用于将所述岸电逆变装置的输入参考电压由两相旋转dq坐标转化为三相旋转abc坐标；

调制模块2，用于所述将所述三相旋转abc坐标系下的岸电逆变装置的输入参考电压与三角载波调制，生成所述岸电逆变装置的调制信号。

14.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述并网模块，包括：

采样模块，用于基于对岸电逆变装置的输出电压及船舶发电机带载输出电压的采样，船侧系统向岸电供电系统发送电压调节指令；

预同步模块，用于岸电供电系统将所述电压调整指令发送至岸电逆变装置进行输出电压调整；

并网执行模块，用于当对岸电逆变装置的输出电压与船舶发电机带载输出电压一致时并网。

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