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混合储能抑制直流母线电压波动的研究
| 论文题名： | 混合储能抑制直流母线电压波动的研究 |
| 关键词： | 船舶电力推进;直流母线;混合储能;电压波动;自适应PI控制 |
| 摘要： | 基于交-直-交变频器的电力推进系统是商业和军事船舶发展的一个主要趋势，对其进行工作状态研究具有重要的现实意义和理论价值。螺旋桨推进器运行方式的改变会导致推进系统和船舶电力系统功率波动，从而造成直流母线电压的不稳定，如果超过一定范围，就会对设备元件造成损害，甚至导致安全事故。同时，随着船舶装备的日新月异，产生了许多大功率负载。大负荷的脉冲负载若要正常运行，需要在较短时间内提供较大容量，传统的船舶电力系统并不能满足相应要求，导致瞬间的功率缺失，容易造成直流母线电压的大幅度跌落。针对以上两种情况，文章对基于混合储能装置抑制直流母线电压波动的相关技术展开研究。 首先，分析了电力推进船舶的典型拓扑，构建了一种电力推进船舶主要电气单元的数学模型和仿真模型，主要包括整流发电机模块、推进电机模块、螺旋桨推进器模块、储能模块。在搭建好的系统仿真模型基础上，对推进系统的正反转过程及突加脉冲负载两种典型工况进行仿真分析。研究了磷酸铁锂电池-超级电容混合储能基本原理和数学模型，分别对磷酸铁锂电池PNGV模型和超级电容RC模型的参数适当修正并构建仿真模型，仿真分析了其充放电特性。 其次，研究并分析了混合储能系统的结构，提出混合储能系统的控制策略。运用磷酸铁锂电池-超级电容和外部系统组成的新型混合储能拓扑对储能元件的功率吞吐进行准确控制。由磷酸铁锂电池和超级电容构成的混合储能装置，利用双向DC/DC变换器，设计多环PI及自适应PI控制策略，抑制直流母线电压波动。根据不同工况下仿真波形，初步计算混合储能系统各部分的储能容量，在MATLAB/Simulink下对带有混合储能系统的船舶电力推进系统进行仿真分析，在混合储能各部分不同投入比例情况下，对电力推进系统中的反转工况和突加脉冲负载工况进行仿真分析，分析了电力推进系统直流母线波动情况。仿真结果表明，本文提出的混合储能控制策略能更好的发挥两种储能元件的互补优势，对于消除系统直流母线电压波动的情况有着较好的效果。 最后，结合磷酸铁锂电池和超级电容能量互补特性以及质量大小，考虑系统直流母线电压以及发电机运行特点等情况，将人工蜂群多目标优化算法应用于本系统中，给出了一种优化方法，对混合储能容量进行了优化配置。结合系统的不同工况进行仿真分析，验证了所优化的混合储能容量的优势及对直流母线电压稳定的改进效果。 |
| 作者： | 孟凡丽 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 丛望 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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