舰船中压直流电力系统的混合储能管理策略仿真分析

[目的]为了抑制大功率脉冲性负载接入舰船中压直流(MVDC)电力系统时的母线电压大范围跌宕现象,同时将母线电压维持在安全裕度内,混合储能系统(HESS)成为解决此类问题的首选方案,而舰船MVDC系统的混合储能管理策略对HESS能量利用效率的影响很大。[方法]基于此,首先分别设计PI控制器和模糊逻辑控制器,用以预测HESS的参考功率,从而满足负载功率需求。然后,对比分析这2种控制方法,针对锂电池组和超级电容器组之间的能量不均衡问题,设计第2级模糊逻辑控制器进行功率再分配。最后,建立MVDC系统、HESS、恒功率负载和脉冲负载的Matlab/Simulink模型,开展仿真分析。[结果]仿真结果表明:模糊逻辑控制器和PI控制器能够根据MVDC的系统状态进行功率预测,且模糊逻辑控制策略优于PI控制策略;第2级模糊逻辑控制器能够根据锂电池组与超级电容器组之间的荷电状态,合理地进行功率再分配。[结论]舰船MVDC系统的混合能量管理策略可以维持系统的功率平衡,平滑抑制母线波动,从而提高系统稳定性和生存能力。

船舶中压直流电力系统中模块化多电平逆变器的谐波性能仿真研究

[目的]对船舶中压直流(MVDC)电力系统而言,模块化多电平逆变器(MMC)的应用是目前研究的热点。MMC的输出电压波形是否为正弦波将直接决定MVDC电网和负载的工作性能,因此改善MMC的谐波性能显得尤为重要。[方法]首先,以船舶MVDC电力系统为背景,研究MMC的谐波特性与电压等级、桥臂子模块(SM)数量之间的关系;然后,针对控制器采样周期、载波频率、调制比和桥臂电感值等参数对MMC逆变器谐波性能的影响,开展仿真对比分析。[结果]研究结果表明:较高电压等级的MMC应配置较多的子模块;当明确MMC子模块的数量后,调制比和采样周期是MMC谐波特性的主要影响因素。[结论]所得结论可为中压型MMC逆变器的参数设计提供决策依据。

基于模糊逻辑混合储能管理策略在船舶中压直流电力系统中的应用研究

在船舶中压直流MVDC(medium-voltage direction current)电力系统中,混合储能系统HESS(hybrid en-ergy storage system)的能量管理策略,可以极大地影响系统的能量利用效率。模糊逻辑能量管理策略,既可以预测HESS的参考功率,以满足负载功率的需求,又可以实现锂电池组和超级电容器组之间的能量分配。用组合型多通道交错双向电流MMBDC(modular multilevel bidirectional current)连接HESS和母线,既可降低开关电流和电压应力,又可减小电感量。在Matlab/Simulink中,建立了MVDC电力系统、HESS、恒功率负载和脉冲负载模型,仿真结果表明:模糊逻辑控制器可以较为准确地预测负载功率的变化并较好地平衡锂电池组和超级电容器组之间的能量分配,为后续船舶中压直流电力系统的能量管理研究奠定了基础。

一种适合船舶中压直流电力系统的MMC并联结构

鉴于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)桥臂额定电流难以满足船舶中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统逐渐增大的功率传输需求,设计一种适用于船舶MVDC大功率电力系统的MMC并联结构。应用MATLAB/Simulink,分别在MMC并联结构和MMC基本结构下,建立MMC-MVDC电力系统仿真模型。仿真结果表明,在传输同样大的功率时,采用MMC并联结构的桥臂电流明显比采用MMC基本结构的桥臂电流小,能克服MMC子模块中IGBT元件额定电流较小的障碍。

混合储能在舰船中压直流电力系统中的管理策略

由于舰船中压直流电力(MVDC)系统存在脉冲性负载,造成母线电压大幅跌宕,而实际舰船需要保持母线电压的波动在允许范围内。同时,为了优化该系统的能源使用效率,采用混合能量存储系统(HESS),成为全电力舰船解决这些问题的有效方法。分别设计了PI控制器和模糊逻辑控制器,预测HESS的参考功率,以满足负载功率需求,对两种方法进行了分析比较。并对舰船处于不同载荷状态下的模糊能量管理策略进行了仿真分析研究。应用Matlab/Simulink建立了MVDC电力系统、HESS、推进负载、恒功率负载和脉冲负载模型进行仿真分析。仿真结果表明:模糊逻辑控制器优于PI控制器,同时基于模糊逻辑控制器能量管理策略能有效地管理舰船不同负荷功率需求,提升系统能源利用效率和稳定性。

自阻型MMC整流器在船舶中压直流电力系统中的应用

针对半桥型模块化多电平换流器(MMC)不具备处理直流故障的能力,采用一种自阻型子模块结构的MMC作为整流器,并在船舶中压直流(MVDC)电力系统中应用。搭建基于MMC的船舶MVDC环形电力系统模型,采用双闭环解耦控制、载波移相调制、子模块电容电压平衡和环流抑制综合控制策略;在Matlab/Simulink环境中,对其进行仿真验证。仿真结果表明,该综合控制策略可行。自阻型MMC的整流器可为船舶MVDC电力系统提供良好的稳态性能、动态性能和直流故障处理能力,可为船舶MVDC电力系统的进一步研究奠定基础。

MMC在船舶中压直流电力系统中的应用

随着船舶自动化程度的不断提高,船载电力设备的数量和功率也在不断增加,一方面提高了船舶的运行质量,另一方面也对船舶电力系统的性能提出了更高的要求。为了满足日益增大的电力功率需求,传统的船舶低压电力系统逐渐被中压直流电力系统所取代。中压直流电力系统具有稳定性高、输电损耗小等优点,目前获得了较广泛的应用。本文针对船舶中压直流电力系统的变流与功率优化问题,开发了一种基于MMC多电平换流器的船舶中压直流电力控制系统,并详细介绍了中压直流电力系统和MMC多电平换流器拓扑结构的原理,具有重要的意义。

飞轮储能在舰船中压直流电力系统中的应用

基于环形舰船中压直流电力系统,增加了飞轮储能系统抑制脉冲负载的投切给母线电压带来的波动,研究了飞轮储能系统的充放电控制方法以及脉冲负载功率分配的控制方法,并基于Matlab/Simulink平台搭建了舰船中压直流电力系统模型,对飞轮储能系统进行了建模仿真。结果表明,飞轮储能系统应用于舰船能够快速响应脉冲负载,稳定直流母线电压,提高能量的利用率。

扩展P-ROQR环流抑制策略在船舶MMC-MVDC电力系统中的应用

为了解决船舶中压直流(MVDC)电力系统中应用的模块化多电平变换器(MMC)存在的环流问题,分析自阻型MMC的拓扑结构及环流产生机理,采用基于2阶广义积分器(SOGI)的滤波器过滤环流中的直流分量。对于环流中的交流分量,提出一种基于比例降阶准比例谐振控制器的新型环流抑制器对其进行抑制。在MATLAB/Simulink软件中搭建船舶自阻型MMC-MVDC电力系统模型。仿真结果表明:所提策略能有效抑制环流中的交流分量;自阻型MMC应用于逆变侧时具有直流故障闭锁能力。所提策略应用于船舶MMC-MVDC电力系统的环流抑制效果优异,同时具有减少桥臂电流畸变,稳定子模块电容电压的作用。

中压直流综合电力系统发电机并联控制策略

针对中压直流综合电力系统多相整流发电机采用传统直流侧电压—功率下垂励磁控制策略,在轻载工况存在功率分配不均的问题,建立了多相整流发电机等效数学模型,理论分析了功率分配不均问题的产生机理,研究了一种按发电机负载率选择电压反馈输入源的改进控制策略,并构建了并联整流发电机短路测试平台,开展了并联机组直流侧短路电流的理论推导、仿真计算与试验测试。对比结果表明,通过轻载时引入交流侧输入电压作为励磁控制器的电压反馈源,可实现并联发电机组轻载正常建压,短路电流峰值按比例分配,验证了所采用策略的有效性。

中压直流综合电力系统建模与实时仿真实现方法

舰船中压直流综合电力系统包含大量特种电机和电力电子设备,其模型阶数高、非线性强,电磁暂态仿真计算量大。文章以典型中压直流综合电力系统为对象,首先,介绍了多相发电机整流系统、多相推进电机及其变频器、隔离型DC/DC变流器等组成设备的模型,构建了全系统电磁暂态实时仿真模型。其次,以开关分布平均化和节点数最少为优化目标,提出一种基于元件的启发式系统剖分方法,提高了系统优化剖分计算效率,在消耗较少计算资源的情况下,实现了系统高精度实时仿真。最后,物理试验验证了仿真模型的准确性,并通过对比分析,验证了所提出剖分方法的高效性。

中压直流综合电力系统装舰关键工艺

舰船综合电力系统的装舰工艺有一定的特殊性。对中压直流综合电力系统进行研究,分析其安装中存在的工艺需求并针对性地给出解决措施和方法,为中压直流综合电力系统的装舰提供工艺基础。

中压直流综合电力系统保护动模试验研究

本文主要介绍了中压直流综合电力系统保护动模试验的研究成果。为了研究中压直流综合电力系统保护策略和综合继电保护装置的保护参数的有效性,必须开展相应试验对保护策略进行验证。本文设计了中压直流综合电力系统保护动模试验方案,提出了保护动模试验方法。试验结果表明,中压直流综合电力系统保护动模试验可有效验证保护策略及综合继电保护装置的保护参数。

新型船舶中压直流固态断路器拓扑分析与设计

为解决船舶中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统直流电流开断困难,以及发生短路时故障电流上升率高且峰值大的问题,提出一种基于耦合电抗器的阻容限流型固态直流断路器拓扑。以晶闸管(silicon controlled rectifier,SCR)作为主开断器件,通过耦合电抗器来辅助晶闸管开断,并在直流系统发生故障时,通过换流过程将阻容限流元件接入,有效限制故障电流上升率和峰值,减少故障开断所需时间。基于所提拓扑设计了6 kV/4.2 kA的直流断路器模型,在PSCAD/EMTDC中进行仿真,并与现有拓扑进行对比分析。仿真结果表明:所设计断路器可针对直流系统不同的运行状态,按照不同的控制策略顺利完成对直流电流的开断,并且在开断速度、限流能力和金属氧化物避雷器(metal oxide arrester,MOA)耗能方面均具有一定优势。

中压直流大电流数据采集元件现状分析

中压直流电力系统具有总体重量轻、体积小、效率高等优点已成为了下一代船舶电力系统的发展方向。国内对船舶中压直流电力系统研究刚刚起步,对其数据采集元件的研究更少。文章对中压直流电力系统船舶的数据采集元件进行分析选型,为数据采集系统构建奠定基础。

十二相整流发电机并联供电系统直流中点环流特性及其抑制方法

十二相整流发电机是船舶中压直流综合电力系统的主要发电设备。将全船整流发电机输出的正负极、直流中点分别并联组网,向全船中压用电设备提供三线制直流电能,可减轻中压用电设备的绝缘和直流均压控制压力,但也增加了系统直流中点环流的风险。针对此问题,该文建立了等效电路模型,揭示了多台整流发电机并联时直流中点环流产生的机理与频率特征,提出了可有效抑制直流中点环流的接地电阻设计原则,时域仿真和物理试验验证了该理论分析结果的正确性。

基于多元宇宙融合算法的船舶电网重构研究

本文提出了一种基于改进的多元宇宙(Multi-Verses Optimization, MVO)和优劣距离法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,TOPSIS)融合算法的船舶电力系统故障重构方法。在多元宇宙算法基础上引入变异操作,融合TOPSIS算法,对多个宇宙的适应度进行评价,选出最优个体。通过实例分析和仿真验证表明,所提出的算法不易陷入局部最优,收敛速度快,在求解船舶电力系统故障重构问题上具有较强的优越性。

最近电平脉宽调制策略在模块化多电平换流器中的应用

将模块化多电平换流器(MMC)应用于船舶中压直流电力系统时,由于子模块数较少,使用传统的最近电平逼近调制(NLM)策略,输出电压谐波含量大,电压畸变程度较高。为此,分析了最近电平脉宽调制(NL-PWM)策略的原理与特点,选择NL-PWM作为船用MMC调制策略,利用控制变量法改变子模块个数、桥臂电感参数以及电压调制比改善输出电压的谐波。在Matlab/Simulink环境下,搭建MMC逆变侧仿真模型,对NL-PWM调制策略进行仿真。结果表明,该MMC调制策略适合应用于船舶中压直流电力系统电能变换,能够有效提升直流电力系统电能质量,提高直流母线电压稳定性。