船舶电力推进系统中制动能量回馈存储方法研究

摘要

在船舶电力推进系统中，当船需要快速制动时，将产生巨大的制动能量，这部分能量通过变频器回馈到直流侧时，将引起直流侧电压迅速上升，直接危害着其它设备的正常工作，甚至对船员人身安全构成威胁。目前，对船舶制动回馈的巨大能量采用制动电阻吸收的方式处理，通过热能的形式散发到空气中，显然，该方法浪费能源、破坏环境。若对该部分能量回收利用势必创造出巨大的经济利益。因此，对船舶电力推进系统中制动能量回馈存储方法的研究十分必要，本文采用超级电容储能的方式对其进行存储。
　　首先，通过阅读国内外文献，分析了船舶电力推进系统制动能量回馈的特点，了解当前的各种储能技术的发展现状及特点，综合考虑，确定用超级电容器进行能量存储。对超级电容的储能机理及数学等效模型进行研究；给出单体选择依据；明确了超级电容串联阵列均压的必要性。
　　其次，在了解船舶电力推进系统中大功率交流电机变频调速系统的制动方式的基础上，本文采用再生能量存储的方式对船舶电力推进系统中制动回馈的能量进行处理，主要对DC-DC变换器的设计及控制做详细的研究；从能量限制角度提出有限能量存储的匹配设计方法，合理设计超级电容储能阵列；在 Matlab/simulink平台中以三相异步电机为例，进行了船舶制动过程的仿真，实现了电机制动过程中能量回馈存储的目的。
　　最后，针对电压不均衡问题提出一种新的超级电容串联电压均衡电路，是一种双开关单变压器的基于半桥逆变器和电压乘法器的自主电压均衡器。该均压器不需要电压检测单元、所需开关数量少、减少磁性元件并且无需反馈控制。在 Matlab/simulink中搭建仿真模型，验证了均压器的均压效果。结果表明，理论分析与仿真结果相一致，该均压器达到了预期均压效果，并将均压模块与制动能量存储系统相结合进行仿真分析，实现了船舶电力推进系统制动回馈能量存储和电压均衡的目的，达到了预期效果。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1论文的研究背景及意义

1.2各种能量存储技术的国内外研究现状及特点

1.3船舶制动回馈能量存储方法的确定

1.4论文的主要工作

第2章超级电容器的电气特性研究

2.1超级电容器的分类、储能原理及等效模型

2.2超级电容器的性能分析

2.3超级电容单体选择标准

2.4本章小结

第3章船舶电力推进系统制动过程及储能模块设计

3.1变频调速系统的制动方式

3.2船舶电力推进系统的制动方式

3.3能量存储制动方式

3.4船舶电力推进系统制动过程的仿真

3.5本章小结

第4章超级电容串联电压均衡器的设计

4.1电压均衡器的概述

4.2双开关单变压器的电压均衡器的设计

4.3均压器的运行研究

4.4本章小结

第5章制动能量存储系统及均压器仿真验证

5.1电压均衡器的静态均压验证

5.2电压均衡器的动态均压验证

5.3系统整体仿真分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢