港口车-桥互联直流组网系统功率-电压模型预测控制方法

梅琪; 黄文焘; 王良秀; 杨欢红; 王杰; 张宇阳

doi:10.7500/AEPS20250226003

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港口车-桥互联直流组网系统功率-电压模型预测控制方法

研制与开发 | 更新时间：2026-02-28

- 港口车-桥互联直流组网系统功率-电压模型预测控制方法
- Power-Voltage Model Predictive Control Method for Port Vehicle-Crane Interconnected DC Networking System
- 电力系统自动化 2025年49卷第21期页码：160-170
- 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：
  
  梅琪(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：交直流多端口能量路由器控制。E-mail：674707594@qq.com
  黄文焘(1989—)，男，通信作者，教授，博士生导师，主要研究方向：海洋微电网、船舶电力系统控制、电力系统继电保护等。E-mail：hwt8989@sjtu.edu.cn
  王良秀(1981—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：舰船电力设备研制、电站成套系统集成和综合电力推进技术。E-mail：wunglx@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52177100);上海市“科技创新行动计划”自然科学基金资助项目(24ZR1436700)
- DOI：10.7500/AEPS20250226003
  中图分类号：
- 收稿：2025-02-26，
  
  修回：2025-05-19，
  
  网络首发：2025-08-14，
  
  纸质出版：2025-11-10
- 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

references

GHANA R F . Assessment of alternative maritime power （cold ironing） and its impact on port management and operations ［D］. Malmo， Sweden ： World Maritime University ， 2009 .

李昊，邰能灵，余墨多，等 . 港口能源-物流耦合优化调度模型与方法综述［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 14 ）： 1 - 21 .

LI Hao ， TAI Nengling ， YU Moduo ， et al . Review on energy-logistics coupled optimal dispatching models and methods for port ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 14 ）： 1 - 21 .

戴磊，王玉冰，郭思清，等 . 港口岸电系统部署规划技术与运营方法综述［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 3 ）： 42 - 59 .

DAI Lei ， WANG Yubing ， GUO Siqing ， et al . Review on deployment planning techniques and operational methods for port shore power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 3 ）： 42 - 59 .

魏皓，黄文焘，余墨多，等 . 集装箱海港级联物流-能源耦合系统协同优化方法［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 7 ）： 2461 - 2472 .

WEI Hao ， HUANG Wentao ， YU Moduo ， et al . Collaborative optimization method for container seaport cascading logistics-energy coupling systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 7 ）： 2461 - 2472 .

PARISE G ， PARISE L ， MALERBA A ， et al . Comprehensive peak-shaving solutions for port cranes ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2017 ， 53 （ 3 ）： 1799 - 1806 .

LEAL W C ， GODINHO M O ， BASTOS R F ， et al . Cascaded interleaved DC-DC converter for a bidirectional electric vehicle charging station ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2024 ， 71 （ 4 ）： 3708 - 3717 .

ZHANG F ， HU Z C ， XIE X ， et al . Assessment of the effectiveness of energy storage resources in the frequency regulation of a single-area power system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 5 ）： 3373 - 3380 .

ZHAO N ， SCHOFIELD N ， NIU W Q ， et al . Hybrid power-train for port crane energy recovery ［C］// 2014 IEEE Conference and Expo Transportation Electrification Asia-Pacific ， August 31-September 3 ， 2014 ， Beijing， China .

SADIQ M ， ALI S W ， TERRICHE Y ， et al . Future greener seaports： a review of new infrastructure， challenges， and energy efficiency measures ［J］. IEEE Access ， 2021 ， 9 ： 75568 - 75587 .

KERMANI M ， PARISE G ， MARTIRANO L ， et al . Optimization of peak load shaving in STS group cranes based on PSO algorithm ［C］// 2018 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2018 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe ， June 12-15 ， 2018 ， Palermo， Italy .

KERMANI M ， SHIRDARE E ， PARISE G ， et al . A comprehensive technoeconomic solution for demand control in ports： energy storage systems integration ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2022 ， 58 （ 2 ）： 1592 - 1601 .

王闪闪，赵晋斌，毛玲，等 . 基于电动汽车移动储能特性的直流微网控制策略［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 20 ）： 31 - 38 .

WANG Shanshan ， ZHAO Jinbin ， MAO Ling ， et al . A control strategy based on mobile energy storage characteristic of electric vehicles in DC micro-grid ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 20 ）： 31 - 38 .

孙利，陈武，蒋晓剑，等 . 能源互联网框架下多端口能量路由器的多工况协调控制［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 3 ）： 32 - 39 .

SUN Li ， CHEN Wu ， JIANG Xiaojian ， et al . Coordinated control of multiple operation conditions for multi-port energy router in energy Internet framework ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 3 ）： 32 - 39 .

NAEEM D ， GHEITH M ， ELTAWIL A . Integrated scheduling of AGVs and yard cranes in automated container terminals ［C］// 2021 IEEE 8th International Conference on Industrial Engineering and Applications ， April 23-26 ， 2021 ， Chengdu， China .

师长立，贺亦琛，何俊强，等 . 考虑氢-电负荷特性的港区能量管理方法［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 2 ）： 133 - 141 .

SHI Changli ， HE Yichen ， HE Junqiang ， et al . Energy management method for port areas considering hydrogen-electricity load characteristics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 2 ）： 133 - 141 .

ZHONG R X ， WEN K X ， FANG C L ， et al . Real-time multi-resource jointed scheduling of container terminals with uncertainties using a reinforcement learning approach ［C］// 2022 13th Asian Control Conference ， May 4-7 ， 2022 ， Jeju， Korea .

GARRIDO J ， HIDALGO E ， BARTH M ， et al . En-route opportunity charging for heavy-duty battery electric trucks in drayage operations： case study at the southern California ports ［C］// 2022 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference ， November 1-4 ， 2022 ， Merced， USA .

FANG S D ， WANG H D . Optimization-based energy management for multi-energy maritime grids ［M］. Cham ： Springer Nature Singapore ， 2021 .

赵书强，王慧，田娜，等 . 基于模型预测控制的直流微电网虚拟惯性优化方法［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 12 ）： 3264 - 3276 .

ZHAO Shuqiang ， WANG Hui ， TIAN Na ， et al . Model predictive control based DC microgrid virtual inertia optimal method ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 12 ）： 3264 - 3276 .

陈虹 . 模型预测控制［M］. 北京：科学出版社， 2013 .

CHEN Hong . Model predictive control ［M］. Beijing ： Science Press ， 2013 .

方涛 . 基于MPC理论的自动驾驶电动汽车速度控制研究［D］. 成都：西华大学， 2022 .

FANG Tao . Research on speed control of a self-driving electric car based on MPC theory ［D］. Chengdu ： Xihua University ， 2022 .

胡思哲，黄文焘，邰能灵，等 . 主动参与惯性调频的船舶变频负载电机-电容协同控制方法［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 19 ）： 7555 - 7567 .

HU Sizhe ， HUANG Wentao ， TAI Nengling ， et al . Active inertia control strategy for variable speed load participating in ship microgrid frequency regulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 19 ）： 7555 - 7567 .

林泽川，黄宣睿，肖曦 . 阵列式直驱波浪发电系统集中式模型预测控制方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 22 ）： 191 - 198 .

LIN Zechuan ， HUANG Xuanrui ， XIAO Xi . Centralized model predictive control method for arrays of direct-drive wave energy converters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 22 ）： 191 - 198 .

李美贞 . 集装箱码头岸桥选型综合评价体系研究［D］. 上海：上海海事大学， 2005 .

LI Meizhen . Research on the comprehensive evaluation system for the selection of container terminal wharf quay crane ［D］. Shanghai ： Shanghai Maritime University ， 2005 .

朱晓荣，孟凡奇，谢志云 . 基于虚拟同步发电机的直流微网DC-DC变换器控制策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 21 ）： 132 - 140 .

ZHU Xiaorong ， MENG Fanqi ， XIE Zhiyun . Control strategy of DC-DC converter in DC microgrid based on virtual synchronous generator ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 21 ）： 132 - 140 .

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