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。

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。

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。

新型混合型限流熔断器在舰船综合电力系统中的应用分析

采用中压直流电网输配电是舰船综合电力系统的重点发展方向,但中压直流开关的分断能力不足成为中压直流电网发展的一个重要制约。本文提出在合理位置加装电弧触发式混合型限流熔断器(ATH-CLF)来限制中压直流电网短路电流的方法来解决这一问题。首先以IEEE Std 1709-2010推荐的一种舰船中压直流电网为例,建立了该电网的EMTP仿真模型和ATH-CLF的EMTP仿真模型,计算了有无ATH-CLF以及ATH-CLF安装在不同位置时各典型位置发生短路的电网短路电流及母线电压跌落。分析表明,合理的ATH-CLF加装方案可有效降低短路电流水平,并可使非故障区域的母线电压跌落在10 ms之内恢复。