直流船舶综合电力系统中混合储能的精确功率分配策略研究

直流船舶综合电力系统是未来船舶的重要发展趋势,可实现全船能源的集中控制和管理。确保船载直流微电网中各分布式电源间的精确功率分配以及母线电压稳定是维持系统安全、经济运行的先决条件。因此,提出一种基于二次规划算法的精确功率分配方法,该方法充分考虑混合储能系统中不同储能介质的额定容量、荷电状态、爬坡速率以及充放电效率的差异,旨在保证系统稳定性的前提下,实现调压成本最小化。具体而言,其通过直流母线电压波动值确定目标功率,采用二次规划算法将目标功率值在混合储能间进行合理分配,从而以最小成本维持母线电压在允许范围内。最后,通过两个实时仿真研究案例验证了所提控制方法的有效性。

船舶中压直流综合电力系统(一):系统结构和电力电子变换器

船舶中压直流综合电力系统具有高功率密度、高运行灵活性等优势,是我国实施海洋强国战略的重要基础。该论文的第一部分首先分析了船舶电力系统的发展趋势,从拓扑结构、电压等级、接线形式、接地方式等角度梳理了船舶中压直流综合电力系统的特殊系统结构;然后,根据现有文献详细阐述了发电侧整流器、推进变流器、DC-DC变换器等船舶中压直流综合电力系统关键电力电子变换器的研究现状,并进行了详细对比;最后,总结了船舶中压直流综合电力系统与陆上直流微电网的典型差异,并梳理了国内外相关技术标准。

船舶综合电力系统绝缘电阻在线检测方法

当前采用中压直流供配电的船舶综合电力系统,在发电机端和负载端均存在接地电阻,对其电网绝缘电阻的在线检测产生较大影响。为此,提出一种改进注入法在线绝缘检测方案,通过外加电源和负载状态量获取的方式,排除系统接地电阻带来的影响。首先,在整流发电机接地电阻处,分别正向和反向并联直流电源,采用电源叠加法得到系统绝缘电阻解析表达式;然后,利用实时获取的变频器接地电阻柜的开关状态,折算直流母线实时的绝缘电阻值;最后,搭建了全系统仿真模型并进行了验证。研究结果表明:所提方案测量精度满足工程需求,为综合电力系统母线绝缘的在线检测提供了理论基础。

舰船综合电力系统研究进展与应用建议

该文概述舰船综合电力系统(integrated power system,IPS)的原理、组成、分类、特点与技术难点,介绍国内外工程研制情况,综述集成设计、大容量直流源及其并联组网控制、大容量直驱式电力推进、直流大电流开断保护、电力电子静止电源、高密度储能、智能化能量管理等7项共性技术及我国技术研究突破情况。针对IPS在民用新能源船舶、电动及混动飞机、轨道交通、海上能源高效利用等推广应用实际需求,给出系统推荐方案,并提出各应用场景下还需重点研究的内容,旨在为IPS在多领域推广应用提供参考。

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。

面向舰船综合电力系统的10 kV/2 MW模块化多电平双向直流变换器控制策略

由于电压等级高、模块化程度高、容错性能好等优势,模块化多电平双向直流变换器(MMBDC)非常适合在下一代舰船综合电力系统(IPS)中充当能量路由器的角色。然而,针对该变换器的控制策略存在端口电流不受控、环路耦合强、低频振荡显著等问题。为了解决上述问题,该文首先,建立构成MMBDC的子变换器数学模型,推导低频谐振点。其次,针对直流多端口模块化多电平子变换器提出基于陷波器的三环解耦控制策略,推导该策略的控制环路解耦特性,对控制框图进行了简化,并比较传统控制策略与所提控制策略的动态特性。最后,设计并制作了10 kV/2 MW级MMBDC工程样机,介绍绝缘设计、控制系统架构、电气柜结构布局等工程实现方法,并进行所提控制策略的满功率实验,验证了该文理论分析研究的有效性。

基于PLECS的船舶中压直流综合电力系统仿真研究

针对船舶中压直流综合电力系统,分析系统的结构和特性。给出船舶中压直流综合电力系统的机理模型,包括原动机、发电机、推进电机和四象限负载等。在PLECS软件中建立船舶中压直流综合电力系统的仿真模型,实现了系统起动、加速和突然倒车等正常和极端工况的数字仿真,仿真结果验证了本文所进行的数字仿真研究的正确性,能够为系统的早期设计提供仿真工具。

基于直流配电系统的船舶综合电力系统

综述了舰船综合电力系统技术的发展,比较了各种配电系统的特点,论述了直流区域配电的优点。以设想的核动力商船为背景,提出了一种综合电力系统方案。该方案以直流区域配电系统为基础,以高速整流发电机为电源,采用电力电子器件实现电力变换、系统保护和调速控制。阐述了该方案的特点和对总体的影响,分析了实现该方案须解决的关键技术和可行性。

船舶直流综合电力系统小信号稳定性分析

针对船舶直流综合电力系统参数匹配复杂的问题,通过建立系统数学模型,提出将基于状态空间方程的小信号稳定性分析运用于船舶直流系统中进行控制参数设计的方法,对系统在控制参数变化的情况下进行稳定性分析,得到对应参数的稳定区域,并在Digsilent/Power Factory环境下搭建仿真模型验证结论有效性,为系统的控制参数设计提供支撑。

基于多智能体的船舶综合电力系统故障恢复方法

提出基于多智能体(Agent)系统的船舶综合电力系统故障恢复智能决策新方法。该方法定义与船舶电网供电区域相对应的供电区域Agent模型,基于Agent抽象体系结构设计构成供电区域Agent的各职能Agent,并建立故障恢复智能决策多Agent系统,在此基础上,基于动态主从式多Agent协同策略实现船舶综合电力系统故障恢复。典型算例系统故障恢复离线测试结果以及实时仿真结果表明,该方法能够快速、有效地求解船舶综合电力系统故障恢复问题,具有较好的工程应用前景。

科考船直流母排电力系统短路电流的计算与仿真

船舶直流母排电力系统最大和最小短路电流值决定了直流综合电力系统的设备选型和选择性保护设计。在实船项目中,直流母排短路电流计算所涉及的参数复杂,为了便于直流综合电力系统选择性保护设计,提出船舶直流母排电力系统最大和最小短路电流计算方法,并以某科考船为范例进行分析计算,通过MATLAB仿真验证了计算结果的准确性。

一种面向舰船综合电力系统的模块化三端口直流变换器

中压直流舰船综合电力系统(IPS)在全电舰船中具有广阔的应用前景,随着舰船综合电力系统容量和电压等级的提高,越来越多的储能单元应用于舰船综合电力系统,传统的能量单向流动两端口直流变换器已经不能适应新的应用需求。针对此问题,该文提出一种面向未来舰船综合电力系统的模块化三端口直流变换器。该三端口变换器可以连接中压直流电网、低压直流电网和分布式储能单元,每个端口均可实现能量双向流动。分析该模块化三端口直流变换器的拓扑结构、工作原理,梳理该三端口变换器在不同工况下的能量流动模式,结合变换器的能量流动模式,建立该变换器自适应控制策略。该文在一台额定功率为20kW的模块化三端口直流变换器样机上,对所提的原理分析和控制策略进行了实验验证。

船舶直流电力系统选择性保护方法研究

为了解决船舶直流电力系统保护快速性与选择性矛盾的难题,提出了基于瞬时保护的选择性保护方法及基于差动保护的选择性保护方法。利用数字仿真对2种选择性保护方法进行了性能评估。评估结果表明,基于差动保护的选择性保护方法具有更优的整体保护性能,能有效提高船舶电力系统的安全水平。

船舶交直流混合电力系统短路计算与仿真

近年来,船舶交直流混合电力系统的优越性越来越突出。为实现船舶交直流混合系统短路计算与仿真,文中以VC++6.0为平台编写软件程序,采用面向对象的程序设计思想,以模型为基础、以数据库为支撑,在已建立的船舶电力系统仿真平台基础上,通过分析计算各个电流源提供的短路电流,实现了船舶交直流混合电力系统任意点短路的可视化仿真计算,并通过实例验证了计算结果的准确性,该方法具有实际可行性。

船舶综合电力系统同步测量的实现

通过比较各种时间同步协议的优缺点,提出基于IEEE1588协议实现船舶综合电力系统同步数据采集的方案。分析了IEEE1588协议的偏移测量和延迟测量原理,指出时间戳是影响同步精度的主要因素,并比较了在不同协议层获取时间戳的同步性能。给出了基于环形冗余工业以太网实现主、从时间同步的网络拓扑结构,并基于DP83640芯片设计了同步测量节点,实现了数据的同步采集与网络传输。设计过零检测实验并测试同步性能,同步精度低于1μs。结果表明,使用IEEE1588协议可以在不显著增加成本的基础上,为电力系统提供实时、高精度、严格同步的量测量,满足基于局域网的舰船电力系统监控和计算的需要。

船舶电力系统短路保护性能综合量化指标模型

为了定量评价船舶电力系统的保护性能,提出了船舶电力系统保护选择性、快速性、灵敏性、可靠性等评价指标的量化方法,采用隶属度函数对以上四个指标进行归一化后,基于层次分析法对此"四性"指标进行综合,得到了评价船舶电力系统保护性能的综合量化指标。以典型四机、两电站船舶电力系统为例,分别计算了采用时间电流原则保护、差动保护时该网络保护性能的综合量化指标数据,并进行了比较,得到了差动保护性能更优的结论,与该电力系统实际运行经验吻合,证明了提出的综合量化方法的有效性。

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。

船舶综合电力系统研究的新进展

综述了船舶综合电力系统技术的发展,论述了直流区域配电的优点,提出目前研究的热点和难点,阐述了综合电力系统系统研究和关键设备研究的方向。

针对舰船直流综合电力系统中低阻抗故障和电力电子设备的保护方案

舰船直流综合电力系统采用了大量的电力电子器件,其保护需求不同于传统的交流电力系统。从系统的角度分析直流综合电力系统短路故障,以及电力电子器件设备的内部故障特点,重点、深入地探讨直流综合电力系统保护需求,得出系统的保护功能与模块内部参数设置密切相关的观点,以及限流、速动等11项保护要求,形成针对系统短路和电力电子设备的保护方案。根据国内外直流断路器、直流限流器等主要直流保护器件的技术现状,进一步提出电力系统保护器件的技术发展需求。

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。