【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及級聯(lián)供電的純電動船舶動力系統(tǒng)的控制領(lǐng)域，具體而言是基于前級電池單元和后級電機推進單元級聯(lián)的下垂全模型預測控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)電池1和電池2的荷電狀態(tài)的不同主動進行均衡，并且能夠根據(jù)電動船舶運行狀態(tài)的改變更加快速穩(wěn)定地過渡到新的工作狀態(tài)，引入電機的預測電磁功率到電池的下垂控制中，可以根據(jù)運行狀態(tài)的變化，主動地升高或降低母線電壓，形成一個大反饋，減少了母線電壓下垂控制的控制時間，從而提高整個系統(tǒng)控制性能的快速性與穩(wěn)定性。
技術(shù)介紹
1、在多源并聯(lián)的boost電路中，電池的荷電狀態(tài)是不可能絕對相等的，而蓄電池兩端的電壓又和其荷電狀態(tài)是正相關(guān)的，長時間的不均衡運行會造成蓄電池的過充或過放，減少電池的使用壽命，在下垂控制中加入基于soc的均衡可以實時調(diào)整電池的荷電狀態(tài)，soc高的電池多放電，soc低的電池少放電，使電池的soc逐漸一致。boost電路的雙環(huán)模型預測控制相較于傳統(tǒng)的pi控制有著結(jié)構(gòu)更加簡單，跟蹤給定電壓更快、穩(wěn)定性更好、靜態(tài)誤差更小等優(yōu)點，有利于提高整個控制系統(tǒng)的暫態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能。
2、電機的雙環(huán)模型預測控制相較于傳統(tǒng)的pi控制具有更加優(yōu)良的動態(tài)性能，在負載波動較大和轉(zhuǎn)速持續(xù)變化的工作狀況下控制效果更優(yōu)，十分符合電動船舶的運行環(huán)境。電機的雙環(huán)模型預測控制有利于提高后級電機推進單元工作的快速性、穩(wěn)定性與準確性。
3、直流母線的電壓穩(wěn)定性是船舶可靠運行的關(guān)鍵指標。多電池的并聯(lián)運行需要加入下垂控制來分配電池的出力，船舶運行工況復雜以及負載的頻繁投切運行都會造成母線電壓持續(xù)波動，可能導致系統(tǒng)震
4、上述三大部分內(nèi)容構(gòu)成該專利的技術(shù)背景。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、立足于現(xiàn)有技術(shù)的改進與發(fā)展，本專利技術(shù)旨在提供一種級聯(lián)供電的純電動船舶動力系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，可根據(jù)電機負載的實時變化主動快速升高和降低母線電壓。
2、為了完成上述目的，本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下：
3、一種級聯(lián)供電的純電動船舶動力系統(tǒng)下垂全模型預測控制系統(tǒng)包括基于前級電池單元的雙環(huán)模型預測控制(i)、基于后級電機推進單元的雙環(huán)模型預測控制(ii)、電磁功率預測(iii)和永磁同步電機(18)。基于前級電池單元的雙環(huán)模型預測(i)包括：下垂控制(01)、mpc電池電壓環(huán)(02)、mpc電池1電流環(huán)(03)、mpc電池2電流環(huán)(04)、igbt組(05)、電壓電流采樣(06)、soc采樣(07)?；诤蠹夒姍C推進單元的雙環(huán)模型預測控制(ii)包括：逆變器(08)、mpc電流環(huán)控制器(09)、mpc速度環(huán)控制器(10)、轉(zhuǎn)矩傳感器(11)、位置采樣(12)、park變換(13)、clark變換(14)、電流采樣(15)、pmsm(16)。
4、說明三大模塊間的功能關(guān)系：
5、基于前級電池單元的雙環(huán)模型預測(i)為基于后級電機推進單元的雙環(huán)模型預測控制(ii)提供母線電壓電流udc，idc；基于后級電機推進單元的雙環(huán)模型預測控制(ii)為電磁功率預測(iii)提供負載轉(zhuǎn)矩tl。電磁功率預測(iii)為基于前級電池單元的雙環(huán)模型預測(i)提供預測電磁功率pem。
6、(2)所述基于前級電池單元的雙環(huán)模型預測(i)具體的信號傳遞關(guān)系如下：
7、由電磁功率預測(17)輸出的pem、電池1和電池2的荷電狀態(tài)soc1和soc2的三個信號輸入到下垂控制(01)中，進而下垂控制(01)輸出的給定電壓下降值到mpc電池電壓環(huán)(02)中。
8、由下垂控制(01)輸出的給定電壓下降值、給定電壓un、母線電壓、母線電流、電池1和電池2的荷電狀態(tài)soc1和soc2這六個信號輸入到mpc電池電壓環(huán)(02)中，進而輸出mpc電池1電流環(huán)和mpc電池2電流環(huán)(03、04)的參考電流iref1和iref2。
9、由mpc電池1電流環(huán)(03)的參考電流iref1、電池1的電動勢ebat1、boost1電路的電感電流il1、boost1電路的電容兩端電壓ubat1這四路信號輸入到mpc電池1電流環(huán)中，進而輸出igbt組(05)的開關(guān)狀態(tài)s1，mpc電池2電流環(huán)同理。兩個boost電路并聯(lián)共同輸出母線電壓電流udc，idc。
10、(3)所述基于后級電機推進單元的雙環(huán)模型預測控制具體的信號傳遞關(guān)系如下：
11、由給定速度n*、實際速度n、q軸電流iq和轉(zhuǎn)矩這tl四個信號輸入到mpc速度環(huán)控制器(10)中，進而輸出q軸參考電流到mpc電流環(huán)控制器(09)中。
12、由q軸參考電流d軸電流id、q軸電流iq、轉(zhuǎn)速n、角速度ω這五個信號輸人到mpc電流環(huán)環(huán)控制器(09)中，進而輸出逆變器(08)的開關(guān)狀態(tài)s1、s2、s3，驅(qū)動永磁同步電機(16)。
13、(4)為完成整個控制系統(tǒng)的運行，需要對所述的基于前級電池單元的雙環(huán)模型預測(i)、基于后級電機推進單元的雙環(huán)模型預測控制(ii)、電磁功率預測(iii)和永磁同步電機(18)進行基礎(chǔ)理論分析與模型搭建，同時按照相應設(shè)計好的模塊間的功能和信號關(guān)系進行相應的連接，具體可分為五步：
14、步驟一：建立boost變換器的數(shù)學模型。
15、步驟二：建立永磁同步電機在同步旋轉(zhuǎn)框架內(nèi)的電流和運動方程；
16、步驟三：建立基于前級電池單元的雙環(huán)模型預測控制模型。
17、步驟四：建立基于后級電機推進單元的雙環(huán)模型預測控制模型。
18、步驟五：基于永磁同步電機d,q坐標軸下方程，預測電機的電磁功率，并反饋到前級電池單元，實現(xiàn)大反饋。
19、由以上本專利技術(shù)的技術(shù)方案可知，本專利技術(shù)的有益效果在于：
20、1)電動船舶采用全模型預測控制，各變量能夠針對運行狀況的變化而迅速改變，實現(xiàn)穩(wěn)定，具有更好的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)性能。
21、2)將預測的電磁功率反饋到前級，形成一個大閉環(huán)控制，有利于控制母線電壓主動地升高或降低，縮短了母線電壓的慣性時間，降低了母線電壓因過載而震蕩甚至崩潰的可能性。
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1.一種級聯(lián)供電的純電動船舶動力系統(tǒng)下垂全模型預測控制系統(tǒng)，包括基于前級電池單元的雙環(huán)模型預測控制(I)、基于后級電機推進單元的雙環(huán)模型預測控制(II)、電磁功率預測(III)和永磁同步電機(18)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種級聯(lián)供電的純電動船舶動力系統(tǒng)下垂全模型預測控制系統(tǒng)，其特征在于：
3.如權(quán)利要求1所述的一種級聯(lián)供電的純電動船舶動力系統(tǒng)下垂全模型預測控制系統(tǒng)，其特征在于：
4.如權(quán)利要求1所述的一種級聯(lián)供電的純電動船舶動力系統(tǒng)下垂全模型預測控制系統(tǒng)，其特征在于：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種級聯(lián)供電的純電動船舶動力系統(tǒng)下垂全模型預測控制系統(tǒng)，包括基于前級電池單元的雙環(huán)模型預測控制(i)、基于后級電機推進單元的雙環(huán)模型預測控制(ii)、電磁功率預測(iii)和永磁同步電機(18)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種級聯(lián)供電的純電動...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：金平，徐歡，郭玉敬，
申請(專利權(quán))人：河海大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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