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新能源船舶电力系统分布式控制策略研究
| 论文题名： | 新能源船舶电力系统分布式控制策略研究 |
| 关键词： | 船舶电力系统;分布式控制;线性模型;收敛速度 |
| 摘要： | 随着低碳经济的到来，新能源应用于船舶电力系统作为节能减排的有效手段已是大势所趋。新能源船舶电力系统是指由风能、太阳能、波浪能等新能源进行联合发电构成的船舶电力系统。然而外在的干扰和负荷的变化易导致新能源船舶电力系统的电压和频率不稳定，所以，有效的控制策略尤为重要。本课题应用分层控制对系统的电压和频率进行调节，初级控制主要采用下垂控制进行初调，针对初级控制导致电压和频率偏离参考值的问题，引入次级控制消除偏差。由于分布式控制具有成本低可靠性高的优点，所以，本课题的主要研究内容为次级分布式协同控制。 首先，介绍相关的理论知识。包括用于描述通信结构的图论理论、用于检验控制器正确与否的系统稳定性理论和滑模变结构控制原理，这些都为次级分布式协同控制算法的设计奠定了基础。 然后，建立新能源船舶电力系统的协同控制模型。采用输入输出反馈线性化，建立电压和频率的线性模型，并设计电压和频率的分布式协同控制律，使电压和频率渐近收敛到参考值，同时使有功功率达到均分。另外，考虑新能源船舶电力系统的不确定性，建立电压一阶非线性模型，并基于神经网络理论，设计电压自适应控制算法，使电压同步到电压参考值。 其次，为了加快收敛速度，提出有限时间分布式协同控制器。采用反馈线性化后的模型，考虑固定通信拓扑和切换通信拓扑两种情况，分别设计电压和频率的有限时间控制律，使电压和频率有限时间内收敛到参考值，同时达到有功功率均分。利用LaSalle不变集原理和有限时间稳定性等稳定性理论严格证明闭环系统的渐近稳定或者有限时间稳定性，通过仿真结果验证所提出的控制算法的正确性和有效性。 最后，应用终端滑模控制实现电压的有限时间一致性。作为滑模变结构的改进，终端滑模延续了其鲁棒性良好的优点。在电压一阶非线性模型基础上，考虑低通滤波器的动态过程，建立电压的二阶非线性模型。针对线性滑模不能有限时间收敛的问题，提出基于传统终端滑模的次级电压分布式协同控制使电压有限时间同步。考虑传统终端滑模存在的收敛速度慢和输入奇异的问题，分别设计了快速和非奇异终端滑模的电压分布式协同控制律。对这三种算法均用理论进行了严格证明，通过仿真结果验证这三种控制算法的正确性和有效性。 |
| 作者： | 熊天漪 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 王新生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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