低压船舶岸电电源控制策略的研究

摘要

对于港口城市而言，船舶的燃油辅助发电机是其主要的大气污染源。随着空气污染防治研究的不断深入，采用岸上电能替代靠港船舶辅机发电逐渐成为一个新的研究热点。船舶岸电电源技术以其在电能替代方面的独特优势而获得广泛关注。低压船舶岸电电源将岸上电网380V/50Hz的电能变压变频至440V/60Hz，以适应船舶电网的供电电制。本文以岸电变流器为控制对象，从船舶负载特性下的改进双环控制、改进功率前馈控制以及岸电的改进下垂控制等几方面进行了深入研究。
　　首先，针对船舶负载的三相不平衡和非线性谐波情况下，低压岸电的传统比例-积分控制负载动态适应性能差的问题，提出了将谐振控制与预测控制相结合的改进双环控制策略。其中外环在原有比例-积分控制器的基础上加入2倍频和6倍频的谐振控制器，用于提高谐振频率处的增益，消除输出电压相应的负序和谐波分量；内环采用预测电流控制，增大了控制的带宽，实现岸电输出电流快速和准确跟踪外环给定电流。通过仿真验证了所提改进双环控制策略可以提高岸电电源在船舶负载特性下的输出电能质量。
　　其次，针对功率前馈控制的传统功率计算方法存在的问题，即无法反映船舶不平衡负载所带来的负序分量对功率的影响，提出了改进的功率前馈控制策略。将不平衡负载情况下的输出电压和电流进行相序分解和坐标变换后再进行瞬时功率的计算，计算结果表明在输出电压和电流存在基波负序分量的情况下，输出功率相比平衡负载情况下增加了波动项。因此改进的功率前馈计算方法相比传统方法可实现更加准确的功率计算和前馈，将逆变侧船舶不平衡负载下的功率变化更加准确地前馈给整流侧，改善了岸电电源的动态特性，有效减小了中间直流环节电压的波动。
　　最后，本文针对传统岸电电源不能接受船舶能量管理系统调度的问题，提出了改进的下垂控制策略。在传统下垂控制器中添加预同步控制单元，实现岸电同步并车；在下垂控制器中引入发电机惯性环节，使岸电电源具有类似发电机的输出特性，以便接受船舶能量管理系统的调度，且并车后顺利实现负载转移，以完成岸电电源的电能替代。通过仿真验证了所提控制策略的可行性。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 船舶岸电发展现状

1.2.1船舶岸电技术应用现状

1.2.2船舶岸电相关政策及标准

1.3 低压岸电控制策略研究现状

1.3.1 PWM整流器控制策略研究现状

1.3.2 PWM逆变器控制策略研究现状

1.3.3双PWM变流器协调控制研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 低压岸电的工作原理及改进双环控制策略

2.1 引言

2.2 低压岸电的主电路参数计算及数学建模

2.2.1岸电变流器的主电路参数计算

2.2.2低压岸电的数学模型建立

2.3 传统的低压岸电双环控制

2.3.1电流内环的设计

2.3.2电压外环的设计

2.3.3 PI双环控制策略仿真分析

2.4改进的低压岸电双环控制

2.4.1引入谐振控制器的电压外环设计

2.4.2采用预测电流控制的电流内环设计

2.4.3改进双环控制策略仿真分析

2.5 本章小结

第3章 改进的低压岸电负载功率前馈控制策略

3.1 引言

3.2 改进的低压岸电功率前馈控制

3.2.1 直流母线电压波动分析

3.2.2基于瞬时功率理论的前馈功率计算方法

3.2.3改进的前馈功率计算方法

3.3 改进功率前馈控制策略仿真分析

3.4 本章小结

第4章 改进的低压岸电下垂控制策略

4.1 引言

4.2传统的低压岸电下垂控制

4.3改进的低压岸电下垂控制

4.3.1 预同步控制

4.3.2 虚拟惯性控制

4.4低压岸电的同步并车及负载转移

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢