面向岸电的双频制电源设计及自动并网控制方法研究

摘要

近些年，世界的航运贸易正在蓬勃的发展，我国各大港口的贸易货物吞吐量排在世界的前列。船舶在靠港期间燃油发电机必须持续供电，保证船舶用电设备的正常工作，但是燃油发电机燃油利用率低，产生的过量电能不能存储，燃烧产生的污染物也对港口城市造成巨大环境污染。船舶岸电技术使得船舶靠港期间从码头获得电网电力，从而关闭自身发电机，有效解决了靠港船舶的环境和噪声污染问题。我国船舶岸电技术仍在试点探索阶段，针对我国船舶岸电系统对用电船舶电制有限制、岸电电源容量小、接线繁琐、电源切换速度慢等问题，本文做了如下研究: 第一，在小型化设计原则的指导下，设计了一种集中式高压岸电电源系统。所设计的电源系统具有空间需求小、集成度高、成本低、稳定性好等特点。解决了传统岸电电源的容量不足、效率低下、空间需求大的问题。 第二，针对传统船舶岸电电源只能提供50Hz电制交流电，容量不足等问题，提出了基于H桥的级联型多电平逆变器岸电电源系统和载波相移调制策略。解决了逆变器输出电压低、容量小、谐波性能低的问题。运用Matlab2013a/Simulink软件，对H桥级联型逆变器和载波相移SPWM调制策略进行了软件的仿真，通过对输出电压进行谐波分析，证明了把载波相移策略和H桥级联型逆变器应用于船舶岸电系统的合理性和可行性，总结出载波相移策略和级联型逆变器结合使用的相关原则和注意事项。 第三，针对船舶接用岸电耗时较长、需要断电等问题，提出了基于离散傅里叶变换的自动并网技术。通过离散傅里叶变换的参数测量方法，对电源的相角、频率等必要参数进行测量，完成并网点tq1的捕捉，实现了船舶电源和岸电电源之间的无缝切换。 第四，根据船舶岸电系统的特殊性及其功能需求，对船舶岸电自动并网系统进行软件流程设计和硬件设计，硬件部分包括交流变换电路、相序鉴别电路、频率测量电路、相位测量电路等。最后基于H桥级联型高压逆变器对船舶岸电电源系统进行软件流程设计，实现船舶岸电系统的高压、低压同时供电和50Hz/60Hz双频供电，可以满足所有用靠港船舶的供电需求。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究的背景和意义

1．2船舶岸电系统的国内外研究现状

1．3本文主要研究的内容

第2章岸电电源供电模式分析及其关键技术研究

2．1船舶岸电电源基本结构形式

2．1．1船舶岸电系统电源的基本结构

2．1．2船舶岸电电源的几种典型分布

2．2高压和低压岸电电源的对比

2．3高压岸电电源的结构分析

2．3．1高压岸电电源结构对比

2．3．2高压岸电电源结构分析

2．4高压岸电电源的关键技术分析

2．4．1大功率变频稳压技术

2．4．2船舶岸电快速连接技术

2．4．3无缝切换技术

2．5本章小结

第3章面向岸电的双频制电源的研究和仿真

3．1 H桥级联型多电平逆变器

3．1．1 H桥功率单元工作机理

3．1．3 H桥级联型多电平逆变器的工作原理

3．2载波相移SPWM调制策略

3．2．1 CPS-SPWM调制策略

3．2．2传统的PWM调制方法

3．2．3载波相移SPWM调制策略

3．3单相H桥级联型五电平逆变器的仿真

3．3．1单相仿真模型

3．3．2单相H桥仿真结果分析

3．4三相五电平H桥级联型逆变器仿真分析

3．4．1三相仿真模型

3．4．2三相五电平逆变器仿真结果及分析

3．5本章小结

第4章船舶岸电系统的自动并网方法研究

4．1船舶岸电电源的并网原理

4．1．1船舶供岸电系统的连接过程及其并网分析

4．1．2船舶岸电并网原理和分类

4．2船舶岸电电源并网条件分析

4．2．1船舶岸电并网条件分析

4．2．2并网条件分析

4．3电压信号的软件测量方法

4．3．1同步脉动电压

4．3．2基于离散傅里叶变换的参数测量方法

4．4船舶供岸电并网的并网点捕捉

4．4．1相角计算方法

4．4．2并网合闸点捕捉及其分析

4．5本章小结

第5章岸电的双频制电源流程设计和自动并网装置设计

5．1船舶岸电电源系统的流程设计

5．1．1 H桥级联型逆变器总体设计方案

5．1．2岸电电源控制单元软件流程图

5．1．3岸电电源主系统软件设计

5．2船舶岸电自动并网装置硬件设计探讨

5．2．1船舶供岸电自动并网装置结构

5．2．2双频制岸电电源系统流程设计

5．3信号采集电路设计

5．3．1交流变换电路设计

5．3．2频率测量电路设计

5．3．3相位差测量电路设计

5．3．4相序鉴别电路设计

5．4船舶供岸电自动并网装置软件探讨

5．4．1船舶供岸电自动并网总体结构流程设计

5．4．2自动并网程序设计

5．4．3自动并网系统总体设计方案

5．5本章小结

6．1全文总结

6．2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间所做工作