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。

基于DAB变换器的舰船中压直流混合储能系统端电压限制

为解决脉冲负载投切对舰船中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统的冲击,引入基于双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的锂电池-超级电容混合储能系统。鉴于传统功率分配策略无法实现对超级电容端电压的主动限制的缺点,引入混合储能系统功率比的概念,建立锂电池功率传输与超级电容功率传输之间的联系;结合DAB变换器电压变比匹配度,提出一种新型动态补偿功率分配策略;采用直接功率控制在MATLAB/Simulink中进行仿真。结果表明,这种策略能有效平复脉冲负载投切对直流母线的冲击,实现闭环功率分配,对超级电容端电压进行主动限制,从而新型动态补偿功率分配策略的有效性得到验证。

中压混合型模块化多电平变换器的载波移相调制策略

由于半桥子模块与全桥子模块的载波移相调制策略不同,两者混合而成的模块化多电平变换器(modular multilevel converter, MMC)不能直接沿用原来的调制策略;在船舶中压直流电力系统中,由于变换器模块数较少,交流输出电压的波形质量相对较差。基于上述原因,通过载波相位角的合理配置,提出一种改进型载波移相调制策略。该策略不仅能够增加交流输出电压的电平数,而且不局限于某种特定的拓扑结构。通过仿真验证其有效性和通用性,验证结果显示它是一种适用于中压混合型MMC的通用调制策略。

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。