節(jié)能及環(huán)境保護(hù)的需求使得船舶不斷提高其對(duì)傳統(tǒng)能源的利用效率，并逐漸引入清潔能源,，這在一些小型船舶中得到越來(lái)越多的應(yīng)用,。清潔能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能等通過(guò)電力變換器接入船舶電站,，是船舶電能的一個(gè)有益補(bǔ)充,，并且通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)，把柴油發(fā)電機(jī)的電能進(jìn)行存儲(chǔ),，為柴油發(fā)電機(jī)的效率提高提供了額外的自由度,。

由于其控制的靈活性，電力變換器在船舶電站中除了進(jìn)行能量變換,，還可以參與船舶電網(wǎng)電壓和頻率的調(diào)節(jié),。事實(shí)上，用逆變器調(diào)節(jié)微電網(wǎng)電壓和頻率在陸地電網(wǎng)中已經(jīng)得到大量研究,，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)載變化時(shí),，電網(wǎng)頻率和電壓均出現(xiàn)不同程度的波動(dòng)，通過(guò)并網(wǎng)逆變器的快速補(bǔ)償作用能夠削弱負(fù)載突變的影響,。

例如：文獻(xiàn)[2]利用并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)功率補(bǔ)償,，提高電網(wǎng)故障情況下的性能。文獻(xiàn)[3]通過(guò)無(wú)功電流注入,，減小三相電壓的不平衡和功率振蕩,。文獻(xiàn)[4]通過(guò)無(wú)功功率協(xié)調(diào)控制提高節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[5-6]則采用虛擬同步機(jī)（Virtual Synchronous Generator, VSG）技術(shù)穩(wěn)定電網(wǎng)電壓和頻率,。文獻(xiàn)[7]通過(guò)一種電壓型功率控制同時(shí)調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓和頻率,。

上述方法由于應(yīng)用于傳統(tǒng)電網(wǎng)，能夠獲取的信息僅僅是電網(wǎng)頻率和電壓,，在實(shí)際應(yīng)用中需要知道模型參數(shù)如線路阻抗,，或者采用閉環(huán)技術(shù),，前者實(shí)現(xiàn)起來(lái)成本較高，即使采用等效計(jì)算也需要實(shí)時(shí)采集大量電網(wǎng)參數(shù),，而后者則容易引起功率振蕩,，需要精心設(shè)計(jì)控制參數(shù)，并適應(yīng)不同負(fù)載情況,，算法較為復(fù)雜,。

在由柴油發(fā)電機(jī)構(gòu)建的微電網(wǎng)中同樣面臨著柴油機(jī)與逆變器的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題。由于柴油發(fā)電機(jī)調(diào)整過(guò)程慢,，對(duì)能量瞬時(shí)突變的適應(yīng)能力差,，逆變器可以利用其能量控制的快速性，抵消負(fù)載能量的突變,，從而提高微網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,。

文獻(xiàn)[11]在柴油發(fā)電機(jī)模型分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種指數(shù)衰減的有功電流給定方法,，以抵消負(fù)載突變影響,，但是柴油發(fā)電機(jī)參數(shù)難以確定，因此衰減指數(shù)選取不易,。文獻(xiàn)[12]把虛擬同步機(jī)技術(shù)引入柴油發(fā)電機(jī)微網(wǎng)系統(tǒng)，通過(guò)VSG的一次調(diào)頻和柴油發(fā)電機(jī)的二次調(diào)頻,，提高了系統(tǒng)頻率和電壓的穩(wěn)定性,，但兩次調(diào)頻控制之間的交互影響缺乏分析。

實(shí)際應(yīng)用中,，并網(wǎng)逆變器和柴油機(jī)還應(yīng)考慮工作模式及其切換問(wèn)題,，二者既可以獨(dú)立工作也可以協(xié)同運(yùn)行，類似的陸地微網(wǎng)中也要考慮并網(wǎng)與孤島兩種運(yùn)行模式問(wèn)題,。如果不同模式下采用不同的控制方法,，需要控制方法的平滑切換，可以通過(guò)合理初始化不同控制器的參數(shù)實(shí)現(xiàn),，也可以采用同一種控制方法以適應(yīng)不同工作狀態(tài),，但控制器參數(shù)或結(jié)構(gòu)通常也需要調(diào)整。

就并網(wǎng)而言,，兩電網(wǎng)并入前進(jìn)行預(yù)同步處理是一個(gè)容易實(shí)現(xiàn)的方法,，有利于減少并網(wǎng)沖擊。在柴油發(fā)電機(jī)微網(wǎng)應(yīng)用中,，文獻(xiàn)[15]探討了柴油機(jī)與逆變器協(xié)調(diào)工作的幾種模式,，但對(duì)各種模式下的控制方法缺乏深入研究。文獻(xiàn)[16]研究了并網(wǎng)逆變器與柴油發(fā)電機(jī)不同模式下的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題,，對(duì)并網(wǎng)逆變器采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的控制策略,，特別研究了柴油發(fā)電機(jī)與逆變器工作模式切換問(wèn)題,，柴油機(jī)并網(wǎng)采用了預(yù)同步技術(shù)，但是該文沒(méi)有研究負(fù)載對(duì)系統(tǒng)的影響,。

相對(duì)于陸地電網(wǎng),，船舶電站有其特殊性。首先船舶電站中發(fā)電機(jī)和并網(wǎng)逆變器數(shù)量少,，進(jìn)行各種狀態(tài)切換時(shí)要保證網(wǎng)上至少有一臺(tái)設(shè)備在持續(xù)供電,；其次逆變器和柴油發(fā)電機(jī)容量相當(dāng)且和負(fù)載匹配，設(shè)備離/并網(wǎng)容易對(duì)電網(wǎng)造成沖擊,；此外,，船舶電站中電能傳統(tǒng)上由柴油發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，為減小系統(tǒng)噸位,，柴油發(fā)電機(jī)容量與負(fù)載相匹配,，電網(wǎng)電壓與頻率極易受負(fù)載突變的影響。

針對(duì)上述問(wèn)題,，并且考慮到現(xiàn)有船舶電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)組與負(fù)載的控制都集中在船舶電站集控室中,，各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)容易獲得，本文提出一種船舶柴油發(fā)電機(jī)與并網(wǎng)逆變器協(xié)調(diào)運(yùn)行的控制策略：通過(guò)負(fù)載電流全前饋,，解決并網(wǎng)逆變器獨(dú)立運(yùn)行時(shí)的負(fù)載突變問(wèn)題,；通過(guò)提取負(fù)載電流高頻分量并將其疊加至逆變器電流參考量，解決和柴油發(fā)電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載突變問(wèn)題,；通過(guò)狀態(tài)鎖定方法解決柴油發(fā)電機(jī)離/并網(wǎng)過(guò)程中的功率動(dòng)蕩和不穩(wěn)定問(wèn)題,。

此外，本文還分析了電流變化量提取算法參數(shù)與發(fā)電機(jī)參數(shù)匹配問(wèn)題以及不同負(fù)載情況下并網(wǎng)的電流沖擊問(wèn)題,，最后給出了系統(tǒng)整體離/并網(wǎng)控制策略,。該控制策略為船舶電站中并網(wǎng)逆變器與柴油發(fā)電機(jī)組間的協(xié)調(diào)控制提供了整套可行方案，提高了船舶電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性,。

圖9  狀態(tài)預(yù)鎖定離,、并網(wǎng)切換技術(shù)

圖10  整體控制框圖（d軸）

圖21  實(shí)驗(yàn)平臺(tái)