舰船中压直流综合电力推进系统设计及稳态分析研究

论文针对目前备受关注的舰船中压直流综合电力推进系统(简称舰船MVDC系统)进行设计及稳态分析研究。舰船MVDC系统设计分为两步:其一,结合需要系数法及发电机容量、台数确定原则,进行系统电源设计;其二,通过研究IEEE 1709标准以及船舶电力系统相关设计标准,提出舰船MVDC系统基本设计原则,并结合系统电源设计结果,完成系统结构设计。在系统设计的基础上,建立系统潮流计算数学模型;并基于直流牛顿拉夫逊法进行改进,提出舰船MVDC系统的交直流混合潮流计算方法,进行系统稳态分析研究。研究结果表明,论文所提出的系统设计方法及交直流混合潮流计算方法,适用于舰船MVDC系统。

舰船中压直流综合电力推进系统稳态分析研究

本文对舰船中压直流综合电力推进系统进行稳态分析。首先,根据舰船中压直流综合电力系统基本特点,选定直流分层前推回代法作为基本方法加以改进;同时,提出了适用于该方法的支路计算等效模型,并将上述思想进行程序实现。通过算例分析结果可知,论文所提出的基于直流分层前推回代法的潮流计算方法,能够适用于舰船中压直流综合电力推进系统。

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。

船舶综合电力推进系统远洋保障经验探讨

针对中压交流综合电力推进系统舰船远洋航渡装备保障工作,本文通过航行前备件筹措、进坞检查、装备预防性检修、增加制冷设备等准备工作;航渡中开展定期装备轮换使用、落实装备监测诊断、定期装备检修等具体举措;制定了主用装备应急处置等方案预案,确保了舰船横跨赤道海域长时间航行装备安全,为后续舰船积累了一定的经验。

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。

舰船综合电力推进监控系统研究

研究分析了舰船电力推进系统的发展历史及其特点。提出了舰船综合电力推进监控系统的二层网络体系结构。对主要子系统的功能进行了阐述,分析了系统的关键技术。指出由于综合电力推进系统在动力性、经济性、安全性以及灵活性等方面具有诸多明显的优势,它已成为21世纪舰船动力发展的主要方向。

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。

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。

舰船综合电力系统有源直流滤波器浅述

本文介绍了舰船综合电力系统技术的发展,针对直流配电系统的谐波问题,引入了有源直流滤波器。对有源直流滤波器的组成、结构和检测进行了分析比较,论述了有源直流滤波器的优点。

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。

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。

含脉冲负载的中压直流综合电力系统的无迹卡尔曼动态状态估计方法

中压直流输电系统中脉冲负载周期性变化,这一动态变化过程为电磁暂态,相较于传统陆用电力系统中扰动的机电暂态过程,系统状态在较小的时间常数内突变,将对动态状态估计产生极大干扰,因此对滤波器性能提出了更高要求。该文建立中压直流输电系统的动态数学模型,该模型具有强非线性,为减小扩展卡尔曼滤波方法的线性化误差,采用基于无迹卡尔曼滤波的方法进行动态状态估计,并与采用扩展卡尔曼滤波方法的估计结果进行比较。推导虚拟系统噪声对无迹卡尔曼滤波的作用原理,通过添加虚拟系统噪声,提高了周期性脉冲负载扰动下的状态估计精度和滤波器的稳定性,并通过仿真验证模型和算法的有效性。

中压直流综合电力系统燃油经济性调度策略

由于研究对象、运行要求和调控手段存在差异,陆用电力系统和传统船用电力系统的燃油经济性策略无法直接应用到中压直流综合电力系统中。针对中压直流综合电力系统的能量优化调控需求,建立综合电力系统燃油经济性调度模型,提出基于分层优化方法的系统燃油经济性调度优化算法,实现对整流发电机组出力的优化。同时,提出适用于中压直流综合电力系统燃油经济性优化调度的方法,实现对发电机出力的优化调度,并通过仿真试验验证该方法的有效性。

一种适用于舰船综合电力推进系统的对称混合五电平拓扑及其控制策略

为了满足舰船中压直流综合电力推进系统对中压大容量推进变频器的需求,本文提出了一种适用于多相开绕组电机的对称混合五电平拓扑,每一相电路均由一个高频DC/DC单元和一个高压H桥单元组成。介绍了其工作原理和调制方法,针对其母线中点电压平衡问题,提出了一种微调PWM脉冲占空比的中点电压平衡控制方法。仿真结果表明该拓扑及其控制方法正确、有效。

舰船综合电力系统继电保护策略

综合电力系统(Integrated Power System,IPS)作为未来舰船发展的重要组成部分,代表着先进的集成优化电力系统发展方向。为深入研究IPS中配电网保护策略,叙述了近年来IPS国内外发展情况,较全面的分析了IPS中配电网络的特点,结合几种常用母线继电保护措施在IPS中的应用情况,指出了保护实现的难点和关键;综述了IPS交流网络中单相接地故障的探测与诊断方法和陆地中性点不接地系统中单相接地故障的研究方法。最后,指出IPS配电网络的未来发展方向,讨论了IPS中压直流配电网的相应保护策略发展的方向。

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。

海洋工程船舶综合电力推进系统关键技术分析

随着现代技术的高速发展,以综合电力推进技术为代表的海洋工程船舶已逐步成为当今高技术船舶动力系统发展的主流趋势。由此带来更多的是中高压电力系统和区域直流配电系统在海洋工程船舶上的广泛应用。根据相关IEC标准和各船级社规范以及其它相关理论,针对海洋工程船舶复杂的环形供电网络的区域直流配电技术、中性点接地技术、保护技术、谐波抑制等关键技术进行相关分析与研究,提出相关设计方法和理念,为后续综合电力推进系统的设计提供参考。

美英未来舰船综合电力系统电制选择分析

美英舰船综合电力系统目前采用的是交流低频电制,交流低频电制因其变换损失大,传输效率低,不能满足未来舰船要求,为此美英正在规划未来综合电力系统电制的发展路线。本文分析了交流低频电制、交流高频电制、直流电制3种电制的优缺点及技术难点;介绍了美国交流高频电制及英国直流电制相关技术的研制进展。

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。