基于虚拟同步发电机的船舶微源逆变器仿真研究

摘要

随着对可再生能源利用的不断关注，航运业也越来越重视利用太阳能等清洁能源，来降低有害物质的排放及减少运输成本。利用光能等为船舶提供能源的分布式发电技术的应用，成为船舶电力系统的发展趋势之一。船舶电网是一个微网，分布式电源要通过一定的控制方法并入微网，因此研究适合在微网环境下的分布式逆变电源控制方法有着重要的意义。
　　本文首先阐述了研究内容的背景意义，介绍了分布式发电技术与光伏发电的概念和特点，对各组成部分分别分析;简述微网特点，提出微网中逆变器虚拟同步发电机控制方法。其次，借鉴船舶发电系统，分析同步发电机工作原理;比较同步发电机与逆变器的特点，研究逆变器控制借鉴同步发电机控制的方法，研究虚拟同步发电机控制;之后仿照同步发电机的励磁调节系统及转速频率调节原理，分析同步发电机外特性，设计虚拟同步发电机的调节器，模拟同步发电机的工频特性及无功电压特性。最后，设计了船舶光伏逆变电源，建立光伏逆变电源整体模型;以虚拟同步发电机控制方法通过PQ模式把光伏逆变电源并网运行，并用Matlab对所作模型进行仿真验证，证明了所作研究的正确性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 分布式发电与光伏发电

1．2．1 分布式发电技术

1．2．2 光伏发电系统的结构

1．3 微网与逆变器型微源的控制技术

1．3．1 微网的概念及特点

1．3．2 逆变器型微源控制技术

1．4 本文主要内容

第2章 船舶虚拟同步发电机的原理及实现

2．1 船舶同步发电机概述

2．1．1 船舶发电系统

2．1．2 同步发电机工作原理

2．2 船舶微网逆变电源控制策略

2．2．1 船舶微网分布式电源的结构组成

2．2．2 参照同步发电机控制微源逆变器

2．2．3 模拟同步发电机外特性的下垂控制

2．3 逆变器虚拟同步发电机控制

2．3．1 虚拟同步发电机的实现

2．3．2 逆变器虚拟同步发电机模型分析

2．3．3 虚拟同步发电机控制的虚拟阻抗分析

2．4 本章小结

第3章 船舶虚拟同步发电机控制器设计

3．1 虚拟同步发电机控制器设计

3．2 虚拟同步发电机功频调节器的设计

3．2．1 同步发电机的调速系统及功频特性分析

3．2．2 虚拟同步发电机的功频调节器设计

3．3 虚拟同步发电机电压调节器的设计

3．3．1 同步发电机的励磁系统及无功电压特性分析

3．3．2 设计虚拟同步发电机电压调节器

3．4 本章小结

第4章 基于虚拟同步发电机的船舶光伏逆变电源的设计

4．1 船舶光伏逆变电源

4．2 前级光伏发电系统设计

4．2．1 光伏电池的模型

4．2．2 最大功率跟踪(MPPT)控制

4．2．3 主电路选型

4．3 基于虚拟同步发电机的逆变电源并网控制

4．3．1 基于虚拟同步发电机PQ模式并网运行分析

4．3．2 虚拟同步发电机预并列控制

4．4 本章小结

第5章 仿真分析及验证

5．1 逆变器虚拟同步发电机控制的仿真

5．1．1 虚拟同步发电机控制的仿真模型

5．1．2 单台逆变器带载仿真验证

5．1．3 多逆变器并联的仿真及分析

5．2 船舶光伏逆变电源仿真

5．2．1 光伏发电及MPPT控制的仿真模型

5．2．2 光伏电池仿真分析

5．2．3 基于虚拟同步发电机船舶光伏逆变电源的仿真

5．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简介