船舶电力推进变频装置控制策略研究

摘要

中国作为海洋大国，发展船舶产业势在必行。船舶新能源替代传统动力成为各界关注的重点，全电力推进舰船因其节能环保、简洁紧凑、经济高效等显著优势，吸引发达国家对其进行重点研究。本文以国际领域最为推崇也最为先进的直流区域配电系统为研究背景，研究船舶电力推进变频装置的控制策略，以期提高船舶电力推进系统的稳定性。
　　本文首先介绍了船舶电力推进系统的发展现状及主要研究方向，建立了一套包括三项交流电源、不控整流、LC滤波、变频器、推进电机、螺旋桨的相对完整的船舶电力推进系统模型，所建立的系统模型考虑了船舶的典型工况及船舶纵摇垂荡运动与推进系统间的相互影响。其次，分析了电力推进系统恒功率特性对系统稳定性的影响。将船舶电力推进系统等效简化为包括源子系统和负载子系统的级联系统，对比介绍了几种用于判定电力电子级联系统稳定性的方法。并建立了三相交流电源-不控整流-LC滤波等效源子系统的输出阻抗模型及变频器-推进电机-螺旋桨等效负载子系统的输入阻抗模型，据此提出了简便易行且可靠有效的互联系统无源性稳定性判据（PBSC）。最后，对船舶电力推进系统变频装置的控制策略进行了研究，分析了目前常用的几种的控制策略。就推进系统相关电气、控制及运行参数变化对直流区域配电系统母线电压稳定性的影响进行研究，明确提升直流母线电压稳定性的补偿机理，并提出了基于电流扰动观测（CDOB）的变频器控制策略，改善推进系统负载的恒功率负阻抗特性从而显著提高了系统的无源性，进而有效增强船舶电力推进系统直流母线电压的稳定性。MATLAB/Simulink仿真验证了本文所提出的控制策略的有效性。

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第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外发展趋势

1.3 本文主要研究内容

第2章 推进电机建模及控制

2.1 异步电机三相数学模型

2.2 坐标变换

2.3 dq旋转坐标系下的三相异步电动机数学模型

2.4 转子磁链定向矢量控制

2.5 推进电机控制系统设计

2.6 本章小结

第3章 船舶电力推进系统螺旋桨负载特性

3.1 螺旋桨工作特性曲线

3.2 螺旋桨试验建模

3.3 船-机-桨模型

3.4 仿真结果与分析

3.5 本章小结

第4章 船舶电力推进系统稳定性建模研究

4.1 船舶电力推进系统稳定性分析

4.2 基于前馈解耦的变频器-推进电机阻抗分析

4.3 直流侧输出阻抗对系统稳定性影响分析

4.4 本章小结

第5章 推进系统变频装置控制策略研究

5.1 基于直流母线电压前馈的变频器控制策略研究

5.2 基于电流扰动观测的变频器控制策略研究

5.3 控制策略仿真结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和取得的科研成果

致谢