特殊环境下小容量独立供电系统研究

摘要

南极冰穹A为我们提供了优越的视宁度条件，使得我们可以获得几乎可与空间望远镜媲美的图像质量。DomeA提供了一个天然的低温观测环境，除了可以认真的观测地面热红外，它的极端干燥的大气，为天文学打开了新的观测窗口，使得我们可以雄心勃勃的探讨宇宙在太赫兹波段的神秘景象。由于南极大陆特殊的地理和气候条件，建设我国首座独立设计、制造和运行管理与维护的南极DomeA自动天文观测站，需要突破高原极寒地区无人值守自动监测与控制、远程遥测与遥控的靠可靠性供电电源。
　　 本文依托南极科考支撑平台的建设，对第一期工程的建设进行了硬件结构、控制逻辑与润滑油试验的总结。硬件结构要求具有高可靠性、能够在低温环境下有效保存与启动运行。电源系统的控制逻辑保证了平台能够稳定可靠地提供符合要求的电能，并使电源系统能够抵抗大部分的损坏与故障。为实现柴油发电机组的长时间无人值守运行，通过大量的实验，建立起柴油电机组各自的润滑油循环方案。
　　 为满足系统平台提高输出功率至10KW的要求，在原有电源系统进行了改造，使柴油发电机组能够并网。首先建立DC/DC电路的平均化模型，并通过电路变化形成统一电路模型。使用电压外环电流内环的双环控制策略，对柴油发电机进行稳定电压为目的的控制策略。为实现均流控制，使用平均电流法，采用了电压控制环外环加入均流环的控制方式，使柴油发电机组既能实现电压控制，又能实现均流控制，并通过一定的并网控制策略，达到并网的要求。通过对系统伯德图的分析，均流环与电压环穿越频率相差较远，相互影响很小。使用MATLAB\simulink对系统并网模型进行仿真，结果显示能够达到预定目标。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 南极科考系统简述

1．1．1 南极大陆介绍

1．1．2 课题的背景和意义

1．1．3 南极支撑平台的现状

1．1．4 南极科考支撑系统介绍

1．1．5 电源系统介绍及其技术指标

1．2 论文的研究意义和内容

1．2．1 研究内容

1．2．2 研究意义

第2章 电源系统的组成及柴油机组的介绍

2．1 硬件整体设计结构

2．1．1 电源系统设计介绍

2．1．2 发电舱与仪器舱

2．2 柴油机组

2．2．1 柴油机组设计介绍

2．2．2 润滑油循环

2．2．3 燃油循环

2．2．4 超级电容

2．3 蓄电池

2．4 器件低温测试

2．5 本章小结

第3章 电源系统控制逻辑

3．1 RSlogix5000介绍

3．2 控制系统介绍

3．3 控制系统逻辑

3．3．1 发动机启动停止逻辑

3．3．2 燃油泵控制逻辑

3．3．3 发动机热机控制逻辑

3．3．4 机组间切换控制逻辑

3．3．5 机组内切换控制逻辑

3．3．6 母线切换控制逻辑

3．3．7 巡检控制逻辑

3．3．8 其它控制逻辑

3．4 本章小结

第4章 变流系统的建模和仿真

4．1 变流系统

4．1．1 电能输送方式

4．1．2 直流并网结构

4．2 Boost模型

4．2．1 Boost变换器平均开关模型

4．2．2 Boost电路模型求解

4．2．3 Buck电路模型

4．2．4 变流系统控制仿真

4．3 蓄电池控制方法

4．3．1 蓄电池充电控制

4．3．2 蓄电池放电控制

4．4 本章小结

第5章 并网系统的建模和仿真

5．1 并联系统的动态模型及均流控制

5．1．1 变流器并联均流技术

5．1．2 平均电流法

5．2 柴油发电机组并网

5．3 蓄电池组并网

5．3．1 蓄电池组均流

5．3．2 蓄电池与柴油发电机组配合

5．4 本章小结

第6章 全文总结

6．1 本文总结

6．2 存在的不足

6．3 进一步研究内容

致谢

参考文献