并网型交直交电源对船舶电力系统暂态稳定性影响的仿真分析

为解决故障扰动对集成并网型交直交电源的船舶电力系统暂态稳定性的不确定性影响问题,在电力系统计算机辅助设计(power system computer aided design,PSCAD)软件中构建集成并网型交直交电源的船舶交直流混联电力系统仿真模型,以电力系统电压、频率以及功角稳定理论为基础,探讨短路故障和突变负载扰动时的电力系统特征参数变化规律,分析短路故障和突变负载扰动时虚拟惯量对系统频率稳定性的支撑作用。结果表明:短路时的系统特征参数变化更剧烈,突变负载扰动时的电压波动为短路时的18.2%;突变负载扰动时虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略下功率仅需1.1 s稳定,恒功率控制策略下始终不稳定;当虚拟惯量为2 kg·m 2时VSG控制策略能够为系统提供-1.750~2.297 kW的惯量支撑功率。该研究结果可为并网型交直交电源在船舶电力系统中的应用提供理论指导。

绿色智能散货船混合动力直流组网系统设计

[目的]针对内河复杂航道特点,提出一种基于绿色智能散货船多能源并联混合动力系统的直流组网系统设计方案。[方法]首先,分析混合动力系统采用直流组网的优势,采用功率链计算法得出各典型工况下的混合动力直流组网推进效率。然后,研究针对绿色智能船舶附加标志具体要求的直流组网系统应用设计特点。最后,对实船直流配电系统保护及安全设计进行综合分析。[结果]结果表明,实船采用包含储能系统的并联柴电/气电混合动力直流组网推进系统,整体性能优于常规主机推进和全电力推进方式。采用多种装置相结合的保护措施及失电恢复解决方案,确保了直流组网系统实船应用的安全可靠性。[结论]直流组网可为实现内河船舶最高绿色等级水平提供柔性能源平台,并为智能机舱、智能能效管理及智能集成平台技术应用提供全方位支撑。研究成果可为绿色智能混合动力船舶直流组网的设计提供参考。

新型绿色船舶电力推进系统关键技术及应用分析

根据不同船型动力需求,综合考虑能源供给、船舶配电、驱动控制、推进器等技术条件,提出三种船舶绿色动力的配置方案,介绍储能技术、直流组网技术及轴带电机变频器技术,总结解决方案中的技术难点,结合实船示范,给出绿色船舶推进相关科研成果及工程项目方案的技术特点。

基于时延陷波FXLMS算法的自适应APF设计

船用直流电网的主谐波频率高达数千赫兹,并且谐波成分在几千至十几千赫兹均有分布。传统的有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)基于时域信号对谐波进行跟踪抑制,受制于运算时硬件造成的固有延时,无法准确跟踪高频率的谐波。鉴于此,论文分析并设计了基于时延陷波滤波x-最小均方(filter-x Least Mean Square,FXLMS)算法的自适应APF。所设计的APF能抑制20kHz以内的若干个任意频点的谐波。搭建了基于现场可编辑逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的APF试验平台进行试验验证。试验以5kHz、10kHz、15kHz的复合频率谐波为例,APF装置对预设谐波频点抑制效果均达到24dB以上,实现了对高频谐波抑制。

基于船用交直流微电网的变流器PQ控制

作为支撑微网稳定运行的关键器件,变流器的产生有效提升了控制灵活性,但系统惯性的降低也增加了能量平衡与稳定控制的难度,对电力系统产生不可忽视的影响。提出一种基于船用交直流混连微电网的变流器控制策略,结合柴油发电机并联运行系统中柴油发电机组的下垂特性和变流器的恒功率(PQ)控制策略,分析并联控制情况下系统的动态特性。在MATLAB/Simulink中建立交直流微电网运行的仿真模型进行试验验证,结果表明:在变流器采用PQ控制的工况下,电网性能指标良好,达到了预期的控制效果。

3种减少直流断路器的船舶中压直流电网拓扑结构及性能比较

为保护整流变换器并减少短路时电网中电容放电的影响,船舶中压直流电网中存在大量断路器,致使电网结构复杂,成本高。文章提出3种结构的变换器,即基于级联H桥与多端DC/DC的结构(TMPDC)、基于MMC整流与逆变的多级调压结构(MVR)和基于不控整流与模块化多电平变换器(MMC)驱动负载结合的结构(UR-MMC)。对3种结构的组成与特点进行了分析,并在电压谐波、功耗、体积、故障特性等方面进行比较,最后通过仿真进一步阐述不同结构在运行波形上的差异。通过分析各结构的特性,为中压直流电网在船舶上的应用提供参考。

新型IGBT驱动策略在船用直流电网短路保护中的应用

为解决船舶电力系统短路保护的快速性和选择性问题,提出基于IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)的船用直流电网瞬时短路保护策略。通过研究IGBT短路特性,提出di/dt与集电极电压VCE联合检测短路策略,提高短路故障检测的快速性和准确性;同时,提出IGBT软关断短路保护策略,实现在发生短路时缓慢减小集电极电流,从而大大减小关断电压尖峰。通过试验验证算法的可行性。

变频器对船舶电网电流谐波影响及抑制方案

针对变频调速推进系统对船舶电网电流谐波的影响,通过改变变频器输出功率和输出频率,观察变频器交流侧电网电流谐波的变化规律,详细分析了变频器在交流电网侧产生的间谐波。结果表明,变频器输出功率、输出频率降低,交流电网侧电流谐波畸变率增大;间谐波主要分布于低频段,间谐波频率越低,谐波幅值越大。由此提出了基于无源滤波器、直流侧电容和高通滤波器综合滤波方案,并利用Matlab建立仿真模型进行分析,有效验证了方案的可行性。

纯电动船舶直流并网短路保护功能设计及仿真分析

直流并网技术是纯电动船舶的核心技术。当船舶直流并网配电系统的某一支路发生短路故障时,该短路支路需要被切除,其余支路被保留且正常工作。为保证短路保护熔断器的动作具有选择性,须计算支路发生短路时所有直流并网支路的短路电流值及熔断器的熔断容量,以指导熔断器的设计和选型。文章基于Matlab/Simulink2016a仿真软件搭建纯电动船舶直流并网配电系统主电路等效仿真模型,对系统短路电流和熔断器容量进行计算,结果验证了该系统短路保护电路设计的合理性,其可避免全船失电及动力失效风险。

直流组网船舶供电变流器运行与控制策略研究

通过采用电力电子变换技术和储能技术,直流组网电力推进系统成为混合动力船舶提高燃油效率、减少碳排放及增强冗余性能的最佳选择。文章介绍了直流组网型混合动力船舶推进变流系统的构成及其工作原理。针对其日用负载供电变流器的多运行模式及其控制策略,提出一种基于正、负dq同步旋转坐标系的分序控制方法,以保证三相供电变流器带单相负荷时输出电压的平衡;并通过坐标变换构造负序指令,从而无须依赖数字低通滤波器。仿真和实验结果显示,对比传统的单独正序控制,采用该控制策略后,正序、负序分序控制电压波形不平衡度由12%降为小于0.5%,验证了所提控制策略的正确性和有效性。

基于直流电网的船舶电力系统仿真研究

对船舶电力系统的发展现状以及主电网电制的选择进行了简要概述,通过对比国内外的发展现状以及交流电力系统和直流电力系统的优缺点,指出基于直流电网的船舶电力系统是未来船舶电力系统的发展方向。对基于直流电网的船舶电力系统的负载分配律进行了分析,随后在MATLAB/Simulink中建立了一种基于直流电网的船舶电力系统的仿真模型,仿真验证了该系统的可行性。

直流电网在大型船舶中的发展趋势

目前直流电网在船舶电力系统中应用广泛,工程技术人员需对其专业知识有所了解。介绍直流电网的基本概念和特点,并分析其在船舶特别是电力推进船中的配置和应用趋势,同时提到直流电网中的一些关键技术和设备,为今后接触和了解船舶直流电网提供开阔的思路。

基于新型趋近律的船舶微网直流变换器控制策略

船舶微网中母线电压的稳定控制、功率负荷分配等问题一直是研究的热点。针对船舶直流变换器中等速趋近律控制方法趋近时间长、抖振严重的问题,提出了一种新型趋近律方法,用于改善系统的趋近状态和稳定性能。同时,将功率-电压下垂控制方法和新型趋近律控制器相结合,实现了船舶微网中直流变换器功率合理分配。仿真实验表明了所提控制策略的有效性。

电力推进船舶直流网配电系统设计

电力推进船舶电站管理系统(PMS)承担着整船动力电源并网、能源管理、负载功率分配等重要职责,是整船电气系统的重要环节。详细介绍了如何采用直流并网技术,实现电力推进船舶直流并网及整船配电系统的设计,并以实例进行了说明。

基于直流电网的船舶电站分区间目标控制策略研究

提出了一种基于直流电网的船舶电力系统高效率运行的控制策略,即分区间目标控制策略。引入功率滞环来确保控制系统输出稳定。并在MATLAB/Simulink中对该系统进行了仿真实现。仿真验证了该控制策略的可行性。与传统采用交流电网的船舶电力系统相比油耗明显降低,效率显著提高。

基于模块化多电平变换器的无电容设计型船舶中压直流电网控制与故障保护

船舶直流电网中通常存在大容量的电容,不仅占用空间,而且在直流侧短路故障时产生巨大的放电电流,不利于故障保护,针对此问题,本文提出了一种无电容器设计的船舶中压直流电网结构,以避免直流侧短路时的电容放电过程。与常规直流电网不同的是,该电网电压存在较大波动,为了避免其对负载及变换器调制的影响,所提出的直流电网采用模块化多电平变换器作为接口变换器,实现DC/DC,DC/AC等变换。本文针对直流侧无电容后,增大的电压谐波对变换器的影响进行了分析,对模块化多电平变换器直流侧电压控制提出两种解决方法,并针对所提出的电网结构,分析了故障情况下的特征识别和协同操作的保护策略。最后通过PLECS仿真与实验数据验证了所提电网拓扑与模块化多电平变换器控制方法的正确性。

基于混合储能的船用光伏微电网控制策略研究

针对光伏发电系统间歇性和随机性造成的船舶电网波动问题,提出一种光伏混合储能系统结构拓扑图,研究磷酸铁锂电池和超级电容混合储能系统在船舶微电网的功能特性。在此基础上,提出一种基于储能元件SOC的二阶滤波算法功率分配策略用于平抑光伏波动,并通过建模仿真进行分析,结果表明:提出的二阶滤波算法功率分配策略能够有效地平抑光伏电源的波动,维持直流母线的稳定,改善并网电能质量。该研究可为船用并网型和离网型微电网的发展提供一定的理论依据。

下垂特性变流器并网冲击抑制策略

对于船舶直流组网系统,动力电池需要通过DC-DC能量变换后进行并网,并网过程会产生冲击电流,影响DC-DC单元的可靠性以及船舶微网的可靠运行。针对上述问题,本文提出一种可以对DC-DC并网冲击电流有效抑制的控制策略,使得并网过程电流波形无脉动,可达成可靠并网的目的。最后通过仿真验证了该控制策略的可行性。

船舶微网蓄电池储能系统安全充放电控制策略

为确保船舶微网蓄电池储能系统的安全充放电,提出一种新型充放电控制策略.该控制策略结合双向DC/DC变换器,以蓄电池侧电感平均电流为内环,充电过程外环采用恒压、涓流切换控制方式,放电过程外环采用恒功率、恒压切换的控制方式.以蓄电池剩余容量和端电压状态为约束条件,充放电过程均采用三阶段切换控制模式,详细分析了该控制策略下的运行过程,并对不同模式切换控制下的蓄电池运行特性进行仿真.搭建了一台试验样机,运行结果表明,蓄电池在该控制策略下能够在安全区域高效稳定运行,并具有快速的动态响应能力.