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。

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。

基于改进NLM的模块化多电平变换器在船舶岸电系统中的应用

随着船舶功率需求的不断增加,船舶岸电系统也从低压岸电系统向高压岸电系统发展,基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)设计6.6 kV/60 Hz的船舶高压岸电系统。针对传统最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)策略下MMC输出电压质量低、环流谐波含量大及船舶岸电系统稳定性差的问题,提出采用改进NLM策略、无差拍环流抑制策略和虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术相结合的新型控制方法。对所设计的MMC-VSG船舶岸电系统模型和控制方法进行仿真。仿真结果表明,所提出的控制方法能有效提高船舶岸电系统的电能质量,且系统稳态性能和动态性能良好,可为船舶高压岸电系统的设计提供一定的参考。

燃料电池-锂电池混合动力船舶的能量管理优化

燃料电池-锂电池混合动力船舶的动力源是由燃料电池作为主电源,锂电池为辅助电源。对混合动力系统采用能量管理策略(EMS)进行研究,分配每个电源的输出功率。为了提高氢燃料经济性和系统寿命,提出一种基于功率解耦的外部能效最大化策略进行建模仿真分析,并与双闭环PI控制策略和外部能效最大化策略(EEMS)进行对比,以验证其有效性。结果表明,本文提出的策略能够满足船舶典型工况下的功率需求,并有效降低氢燃料消耗,提高锂电池的利用率,从而利用混合动力系统的特点提高了氢燃料经济性,也使整个系统能够总体高效运行。

船舶电力推进混合仿真系统设计

用物理模型和仿真模型相结合的方法,设计船舶电力推进(EPS)混合仿真系统。使用CAN现场总线技术,配置仿真网络系统。永磁电机采用模糊神经网络和无位置传感器观测器的控制方法,利用数字信号处理器(DSP)实现运动过程的控制。建立船-桨数学模型,控制直流负载电机,仿真螺旋桨特性。船舶电力推进混合仿真系统建成,不仅能够满足学生和船员培训需要,而且能为科研提供一个开发平台,也可为有关公司和船厂进行相关实验。

AFE变频器在船舶电力推进电机控制中的应用

为有效改善船舶电力推进系统电能质量和能量反馈,将有源前端(Active Front End,AFE)变频器应用于船舶电力推进电机控制.根据船舶电力推进系统的特点,选择基于电流内环前馈解耦控制的直接电流控制方法,并对AFE变频器的独立控制和联合控制方式进行研究.用MATLAB/Simulink对这两种方式进行仿真.分析仿真结果,得出这两种控制方式分别适应的电力推进船舶类型.

工科泛在课程思政“三螺旋”演化:体系映射与路径探索

课程思政是新时代中国特色社会主义教育的实践创新。目前,工科大思政体系存在教学端资源重复建设、部门缺乏协同,学生端信息多源零散、价值融入困难等瓶颈问题。为此,基于“三螺旋”理论提出专业课程—实践课程—学科竞赛的泛在课程思政“三螺旋”新范式,从空间维度解析三方主体的独立与协同效应,从时间维度阐释育人合力的传递与演化机制,明确指出要变德育灌输为思政自觉,亟须走“三螺旋”提档破局之路。在时空互链与理实共融的“三螺旋”框架下,以认知—情感—意动为实践逻辑有序推动工科课程思政建设走深走实。

超级电容储能在船舶中压直流系统能量管理中的应用

为使大功率脉冲负载能够安全地接入船舶中压直流系统,平滑需求脉冲功率,减小脉冲负载造成的母线电压巨幅振荡,提高能量利用率,在对双有源全桥变换器进行输入并联输出串联(InputParallel Output-Series,IPOS)模块化设计的基础上,针对船舶中压直流系统脉冲负载,建立超级电容储能系统.为防止超级电容出现过度充电及过度放电的现象,最大限度地利用其容量,提出最小值功率控制策略.应用MATLAB/Simulink对超级电容正常工作、过度充电和过度放电3种情况进行仿真.仿真结果表明:最小值功率控制策略能够明显减小大功率脉冲负载造成的母线电压巨幅振荡,对超级电容端电压最大值及最小值实现精确限制.

船舶电力推进电机驱动技术研究

船舶电力推进系统自20世纪80年代以来重新焕发生机。它在各类船舶上得到广泛的应用,主要得力于电力电子技术的飞速发展。本文对船舶电力推进电机驱动技术全面阐述,分析了各类变换器在船舶电力推进系统中的应用领域,对船舶电力推进电机驱动系统研究和设计具有重要的实用价值,为从事相关研究的工作人员提供设计参考。

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。

基于无位置传感器和模糊神经网络的船舶电力推进永磁电机控制研究

本文设计了无位置传感器和基于模糊神经网络的P I控制器,对船舶电力推进永磁电机进行控制。基于磁通观测原理的无位置传感器能够精确确定磁场的动态行为,并且对于负载变化具有很好的鲁棒性,采用模糊神经网络在线调整P I参数对内置式永磁电机进行控制,以便在不同扰动下,获得最佳的驱动性能。用直流发电机模拟螺旋桨特性,作为推进电机的负载,以便对无位置传感器和P I控制器进行研究,并在数字信号处理器(DSP)上得到实现。该设计有助于对船舶电力推进控制规律的研究和应用及推进控制系统的全数化实现,并具有理论指导意义和实际应用价值。

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。

用于船舶永磁推进电机驱动控制的MMC模型预测方法

[目的]针对传统控制策略的多参数整定以及控制策略复杂性问题,提出一种适用于船舶电力推进驱动系统的模块化多电平变换器(MMC)模型预测控制方法。[方法]首先,分析传统控制策略下的驱动系统设计的复杂性问题;然后,基于模型预测(MPC)的优势,提出船舶电力推进驱动系统的MMC模型预测控制方案;最后,在Matlab/Simulink环境下,搭建带有螺旋桨负载的3.3 kV/20 MW永磁同步电机(PMSM)驱动系统模型,开展仿真验证。[结果]仿真结果表明:该MMC模型预测控制策略下的电机转速和转矩响应无超调,转速静差率保持在1%之内,并且使转矩脉动减少了6.1%,具备技术可行性和明显优势。[结论]研究成果可为船舶中压直流电力推进系统的变频器设计提供参考。

不对称全桥飞跨电容型MMC在船舶推进电机中的应用

[目的]模块化多电平变换器(MMC)因其独特的模块化特性和较低的开关频率等优点,在交流传动系统中表现出良好的调速性能。针对MMC在船舶中压低频工作模式下的子模块电容电压波动问题和传统高频注入法所导致的共模电压过大问题,提出一种适用于船舶电力推进系统的不对称全桥飞跨电容型MMC改进型拓扑。[方法]首先,介绍改进型电路拓扑的工作原理和低频工况下电容电压的波动缘由;然后,结合方波注入法与可设置截止频率的环流注入法,设计相应的控制方案;最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,搭建带有螺旋桨负载的6 kV/36 MW永磁同步推进电机模型,模拟船舶电力推进系统的分级正车启动工况。[结果]仿真结果表明:该方案可以将低频段电容电压的波动百分比由16%降低至8%以内,且无共模电压注入。[结论]研究成果可为船舶中压直流电力推进系统的变频器设计提供参考。

MMC在船舶中压直流电力系统中的应用

在船舶中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统中,为解决功率为36 MW的发电机电压的整流问题,建立适用于船舶MVDC电力系统的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)模型。在空间矢量控制方法的基础上,加入桥臂电压控制。在直流电压为5kV及负载不同的情况下,应用MATLAB/Simulink对该模型进行仿真,验证模型和控制方法的有效性。基于此,研究该模型在不同直流电压(5~30 kV)等级下的性能表现。仿真结果表明:在36MW/5 kV的额定工况下MMC存在效率低的问题;直流电压等级对MMC输出直流电压的纹波影响不大,但对MMC的效率有明显的影响。

船舶中压直流系统中模块化多电平变换器的并联拓扑与控制优化

在船舶中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统中,并联式模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)因可以承担较大的桥臂电流逐渐受到关注,但MMC并联存在环流问题,会导致功率损耗和系统成本增加。为减少并联MMC的环流,首先对并联结构中子模块数对输出电压、交流侧总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)、传输效率的影响进行研究,找到最优子模块数,然后在分析MMC环流产生机理的基础上设计一种基于内模控制(internal model control,IMC)的并联协调控制策略,以此建立并联MMC-MVDC电力整流系统模型。MATLAB/Simulink的仿真结果表明,采用基于IMC的协调控制策略可有效减少并联MMC的环流,并提高桥臂承担电流的能力。

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。