船舶电力推进系统整流器控制策略研究

摘要

搭载电力推进系统的船只由于其功能的特殊性一直在现代船舶发展中具有无可代替的地位。现有船舶使用的电力推进系统整流装置功率因数低，向船载电网注入了大量谐波，严重影响船只的正常水上作业。本文以二极管箝位三电平整流器代替传统的相控、不控整流器，以消除船舶电网的主要谐波来源。搭建了船载三电平整流器的仿真模型，并对三电平整流器的几个关键问题进行了研究改进。　　本文首先选择二极管箝位三电平拓扑结构作为船载整流器的主电路结构，介绍其工作原理，并推导了其在同步旋转坐标系下的数学模型。　　其次，说明三电平SVPWM的原理与实现方法。使用一种基于12条边界线相对位置编码的大小区判别方法对传统区域判别方法进行简化改进。搭建了三电平SVPWM发生器仿真模型，并验证了新方法的正确性。　　第三，详细推导了使用电流前馈解耦结构的电压、电流双闭环直接电流控制系统的设计过程与PI参数的确定。在MATLAB/SIMULINK中搭建了应用三电平整流器的船舶电力推进系统模型，并将三电平整流器在船舶电力推进系统中的实际运行表现进行分析。针对传统PI调节器电压跟踪能力差的问题使用一种先进的抗积分饱和控制结构对传统PI调节器进行改进并在三电平PWM整流器仿真模型中进行了验证。　　第四，针对二极管箝位拓扑结构中点电压偏移的问题进行了重点研究。介绍中点电压偏移的原因与危害，归纳了每个基本电压矢量所产生的中点电流。提出了一种融合电压平衡因子思想与虚拟电压矢量思想的新中点电压控制方法。最后将本文提出的新方法应用于三电平整流器模型中，并与其他两种现有的中点电位控制算法进行对比分析。　　经过本文的研究，使用二极管箝位三电平PWM整流器能够将船舶电力推进系统产生的谐波总量控制在极小的范围内，并能够保持直流侧电压的稳定，出色的完成整流任务。本文提出的新中点电压控制方法也能很好的保持中点电位平衡。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 小结

第2章 船舶电力推进系统三电平整流器方案设计

2.1 船舶电力推进系统整流器整体方案

2.2 二极管箝位三电平变流器拓扑结构

2.3 二极管箝位三电平变流器数学模型

2.4 小结

第3章 三电平SVPWM调制策略

3.1 SVPWM原理

3.2 三电平SVPWM调制的实现思路

3.3 SVPWM仿真模型搭建与仿真结果分析

3.4 小结

第4章 船舶整流器直接电流控制系统

4.1 电流内环控制系统设计

4.2电压外环控制系统设计

4.3 整流器双闭环控制系统

4.4 船载三电平PWM整流器仿真与分析

4.5 小结

第5章 中点电位平衡控制方法

5.1 中点电位不平衡的影响与原因

5.2 基本电压矢量对中点电位的影响

5.3 一种改进的中点电位控制方法

5.4 中点电位控制仿真结果分析

5.5 小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献