一种考虑外部威胁的船舶综合电力系统的重构方法技术方案

本发明专利技术一种考虑外部威胁的船舶综合电力系统的重构方法，包括：步骤1：检测外部威胁；步骤2：协调器向子系统发送消除威胁所需的命令；步骤3：每个子系统控制器将检查该命令是否违反操作约束，若不违反则执行步骤6；步骤4：如果存在任何违反约束的情况，子系统需要找到一个替代的最优重构序列并将其发送给协调器；步骤5：协调器接收来自子系统的所有请求，并找到最佳解决方案，然后将其发送给子系统；步骤6：局部控制器接受协调器发出的命令。本发明专利技术能够有效避免单点失效问题，有着更加高效、稳健、快速等优点，双层重构框架策略能够承担更多的负载，能够最大限度地减少外部威胁对系统的影响并同时保持系统性能。并同时保持系统性能。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑外部威胁的船舶综合电力系统的重构方法


[0001]本专利技术属于船舶电力系统领域，具体的是涉及一种考虑外部威胁的船舶 综合电力系统重构框架以及重构方法。

技术介绍

[0002]中压直流船舶综合电力系统被认为是为满足船舶日益增长电力需求的发 展趋势。无论是推进电机等连续负载，还是脉冲负载等间歇性高功率负载， 船舶综合电力系统作为孤岛微电网担负着为电气设备提供能量的重任。电力 系统的损坏或这些特殊负载的突增都会严重影响船舶的正常运行，甚至造成 任务失败。近些年来，重构被认为是一个优化问题，目标是提高稳定裕度、 向负载输出最大功率等，集中式方法如图论、网络流法、专家系统或分布式 方法如多智能体系统都可用于解决该优化问题，但现有的基于多智能体的方 法主要是为处理相对简单的场景而设计的，当多个随机故障同时出现时，基 于多智能体方法的适用性和有效性尚未得到充分评估。
[0003]同时，这些研究存在没有考虑诸如恶劣天气、战斗、打击等外部干扰的 局限。并且随着问题规模和系统复杂程度的增加，集中式重构方法变得计算 量大、效率低，而分布式重构方法将更加高效和稳健。然而，无论采用上述 何种方法，都没有充分考虑复杂负载特性和外部威胁带来的影响。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术设计了一种新的双层重构框架，该框架由一 组区域重构即子系统重构和一组全局重构即全船级重构组成，基于此重构框 架，开发了考虑外部威胁的船舶综合电力系统的重构方法和扩展混杂模型， 解决了存在外部威胁船舶综合电力系统重构问题，并在扩展的船舶综合电力 系统混杂模型的基础上，设计了船舶综合电力系统的子系统重构和全局重构 方法。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术是一种考虑外部威胁的船舶综合电力系统的重构方法，该构成方 法利用分布式框架完成重构，具体包括如下步骤：
[0007]步骤1：建立扩展混杂模型描述电力系统的物理性质，检测外部威胁；
[0008]步骤2：协调器向子系统发送消除威胁所需的命令；
[0009]步骤3：每个子系统控制器将检查该命令是否违反操作约束，若不违反则 执行步骤6；
[0010]步骤4：如果存在任何违反约束的情况，子系统需要找到一个替代的最优 重构序列并将其发送给协调器；
[0011]步骤5：协调器接收来自子系统的所有请求，并找到最佳解决方案，然后 将其发送给子系统；
[0012]步骤6：局部控制器接受协调器发出的命令。
[0013]本专利技术的进一步改进在于：分布式框架为双层分布式控制框架，包括全 局层和数个子系统层，每个子系统层均由自己的局部控制器来执行子系统层 区域内的控制，所述局部控制器处理内部故障和边界内扰动并进行能量管理， 每个子系统层的局部控制器均和协调器通信，实现多区域控制策略，通过局 部控制器直接实行区域重构，协调器实行全局重构。
[0014]本专利技术的进一步改进在于：所述步骤4中重构序列包括子系统重构和全 局重构，子系统重构为子系统可以改变其内部配置以满足当前任务，所述全 局重构是指子系统可能会影响其他子系统或者对其他子系统有一定的要求， 子系统可以根据当前任务改变其内部配置，当子系统在搜索重构策略时，若 需要其它子系统协助，此重构方法会输出它自身及其它子系统需要采取的控 制集合，所述协调器不仅可以根据当前任务向子系统发送命令，还可以协调 子系统间所有的响应，做出最优决策。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]1.与集中式重构方法相比，利用分布式重构方法能够有效避免单点失效问 题，有着更加高效、稳健、快速等优点；
[0017]2.与多智能体分布式重构策略相比，双层重构框架策略能够承担更多的负 载；
[0018]3.相比于其他重构方法，本专利考虑了船舶综合电力系统存在外部威胁的 情况，能够最大限度地减少外部威胁对系统的影响并同时保持系统性能。
附图说明
[0019]图1是本专利技术四区船舶综合电力系统示意图。
[0020]图2是本专利技术船舶综合电力系统通用分布式控制框架。
[0021]图3是本专利技术重构策略框图。
[0022]图4是本专利技术任务负载需求概况。
[0023]图5是本专利技术子系统重构流程。
[0024]图6是本专利技术全局协调流程。
具体实施方式
[0025]以下将以图式揭露本专利技术的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的 细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用 以限制本专利技术。也就是说，在本专利技术的部分实施方式中，这些实物上的细节 是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中 将以简单的示意的方式绘示之。
[0026]本专利技术涉及的船舶综合电力系统可以分为几个区域，每个区域为一个子 系统，每个区域相互联系又相互独立。本实施例以一个四区船舶综合电力系 统为例，图1为本实施例中船舶综合电力系统结构图。该四区船舶综合电力 系统包括两台主发电机(MTG)、三台辅助发电机(ATG)和一台备用柴油发电机 (BDG)，它们可以同时独立地为左舷和右舷总线供电。任务负载和推进模块通 过左舷和右舷总线供电。每个区域都有一个动力系统控制模块为区域负载(ZL) 供电，其位于集成电源节点中心(IPNC)和交流负载中心(ACLC)。根据运行优 先级和中断性，区域负载优先级可进一步分为重要负载、中等重要负载(SV) 和不重要负载(NV)。在正常模式中，区域负责负载的供电，当发生干扰阻止 区域向负载的供电事
件时，负载将有机会通过重构由相邻区域供电。表1为 各器件参数。
[0027]表1 船舶综合电力系统参数
[0028][0029]本专利技术采用的双层分布式控制框架如图2所示，包括全局层和数个子系 统层，每个子系统层均由自己的局部控制器来执行子系统层区域内的控制， 所述局部控制器处理内部故障和边界内扰动并进行能量管理，每个子系统层 的局部控制器均和协调器通信，实现多区域控制策略，通过局部控制器直接 实行区域重构，协调器实行全局重构。
[0030]如附图3所示，一种考虑外部威胁的船舶综合电力系统的重构方法具体 包括如下步骤：
[0031]步骤1：检测外部威胁；
[0032]步骤2：协调器向子系统发送消除威胁所需的命令；
[0033]步骤3：每个子系统控制器将检查该命令是否违反操作约束，若不违反则 执行步骤6；
[0034]步骤4：如果存在任何违反约束的情况，子系统需要找到一个替代的最优 重构序列并将其发送给协调器；
[0035]步骤5：协调器接收来自子系统的所有请求，并找到最佳解决方案，然后 将其发送给子系统；
[0036]步骤6：局部控制器接受协调器发出的命令。
[0037]协调器在寻找最优重构序列时会出现一下两种情况：一是子系统可以改 变其内部配置以满足当前任务，二是子系统可能会影响其他子系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑外部威胁的船舶综合电力系统的重构方法，其特征在于：该构成方法利用分布式框架完成重构，具体包括如下步骤：步骤1：建立扩展混杂模型描述电力系统的物理性质，检测外部威胁；步骤2：协调器向子系统发送消除威胁所需的命令；步骤3：每个子系统控制器将检查该命令是否违反操作约束，若不违反则执行步骤6；步骤4：如果存在任何违反约束的情况，子系统需要找到一个替代的最优重构序列并将其发送给协调器；步骤5：协调器接收来自子系统的所有请求，并找到最佳解决方案，然后将其发送给子系统；步骤6：局部控制器接受协调器发出的命令。2.根据权利要求1所述一种考虑外部威胁的船舶综合电力系统的重构方法，其特征在于：所述分布式框架为双层分布式控制框架。3.根据权利要求2所述一种考虑外部威胁的船舶综合电力系统的重构方法，其特征在于：所述双层分布式控制框架包括全局层和数个子系统层，每个子系统层均由自己的局部控制器来执行子系统层区域内的控制，所述局部控制器处理内部故障和边界内扰动并进行能量管理，每个子系统层的局部控制器均和协调器通信，实现多区域控制策略，通过局部控制器直接实行区域重构，协调器实行全局重构。4.根据权利要求1所述一种考虑外部威胁的船舶综合电力系统的重构方法，其特征在于：所述步骤4中重构序列包括子系统重构和全局重构，子系统重构为子系统可以改变其内部配置以满足当前任务，所述全局重构是指子系统可能会影响其他子系统或者对其他子系统有一定的要求。5.根据权利要求4所述一种考虑外部威胁的船舶综合电力系统的重构方法，其特征在于：所述子系统重构具体包括如下步骤：步骤1：输入Γ
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱琬璐，梁正卓，智鹏飞，朱志宇，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：