考虑船舶运行特征的光伏并网虚拟同步机参数配置方法与流程

本发明涉及船舶光伏并网，具体涉及一种考虑船舶运行特征的光伏并网虚拟同步机参数配置方法。

背景技术：

1、在船舶电力系统中，用电负载多样，分为静态负荷和动态负荷。前者包括各类仪器、照明等，后者主要是电动机类负载和推进装置。船舶电网容量有限，且受工况影响大。其中动态负荷对船舶电网影响最大，尤其是推进电机类。船舶电力系统中出现的电压波动和频率波动均会影响并网逆变器的稳定运行，轻则导致微网频率紊乱，电压波动，重则直接导致逆变器脱网以及微网振荡；同时船舶工作或者运行时，大功率负载的频繁投切等均会对船舶电网造成不良影响。

2、为了减少船舶的碳排放，太阳能发电技术得到广泛的重视。船舶系统本身容量小且系统惯量小，抗干扰能力弱且稳定性一般。光伏发电技术的大量使用，使得大量电力电子器件渗入微网，船舶微网的转动惯量进一步降低，恶化了船舶微网的电能质量。因此保证光伏发电系统能够有效的并入船舶微网，并能够主动跟随微网频率的变化，显得更加迫切和重要。

3、虚拟同步机技术是在光伏并网逆变器的功率外环中引入船舶同步发电机的电压和频率调差特性，让光伏系统不仅拥有同步机组并网运行的惯性和阻尼的动态特性，同时还获得有功调频(p-f)，无功调压(q-v)的稳态特性。虚拟同步发电机(vsg)控制技术可以有效保证新能源系统上船的用电安全。

4、在传统虚拟同步机控制策略中，一般采用调整虚拟惯量和虚拟阻尼的办法调节，以改变光伏并网逆变器跟随微网波动的速度，但是需要手动调节。亟需一种方法能够减少并网逆变器的响应时间且进行阻尼和惯量参数的自主配置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种考虑船舶运行特征的光伏并网虚拟同步机参数配置方法。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、考虑船舶运行特征的光伏并网虚拟同步机参数配置方法，包括：

4、获取各种用电负载启停信号、推进系统工作状态信号及船舶控制台的紧急状态信号，基于获取的信号将船舶运行状态划分为不同船舶工况；

5、选取各工况下介于满负荷功率和最低负荷功率之间的功率值作为该工况的功率基准参考值；

6、实时采集船舶公共节点的功率信号，计算采集的船舶公共节点的功率信号与基准参考功率的差值，作为模糊控制器的第一输入；对采集的功率信号做采集时间-数值图，计算采集时间点的导数值，作为模糊控制器的第二输入，虚拟转动惯量的差值作为模糊控制器的输出，完成模糊控制器的设计；

7、将输出的虚拟转动惯量的差值输入虚拟同步机，根据输出值配置转动惯量的增减。

8、作为一种优选的实施方式，所述船舶工况的划分方式为：

9、对用电负载启停信号、推进系统工作状态信号采用不同方式编码，编码信息中包含信号地址来源；

10、分析用电负载启停信号的信号地址来源及启停状态，同时参考推进系统工作状态信号的信号地址来源、启停状态和工作状态，以及船舶控制台的紧急状态信号，进行船舶工况划分。

11、作为一种优选的实施方式，对用电负载启停信号采用地址码+启闭码的方式编码，启闭码为2位二进制码，表征启闭状态；对推进系统工作状态信号采用地址码+启闭码+工作状态码的方式编码，工作状态码为4位二进制码，表征工作状态。

12、作为一种优选的实施方式，所述船舶工况划分为停泊状态、工作状态、进出港状态、正常航行状态和应急状态5类。

13、作为一种优选的实施方式，所述分析用电负载启停信号的信号地址来源及启停状态，同时参考推进系统工作状态信号的信号地址来源、启停状态和工作状态，以及船舶控制台的紧急状态信号，进行船舶工况划分的方式为：

14、(1)当检测到推进系统工作状态信号中只含有主轴推进器恒定运行的信号，将此时状态归类为正常航行状态；

15、(2)当检测到主轴推进器运转信号和侧推进器运转信号时，归类为进出港状态；

16、(3)当检测到船舶主轴推进器关闭或者恒定运行信号以及用电负载启停信号中的船舶作业设备启停信号时，归类为工作状态；

17、(4)当检测到主轴推进器关闭信号且用电负载启停信号中只有生活负载开启时，归类为停泊状态；

18、(5)当检测到船舶控制台发出紧急状态信号时，归类为应急状态。

19、作为一种优选的实施方式，以各工况下的稳态负荷功率作为该工况的基准参考值。

20、作为一种优选的实施方式，对第一输入、第二输入作归一化计算，以其归一化值作为输入值；

21、并根据输入的值域配置转动惯量的增减，设置归一化输出。

22、作为一种优选的实施方式，所述第一输入的归一化值获取方式为：获取各工况下最小运行功率和最大运行功率的功率区间，计算所述差值与工况对应的功率区间的比值，作为归一化的第一输入值；

23、计算所述导数值的反正切变换值，计算结果与π/2的比值作为归一化的第二输入值。

24、作为一种优选的实施方式，模糊控制器的隶属度函数定义为：

25、对第一输入、第二输入、输出均采用负大，负小，零，正小，正大的语言形式描述。

26、作为一种优选的实施方式，采用加权平均判决发进行去模糊化。

27、本发明具有如下有益效果：

28、本发明所述考虑船舶运行特征的光伏并网虚拟同步机参数配置方法能够通过程序识别船舶当前的工作状态，自主配置虚拟同步机控制策略中的虚拟惯量和虚拟阻尼，有效提升船舶虚拟同步机控制策略的灵活性，提升船舶光伏并网逆变器抵抗船舶电网发生扰动的能力，同时增强对于光伏逆变器对于有限容量微网的跟踪效果，更加迅速、准确的跟踪微网平台频率和电压的变化，最终使得光伏并网逆变器更加可靠且友好。

技术特征：

1.考虑船舶运行特征的光伏并网虚拟同步机参数配置方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述船舶工况的划分方式为：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对用电负载启停信号采用地址码+启闭码的方式编码，启闭码为2位二进制码，表征启闭状态；对推进系统工作状态信号采用地址码+启闭码+工作状态码的方式编码，工作状态码为4位二进制码，表征工作状态。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述船舶工况划分为停泊状态、工作状态、进出港状态、正常航行状态和应急状态5类。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分析用电负载启停信号的信号地址来源及启停状态，同时参考推进系统工作状态信号的信号地址来源、启停状态和工作状态，以及船舶控制台的紧急状态信号，进行船舶工况划分的方式为：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以各工况下的稳态负荷功率作为该工况的功率基准参考值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对第一输入、第二输入作归一化计算，以其归一化值作为输入值；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一输入的归一化值获取方式为：获取各工况下最小运行功率和最大运行功率的功率区间，计算所述差值与工况对应的功率区间的比值，作为归一化的第一输入值；

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，模糊控制器的隶属度函数定义为：

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用加权平均判决发进行去模糊化。

技术总结
本发明公开了考虑船舶运行特征的光伏并网虚拟同步机参数配置方法，通过获取各种用电负载启停信号及推进系统工作状态信号并对其进行转码，对转码信号进行分类和工况识别，并获取各工况下的基准参考功率，实时采集船舶公共节点的功率信号，结合基准参考功率设计模糊控制器的输入，以虚拟转动惯量的差值作为模糊控制器的输出，完成模糊控制器的设计；将输出的虚拟转动惯量的差值输入虚拟同步机，根据输出值配置转动惯量的增减。本发明能够通过信号识别船舶当前的工作状态，基于工作状态自主配置虚拟同步机控制策略中的虚拟惯量和虚拟阻尼，有效提升船舶虚拟同步机控制策略的灵活性。

技术研发人员：曹大友,李国荣,周岩,吕君牧
受保护的技术使用者：招商局金陵船舶（南京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16