基于Modelica的船舶直流区域配电系统建模与仿真

直流区域配电网具有结构简单、可靠性高和线路损耗较小等优点,但其复杂的拓扑结构、多变的运行工况和结构的高度电力电子化等特点给其稳定运行带来了挑战。本文以船舶直流区域配电系统为研究对象,采用模块化建模方法,对船舶直流区域配电系统进行合理划分,基于多领域统一建模Modelica分区域建立了配电模型自下而上建立了直流变换电源模型、单相逆变电源模型、三相逆变电源模型等电力变换模型,构建了基于Modelica的某船舶直流区域配电系统模型。

直流区域配电系统小信号稳定性分析研究

直流区域配电系统作为舰船综合电力系统的重要部分,其稳定性是首要考虑的问题。本文分析了分布式直流区域配电系统不稳定的原因,详细讨论了运用阻抗标准进行稳定性分析的方法,指出了阻抗分析方法的不足,给出了禁止区稳定性分析法,对直流区域配电系统设计有一定参考意义。

直流区域配电网电压稳定性分析

直流区域配电网具有结构简单、可靠性高和线路损耗较小等优点,但其复杂的拓扑结构、多变的运行工况和结构的高度电力电子化等特点给其稳定运行带来了挑战。针对直流区域配电网电压稳定性问题,本文采用李雅普诺夫第一法和混合势函数理论对直流区域配电网的电压稳定性进行分析,提出直流区域配电网的电压稳定性判据;明确了直流区域配电网电压的静态稳定性与系统的参数有关,而暂态稳定性不仅与系统的参数有关,还与扰动的大小和类型有关。

直流区域配电网极间短路故障区域定位方法

直流区域配电系统发生极间短路故障后电力电子变流器需快速闭锁,严重影响了供电可靠性并导致低压区域故障定位困难。提出了故障后不闭锁VSC变流器并限流DC/DC的机制,为解决故障区域定位问题,研究了低压区域发生极间短路故障时的故障特征。研究表明在所提机制下,不同电压等级区域内发生故障后的短路电流、电压跌落、故障发展存在明显差异。利用这种区内外故障上的差异,提出了基于故障特征差异的快速故障定位方法。在仿真软件PSCAD中搭建了直流区域配电网仿真模型,验证了所提出的故障定位方法的可行性。

舰船直流区域配电系统安全运行边界计算与分析

根据综合电力系统采用直流区域配电的特点,借鉴配电网最大供电能力(TSC)的概念,提出基于斩波器负载率的舰船直流区域配电系统安全域模型及其TSC模型,并引入{1}-广义逆的概念分析了安全域模型的解空间形式。进而给出了可视化安全边界仿真算法流程,将TSC模型求解结果作为初始迭代值,对直流区域配电系统中的斩波器进行两两分组,任选一组进行仿真逼近,得到二维安全边界断面图。最后,采用Lingo计算了直流区域配电系统TSC临界安全工作点,给出了两种典型分组情况下的安全边界断面图,分析了同一区域和不同区域各斩波器之间的负荷关系,为综合电力系统安全预防控制提供了研究基础。

船舶直流区域配电网的故障恢复研究

船舶电力系统故障恢复过程是通过改变电网的供电路径来实现重要负载的连续供电,对提高船舶的生命力和供电可靠性具有重要意义。以负荷供电量最大和开关动作次数最小作为目标函数,建立一种用于船舶直流区域配电系统的多目标故障恢复模型。然后将不同量纲的目标函数进行单位化,再通过层次分析法(The analytic hierarchy process,AHP)把这些已单位化的函数进行综合。最后利用整数规划(Integer Programming,IP)方法,对综合目标函数进行优化求解,得到最优开关动作序列,最大程度的保证系统的供电连续性。一个典型的船舶直流区域配电系统的故障恢复仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性,对直流配电网的研究具有一定的借鉴作用。

考虑电动机启动的舰船直流区域配电系统最大供电能力计算与分析

根据舰船综合电力系统采用直流区域配电的新特点,以电动机安全启动为目标,提出基于逆变器负载率的直流区域配电系统(DC zonal electrical distribution system,DC-ZEDS)负荷一次转供最大供电能力(total supply capability,TSC)模型,通过引入虚拟联络矩阵和综合负荷转移矩阵的概念推导负荷二次转供矩阵的表达式,并给出逆变器最大负载率的解析表达式。然后,根据DC-ZEDS的结构特殊性,建立基于逆变器过载约束的负荷二次转供TSC模型。最后,分别计算逆变器安全运行和区域内直接联络逆变器过载两种状态DC-ZEDS的负荷一次转供TSC及逆变器的最大负载率向量,分析负荷一次转供后逆变器过载的可能,进一步通过解析法和模型法求得负荷二次转供TSC,并根据逆变器负载率之间允许差额的不同给出几组不同的逆变器最大负载率向量,解决DC-ZEDS因电动机启动可能造成的切负荷问题,并给出该情况下DC-ZEDS的安全运行边界,为舰船综合电力系统安全预防控制提供研究基础。

基于Hypersim的舰船直流区域配电网络的实时仿真模型

通过Hypersim实时仿真平台对直流区域配电网络的工作特性进行仿真研究,由于Hypersim对于含多开关及电力电子器件的电力系统处理能力有限,建立了斩波器与逆变器的等效模型,并对等效模型及全网络进行仿真测试。结果表明,等效模型运行情况良好,全网络的实时仿真模型也能够正确反映直流区域配电网络的工作特性,可以用于后续重构策略验证等方面的研究工作。

电力推进对船舶直流区域配电稳定性影响

对于未来的全电力船舶,直流区域配电成为重要选择。为探索船舶能量管理系统中占全船电力负荷最大的推进负载对直流区域配电系统的暂态影响,在理论分析的基础上,利用matlab/simulink软件,构建了船舶直流区域配电系统仿真模型,系统包括DC\DC、DC\AC等电力转换器件以及必要的附件。通过仿真,验证了理论推导,发现电力推进系统在加速过程中对直流区域配电电压稳定存在影响,该影响对于不同的系统剩余功率、分级方式、加速速率,影响也不同。为研究如何能够在稳定性容许范围内最快速的加载推进负载提供了理论基础。

舰船直流区域配电网线路保护方法

针对传统舰船保护方法在新型舰船直流区域配电网中适应性差,以及现有研究对该型网络故障暂态特征认知不足的问题,展开分析并提出线路保护方法。阐述了多种舰船直流区域配电网络共性,分别从设备级和系统级分析了传统舰船保护方法对新型舰船直流区域配电网的适用能力;推导了区域配电中变流器限流控制下的系统短路电流和线路保护整定之间的计算关系,通过递归小波分辨故障电流特征信号,避免保护拒动;结合网络拓扑结构,分析开关保护范围的重叠性,对广度优先搜索算法进行改进,确定开关动作优先级别,划分保护动作范围,解决保护误动;提出基于三维综合控制覆盖域的新型保护方法,仿真验证了保护方法。该方法所用到的3个维度之间相互独立,能够确定保护动作的覆盖范围,适应舰船直流区域配电网的继电保护需求。

直流区域配电系统母线电压等级问题研究

为了分析论证提高综合电力系统直流区域配电分系统母线电压等级的可行性,采用对比研究方式,将设置电压等级为710 V的传统方案和设置电压等级为1 000 V的新方案进行优缺点对比。最后,基于理论分析、仿真和试验结果,验证了1 000 V新方案具有更明显的优势。

一种舰船直流区域配电系统故障定位方法

短路故障对舰船电力系统危害极大,必须对系统中出现的短路故障迅速定位并及时排除,以减少损失。针对直流区域配电这一新型配电方式,提出了一种采用故障特征集匹配来进行故障定位的方法。经仿真试验验证,该方法可以快速定位故障位置,为及时排除故障保证舰船电力系统的安全运行提供了必要的技术支持。

直流区域配电系统配置与结构研究

针对舰船综合电力系统中的直流区域配电系统,以典型结构为基础,从DC/DC变流器、DC/AC逆变器等主要变流设备的配置原则和配电区域划分原则、容量扩展后的网络结构、不同类别负载的供电方案等方面进行了分析对比,讨论了直流区域配电系统配置和结构的优化方向及不同方案的适用性,为大容量直流区域配电系统设计提供支撑和参考。

直流区域配电系统的保护方法

本文主要研究了利用电力电子器件来保护系统的方法。电力电子变换器通过监测流过其中的电流,识别短路故障的发生,从而控制电力电子器件关断,实现故障的隔离。在PSCAD/EMTDC中搭建系统模型,仿真研究了系统中典型短路故障点的电流波形,以及电力电子变换器作为断路器的运行情况和对系统正常运行的影响,为今后舰船电网的保护提供了新的思路。

中压直流输电直流区域配电综合电力系统静态状态估计方法研究

采用中压直流输电和直流区域配电的电网结构形式,可大幅度提高舰船综合电力系统的功率密度。由于网络结构和设备控制策略的差异,传统陆用电力系统的状态估计方法无法直接应用于舰船综合电力系统。该文建立了综合电力系统静态状态估计的模型,给出了全系统状态估计方法,根据系统的实时性需求研究了分系统快速估计方法,对分系统间不同的接口量选取方式进行了分析,进一步通过对直流区域配电系统进行PQ分解,实现了快速状态估计,以提高算法的实用性。最后通过仿真验证了所提算法的有效性。

直流区域配电三相逆变器过流保护策略

直流区域配电系统中三相逆变器的过流分为过载过流和短路过流两种情况。区配系统要求逆变器具备在不同过载情况下维持运行一定时间以及短路过流时限制电流为两倍额定电流并维持0.5 s的能力。因此针对过载能力要求,通过拟合过载反时限曲线实现保护;针对短路保护要求,通过限定电流环参考值实现短路保护。实验结果证明了逆变器过流保护策略的有效性。

舰船综合电力系统直流区域配电实验研究

本文介绍了直流区域配电实验平台基本情况,列出了已开展的实验项目,给出了部分实验结果。

采用下垂控制的直流区域配电三相逆变器统一控制策略

直流区域配电系统中三相逆变器在正常工作时存在单机、并联和并网等运行模式。通常逆变器单机运行时采用电压电流双闭环控制,电压参考为额定电压;逆变器并联运行时采用下垂控制,电压参考为下垂控制器输出;逆变器并网运行采用电流环控制,逆变器工作在电流源模式。因此逆变器需要三种控制策略。为了简化控制,在下垂控制的基础上提出了一种三相逆变器单机运行、并联运行和并网运行的统一控制策略,分析了统一控制策略的实现过程及其原理。仿真结果证明了逆变器统一控制策略的有效性。

船舶综合电力系统的直流区域配电系统分析

文章对我国现代化舰船使用的综合电力系统技术作了详细的研究,并对该系统中直流区域配电系统在隔离故障和优化舰船设计方面的优势作了阐述,较为详细的分析了直流网状网络在舰船容量设置以及故障重构方面的突出优点,并且立足于该直流区域的配电网状系统。

采用逆变器下垂控制的直流区域配电系统的潮流分析方法

潮流计算关系着电力系统的设计规划和稳定运行。为了分析直流区域配电系统的稳定性,本文在陆网潮流计算的基础上,针对直流区域配电系统的特点,确定了逆变器下垂控制策略。分析了电流均分的机理,使配电网络系统实现功率分配。完成了系统的潮流计算,通过仿真验证了该方法的有效性,降低了复杂工况对舰船配电系统的影响,有利于系统的安全稳定运行。