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直流分区全电力船舶电力系统的实时电力负荷管理

摘要

全电力船舶电力系统的发电能力有限，包含了相对于总功率的大部分非线性负荷和动态负荷。在直流区域船舶电力系统中，电源在实际运行中需要满足约束条件和电机负载电压约束条件。突然的负载变化可能导致系统的交流侧出现明显的频率振荡。这个负载动态和优先级也需要考虑。因此，直流分区系统中的单个负载需要在运行实时中最佳调节，以改善电能质量和系统L。完全稳定。本文针对全电力船舶电力系统的直流分区系统，提出了一种异构多智能体系统(MAS)框架，实现了船舶动力系统的动态发电和负载平衡。在满足操作约束的同时考虑负载优先级。该方法将系统动力学和各种操作约束集成到MAS中，并对个体进行控制。l使用分散的合作控制器来加载。

在PSCAD软件中模拟的两区名义全电动船舶电力系统的仿真结果证明了该系统的可行性和性能。SED技术

关键字

全电力船舶动力系统

合作管理

动态平衡

多功能系统

脉冲负载

实时负荷管理

1. 介绍

与大型电力系统相比，全电力船舶电力系统的发电能力有限，惯性小.这些系统通常包括相对于总发电能力，这可能降低稳定性裕度。

全电力船舶电力系统中的脉冲负载在短时间内消耗了大量的电力，这可能会引起明显的影响。蚂蚁频率或电压振荡。在直流分区系统中，需要满足各种变换器约束和电机负载电压约束。高优先级负载需要在低优先级负载之前提供服务。负荷动态对系统级稳定性的影响也需要考虑。因此，一种有效的直流分区全负荷实时管理技术-电力船舶电力系统应在满足运行约束和考虑负荷优先级的同时，优化调节单个负荷的功率设定点或开关状态。

大型电力系统负荷管理的目的是在达到一定目标的同时，实现负荷与发电的平衡，如最大的利润幅度和降低最大负荷。决策时间步骤大型电力系统负荷管理的顺序是分钟到小时。动态规划和智能计算技术是解决负荷管理问题的集中式方法。特快专递。然而，全电力船舶动力系统具有更快的动力学和有限的转动惯量，这就要求负荷管理的决策时间步长要小得多，以提高系统的稳定性。。否则，系统可能在任何控制操作之前变得不稳定。船舶的实时负荷管理被定义为一个二级控制问题，它需要一个毫秒级的决策。瓦尔。对于多负荷、复杂网络电路的船舶，集中控制方法往往难以在较短的时间间隔内进行负荷控制决策。因为大众的目标是合作为了实现集权方法难以达到的群体目标，本文提出了一种分散的MAS框架，解决了全电力系统的实时负荷管理问题。船舶电力系统

摘要MAS协作控制器是受鸟群、鱼群和细菌觅食等生物现象的启发，在车辆编队和多机器人系统中得到了广泛的应用。茎。摘要MAS技术已应用于解决电力工程中具有挑战性的问题，如电源管理、能量管理、二次电压控制、广域控制、恢复等。保护等因为电力系统包括各种同质质量模型采用不同的动力系统建模的电力元件，在解决非均匀构件模型的实时负荷管理问题上存在困难。先前的研究讨论了异构质量在船舶电力系统中应用的优势和挑战。本文提出了一种适用于直流区域船舶电力系统的异构MAS协同控制方法。最优地确定开关状态或负载的功率设定点，同时满足运行约束和考虑负载优先级的优化。

本文概要如下。第二节提出了一种概念上的全电力船舶电力系统模型.在第三节中，提出了一种新的异构MAS框架来实现实时。直流分区全电力船舶电力系统负荷管理。第四节给出了一个案例研究，说明了该方法的可行性和有效性。这项工作的摘要是g。甚至在第5节。最后，结论载于第六节。

2.概念全电力船舶电力系统模型

图1给出了概念上全电力船舶动力系统的单线图.组件定义如表1所示。船舶动力系统包括两个主要的涡轮发电机(Mtgs)，两个辅助涡轮发电机(Atgs)，两个推进负荷，一个脉冲负载，四个变压器将线路电压从13.8kV转换到4.16kV，以及一个包含四个Identica的直流分区系统。洛杉矶特区。每个直流区域包括两个直流配电总线，一个右舷侧总线和一个端口侧总线。直流配电母线由PCM 4(整流器)供电，可转换4.16kv 3 ph交流电压t。0 1000 V直流电压。每个PCM 4一次只服务于一个区域的一侧，即右舷总线或端口侧总线。每台PCM 4的功率容量为2MW。每条直流配电总线连接t。将1000 V直流转换成三个电压电平，以在不同电压水平上为直流负载服务的PCM 1。pcm2s(逆变器)由800伏dc-dc转换器供电，并将800 v dc转换成3-ph 450。VAC为交流电负载服务。系统模型的参数和详细描述可在参考文献中找到。

图1.概念全电力船舶电力系统模型的单线图。

Table 1. Component definitions.

在直流区域，负荷被指定为重要的、半重要的和非重要的负载.重要的载荷是维持船的军事效能所必需的。失去重要负荷是不能接受的飞船的生存能力。重要载荷有正常路径和交替路径，从而提高了重要负载的可靠性。半生命载荷对船舶的运行和生存有着重要的影响。是的，但可以被剥离，以防止船舶的力量完全丧失。非重要载荷可以立即卸下，而不会影响船舶的生存能力。半生命负载和非生命负载只接收一个功率。喂养.

3.基于异构MAS协同控制的直流分区实时负荷管理

实时负荷管理系统负责最优地确定单个负荷的开关状态或功率设定点，使用通信和本地测量来实现动态生成。以及负载平衡，这被定义为一个次要控制问题。图2显示了电力系统MAS框架的总体图。电力系统被划分成一组当选人。医疗子系统每个代理测量来自每个子系统的本地信息，并与其邻居进行通信。每个代理都使用一个分散控制器来控制每个子系统

图2.电力系统多智能体系统框架图。

提出了一种新的适用于直流分区全电力船舶电力系统实时负荷管理的异构MAS。转换器层和负载层质量被设计成真实的。-利用人工势函数和合作控制器进行时间负荷管理。

3.1.DC分区MAS概述

如图3所示，一个概念上的全电力船舶电力系统是基于单个电气组件进行划分的.该dc分区多智能体系统包括一个转换器层MAS，其中包含每个转换器代理包含一个负载层MAS，其中包含N个负载代理.通信中心的定义是为了简化dc区域的通信网络结构。马斯。每个通信集线器与由同一直流分布总线服务的转换器代理通信，并相互交换信息。转换层MAS，如图4(A)所示，i包括通信集线器、转换代理和通信链接。转换器层MAS管理一组转换器代理，并确定每个负载层MAS的可用功率。每个海螺TE代理可以通过通信集线器与其他转换器代理交换信息。负载层MAS包括转换器代理和N个负载代理组，如图4（b）所示。负载由同一转换器提供的S由负载层MAS管理，该MAS确定每个负载的功率设置点或开关状态。在每个负载层MAS中，负载代理相互通信。以及通过通信链路的转换器代理。每个转换器或负载代理使用协作控制器进行决策，该控制器基于本地测量和与其他负载的通信，转换器o。r通讯枢纽。

图3.一种概念上的全电力船舶电力系统及其直流分区多智能体系统的图。

图4.转换器层和负载层质量的拓扑。

4.1.个案研究

在案例研究中，通过改变直流区域的脉冲负荷需求和单个负荷需求，研究了该方法的动态特性。脉冲负载为5s脉宽，脉宽为0.8mW。练习曲。脉冲负载的斜率为10 mW/s。如图9所示，脉冲负载从3到8s。在dc区2，五个负载的开关状态被改变以改变总负载需求。在直流纬向系统中，如表5所示。

图9.脉冲负载需求

Table 5. Switch status of some loads in DC zone 2.

直流分区系统可用功率和总负荷需求如图10所示。在t=3s时，由于脉冲负载的连接，直流分区系统的可用功率减少；为了满足可用功率容量的约束，还立即降低了直流分区系统的负荷需求，以跟踪可用功率信号。在t=8s时，直流带的可用功率L系统因脉冲负载断开而增加。由于交流An的负载需求，直流分区系统的总负荷需求缓慢增加，以跟踪可用的功率信号。D DC电机负载逐渐增加时，这些负载服务。当不提供脉冲负载时，可用功率大于总负载需求。由PCM4-1重新加载的所有负载它们的最大功率额定值和pcm 4-2的输入功率达到pcm 4的功率容量，如图11所示，因此dc区域系统的总负荷需求已经达到最大值。拥有权力。总负荷需求的变化发生在2和7s，如图10所示，是由DC区2的负荷变化引起的。在t=2s时，dc区2中的恒负载4与系统连接，c对总负荷需求的振荡感到惊讶。

图10.直流分区系统的总负荷需求和可用功率。

图11.直流分区系统中PCM4-1和PCM4-2的输入功率。

ATG发生器的频率行为如图12所示。系统的频率振荡是由系统的负荷突变引起的。最大频率偏差为0.9Hz，较小。在IEEE-Sd-45中给出的稳态频率公差(标称值的3%)。代理控制信号不是基于这个频率限制，而是基于这个频率偏差公差。作为一个参考，以显示控制系统的性能。端口端PCM 1的直流-直流变换器在直流区1的输出电压如图13所示。自dc-dc锥的输出电压RTER由本地电压调节器控制，电压保持在标称值。负荷变化时存在较小的电压变化。电机输入电压约束由于电压下降幅度远小于标称值的5%，在实时运行中得到了满意的效果。

4.2.性能分析

在性能分析中，设计了两种方案来评估DC区域MAS的动态性能。在方案一中，我们用四个案例研究了脉冲坡度的影响。负载对直流区多智能体系统动态性能的影响。在每种情况下，脉冲负载具有相同的功率大小，但有不同的斜坡速率。在方案二中，有五个案例被用作研究对象。研究了脉冲负载大小对直流多智能体系统动态性能的影响。在每种情况下，脉冲负载具有相同的斜坡速率，但有不同的功率大小。

表9总结了结果。结果表明，每种情况下ATG频偏的大小都远小于最大允许频率偏差。因此，动力ATG发生器频率在1~5情况下的行为符合IEEE-Sd-45的频率要求.当脉冲负载连接时，最大频率偏差在ea中几乎相同。当脉冲负载断开时，最大频率偏差随脉冲负载大小的增大而增大。如果没有实现实时负载管理在模拟中，最大频率

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