[发明专利]一种能应对船舶混合动力电能转换器的高效控制策略

说明书

本发明公开了一种能应对船舶混合动力电能转换器的高效控制策略，包括：根据预设的电流参考设定值和系统参数的标称值，计算出期望占空比；将期望占空比作用于有限开关集S得到调制后的有限开关集D；将采样得到的当前电流值输入预测模型，得到电流的预测值；将有限开关集D的7个开关序列依次带入到预测模型，计算出每个开关序列作用下的电流输出值，并将该电流值带入到代价函数中计算出代价函数值，通过比较所有7个代价函数值，直至找到使得代价函数最小的开关序列，最终将最小的开关序列作用于开关管实现电流的跟踪控制目标。本发明具有自适应能力能有效抑制传统FCS‑MPC在低负荷负载时出现的输出波形畸变以及频率不固定问题。

技术领域

本发明涉及船舶电气控制领域，具体涉及一种能应对船舶混合动力电能转换器的高效控制策略。

背景技术

为应对全球日益严苛的环境要求以及绿色可持续发展的要求，各种新能源技术，如太阳能、风能、燃料电池、超级电容等在船舶电力系统中的利用越来越充分。因此能够同时满足船舶推进系统需要、供电需要的先进控制策略的设计非常重要。图1给出了一种船舶混合电力系统方案的框图，又图中不难看出，对于整个混合电力系统来说DC/AC模块即直流转换成交流的模块很为关键，选择其合适的控制策略可以提升整个混合电力系统的控制性能。

基于多目标的模型预测控制策略已在多个领域得到应用，但在电气系统中应用尚处于早期阶段。因为模型预测控制的计算负荷较大，而电气系统以其快速的动态响应特性需求阻碍了模型预测控制在该领域的发展。由Jose Rodriguez等人提出的有限集模型预测控制(FCS-MPC,Finite control set MPC)解决了计算负荷大等问题，拓展了预测控制在电气领域的应用，特别是以电力电子器件为驱动单元的整流、逆变场合。但该方法存在尚存在两大问题亟待解决，其一，低负荷输出电流波形的谐波较大；其二，器件开关频率不固定。

发明内容

1.所要解决的技术问题：

针对上述现有技术中的问题，本发明提出了具有自适应能力的有限集模型预测控制。该控制策略在每一个控制周期中，将固定的高低脉冲输出调整成随负荷设定值自适应变化的脉宽方波，在实施过程中，充分考虑系统参数不确定的影响，将有限集输入矢量电压加以放大，该方法能有效抑制传统FCS-MPC在低负荷负载时出现的输出波形畸变以及频率不固定问题。

2.技术方案：

一种能应对船舶混合动力电能转换器的高效控制策略，应用于船舶混合动力的DC/AC电能转换，实现开关管的高效控制，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：根据预设的电流参考设定值和系统参数的标称值，计算出期望占空比所述系统参数的标称值包括负载电感L和负载电阻R；计算期望占空比的具体过程包括步骤S11至S12。

S11：将DC/AC逆变器的数学表达式进行旋转坐标变换，得到转换角为θ的dq坐标下数学模型：其中DC/AC逆变器的数学表达式见下式(1)；

(1)式中，v_no(t)为公共端电压；Vdc为直流母线电压；R为负载等效电阻；L为负载等效电感；i_x为单相x的电流输出值；s_x为x相输入开关值，隶属于有限开关集S；所述有限开关集S具体为：

dq坐标下数学模型见下式(2)；

(2)式中，i_dq为电流i_x的dq变换值；s为开关输入状态值，s∈S；A为系统矩阵，B为系统输入矩阵，M_T为转换矩阵，A、B以及M_T分别取值为：

上式A的系统矩阵中的w为旋转角频率。