Power-Voltage Model Predictive Control Method for Port Vehicle-Crane Interconnected DC Networking System

MEI Qi; HUANG Wentao; WANG Liangxiu; YANG Huanhong; WANG Jie; ZHANG Yuyang

doi:10.7500/AEPS20250226003

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Power-Voltage Model Predictive Control Method for Port Vehicle-Crane Interconnected DC Networking System

Application Research | 更新时间：2026-02-28

- Power-Voltage Model Predictive Control Method for Port Vehicle-Crane Interconnected DC Networking System
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 21, Pages: 160-170(2025)
- 作者机构：
  
  1.上海电力大学电气工程学院，上海市 200090
  2.电力传输与功率变换控制教育部重点实验室（上海交通大学），上海市 200240
  3.中国船舶集团第七零四研究所，上海市 200330
  4.上海非碳基能源转换与利用研究院，上海市 200240
  5.中国电能成套设备有限公司，北京市 100080
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52177100);Natural Science Foundation of Shanghai under Shanghai Action Plan for Science, Technology and Innovation(24ZR1436700)
- DOI：10.7500/AEPS20250226003
  CLC：
- Received：26 February 2025，
  
  Revised：2025-05-19，
  
  Online First：14 August 2025，
  
  Published：10 November 2025
- 稿件说明：
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梅琪,黄文焘,王良秀等.港口车-桥互联直流组网系统功率-电压模型预测控制方法[J].电力系统自动化,2025,49(21):160-170.

MEI Qi,HUANG Wentao,WANG Liangxiu,et al.Power-Voltage Model Predictive Control Method for Port Vehicle-Crane Interconnected DC Networking System[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(21):160-170.
梅琪,黄文焘,王良秀等.港口车-桥互联直流组网系统功率-电压模型预测控制方法[J].电力系统自动化,2025,49(21):160-170. DOI： 10.7500/AEPS20250226003.

MEI Qi,HUANG Wentao,WANG Liangxiu,et al.Power-Voltage Model Predictive Control Method for Port Vehicle-Crane Interconnected DC Networking System[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(21):160-170. DOI： 10.7500/AEPS20250226003.

摘要

岸桥负荷受集装箱重量及吊运加速度影响呈短时大功率冲击特性，通过增大拉力来提升岸桥效率会产生较大的功率冲击。针对岸桥运行效率提升与功率冲击平抑难以兼顾的问题，首先，构建岸桥与电动集卡互联的直流微网，以此为基础，提出车-桥协同优化效率和电压的模型预测控制方法，以协调控制集装箱升降加速度与集卡储能下垂系数，提升岸桥运行效率并优化直流电压。然后，建立车-桥互联系统母线电压-岸桥效率-集卡储能出力的状态空间方程，设计基于直流电压暂态恢复过程的权重自适应计算方法，提出以最小化直流电压偏差和最优化岸桥运行效率为目标的代价函数，从而快速平抑效率提升产生的功率冲击。最后，通过RT-LAB半实物仿真表明，所提方法可有效提升直流电压稳定性，在不同的集装箱重量与集卡数量下可提升1.7%~3.0%的岸桥运行效率。

Abstract

The quay crane load

influenced by container weight and lifting acceleration

exhibits the characteristics of short-duration high-power impacts. Increasing hoisting force to improve the efficiency of quay crane exacerbates power impacts. To address the trade-off between operation efficiency enhancement and power impact mitigation of the quay crane

first

a DC microgrid interconnecting quay cranes and electric container trucks is constructed. On this basis

a model predictive control method for vehicle-crane coordinated efficiency and voltage optimization is developed. By coordinating container lifting acceleration and the energy storage droop coefficient of container trucks

the proposed method improves quay crane operation efficiency and optimizes the DC voltage. Then

a state-space equation integrating bus voltage

quay crane efficiency

and container truck energy storage output in vehicle-crane interconnected system is developed. A weight adaptive calculation method based on the transient recovery process of DC voltage is designed

and a cost function aiming to minimize DC voltage deviation and optimize quay crane operation efficiency is formulated to rapidly suppress the power impacts caused by efficiency enhancement. Finally

RT-LAB hardware-in-the-loop simulation demonstrates that the proposed method effectively improves DC voltage stability and improves the quay crane operation efficiency by 1.7%∼3.0% under different container weights and container truck quantities.

关键词

Keywords

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