新能源船舶电力系统分布式控制策略研究

发布时间：2017-10-19 10:00

  本文关键词：新能源船舶电力系统分布式控制策略研究

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【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间题,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。
【关键词】：分布式电源 次级控制 多智能体系统 分布式协同控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U665.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题背景及研究目的和意义9-10
• 1.2 国内外船舶新能源研究现状及分析10-18
• 1.2.1 新能源应用于船舶电力系统的国内外研究现状11-13
• 1.2.2 新能源船舶电力系统控制策略分析13-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-19
• 第2章 理论基础19-27
• 2.1 图论基础19-21
• 2.1.1 图论基本概念19-20
• 2.1.2 拉普拉斯矩阵性质20-21
• 2.2 系统的稳定性理论21-25
• 2.2.1 李雅普诺夫意义下的稳定性21-22
• 2.2.2 LaSalle不变集原理22-23
• 2.2.3 有限时间稳定性23-25
• 2.3 滑模变结构控制原理25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 分布式电源电压和频率建模27-46
• 3.1 分布式电源控制结构27-30
• 3.2 基于反馈线性化的分布式协同控制30-38
• 3.2.1 基于反馈线性化的电压分布式协同控制30-32
• 3.2.2 基于反馈线性化的频率分布式协同控制32-35
• 3.2.3 基于反馈线性化的分布式协同控制仿真35-38
• 3.3 电压次级自适应分布式协同控制38-45
• 3.3.1 电压动态模型建立38-40
• 3.3.2 线性参数神经网络40-41
• 3.3.3 电压次级自适应控制器设计41-44
• 3.3.4 电压自适应分布式协同控制仿真44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 有限时间分布式协同控制46-64
• 4.1 固定拓扑下有限时间控制46-53
• 4.1.1 固定拓扑下电压有限时间控制46-50
• 4.1.2 固定拓扑下频率有限时间控制50-53
• 4.2 切换拓扑下有限时间控制53-59
• 4.2.1 切换拓扑下电压有限时间控制54-58
• 4.2.2 切换拓扑下频率有限时间控制58-59
• 4.3 有限时间控制仿真59-63
• 4.3.1 固定拓扑下有限时间控制仿真59-61
• 4.3.2 切换拓扑下有限时间控制仿真61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 基于终端滑模的分布式协同控制64-76
• 5.1 终端滑模控制原理64-65
• 5.2 基于终端滑模的电压协同控制65-72
• 5.2.1 基于传统终端滑模的电压控制66-68
• 5.2.2 基于快速终端滑模的电压控制68-70
• 5.2.3 基于非奇异终端滑模的电压控制70-72
• 5.3 电压终端滑模控制仿真72-74
• 5.4 本章小结74-76
• 结论76-78
• 参考文献78-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文83-85
• 致谢85

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本文编号：1060451