船舶发电机组电子模拟负载的研究

摘要

为保障船舶安全运行，需要准确检验船舶电站负载能力。传统方法是用水电阻等静态负载来模拟实际负载，方法简单成本低，但是无法确切反映负载的动态情况，同时检测过程中耗散大量电能造成浪费。在节能减排的前提下，以双PWM变换器组成的电子负载更能适应需求。电子负载可通过控制电力电子器件的占空比大小，模拟不同大小、不同性质的负载，动态性能良好，同时可将电能回馈电网循环利用，减少了能源的浪费。
　　本文首先介绍了双PWM变换器作为电子负载的发展现状及趋势。再建立PWM变换器的数学模型，对系统中有功功率与无功功率流动进行分析。依据瞬时功率理论，在Simulink仿真平台中搭建了基于开关表的直接功率控制双PWM变换器模型。从硬件电路设计方面考虑，以空间矢量调制(SVM)为基础，用PI调节器、SVPWM模块代替滞环比较器和开关表，形成以电压定向的直接功率控制系统(SVM-DPC)。为实现无交流电压传感器功率控制，对整流侧进一步优化，将交流电机中定子磁链的概念引入PWM整流器之中，建立基于虚拟磁链矢量定向的整流器模型。
　　在负载突变时，为减小直流侧电压波动与网侧电流的畸变，采用双PWM变换器协调控制。在已有的输入与负载功率平衡的基础上，加入前馈控制。通过带有修正系数的前馈控制，改善系统动态性能。在Simulink平台进行仿真，验证其合理性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 电子负载的发展现状

1．2．1 系统的主电路拓扑结构

1．2．2 双PWM变换器控制方法

1．2．3 双PWM变换器的发展趋势

1．3 本文主要研究内容与全文安排

第2章 双PWM变换器分析

2．1 系统整体拓扑结构

2．1．1 PWM整流侧分析

2．1．2 PWM逆变侧分析

2．1．3 直流侧分析

2．2 功率流动分析

2．2．1 PWM变换器的运行状态分析

2．2．2 系统整体功率流动分析

2．3 PWM整流侧数学模型

2．3．1 三相静止坐标系下的数学模型

2．3．2 两相静止坐标系下的数学模型

2．3．3 两相旋转坐标系下的数学模型

2．4 小结

第3章 直接功率控制

3．1 瞬时功率的定义

3．1．1 三相静止坐标系下瞬时功率的计算

3．1．2 两相静止坐标系中瞬时功率

3．1．3 两相旋转坐标系中瞬时功率

3．2 直接功率控制

3．2．1 直接功率控制的理论依据

3．2．2 PWM整流器直接功率控制实现方法

3．3 小结

第4章 基于虚拟磁链定向的直接功率控制

4．1 虚拟磁链的引入

4．2 基于虚拟磁链的瞬时功率的计算

4．3 虚拟磁链法存在问题及改进方法

4．3．1 采用一阶惯性环节代替纯积分环节

4．3．2 采用级联一阶低通滤波器代替积分环节

4．3．3 带饱和限幅反馈环节虚拟磁链观测器

4．4 小结

第5章 功率前馈控制

5．1 功率前馈准备基础

5．1．1 能量流动分析

5．1．2 负载功率计算

5．2 协调控制策略

5．2．1 电容功率前馈控制

5．2．2 负载前馈

5．3 小结

第6章 系统参数设计与仿真分析

6．1 整流器设计

6．1．1 解耦控制

6．1．2 控制系统参数设计

6．2 仿真分析

6．2．1 基于电压定向不定频直接功率控制系统仿真

6．2．2 基于电压矢量定向定频直接功率控制仿真

6．2．3 基于虚拟磁链定向不定频直接功率控制系统仿真

6．2．4 基于电压矢量定向直接功率控制电子模拟负载仿真

第7章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

研究生履历