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基于超级电容的船舶电力推进储能系统研究
| 论文题名： | 基于超级电容的船舶电力推进储能系统研究 |
| 关键词： | 船舶电力推进系统;超级电容;能量控制策略;Matlab/Simulink平台;仿真分析 |
| 摘要： | 船舶电力推进系统的制动时间很短，在这个过程中产生巨大的能量，当这部分能量通过变频器回馈到直流母线时，会造成电压泵升到很高。如果电压过高，会严重损坏开关器件，甚至威胁到操作人员的安全。因此，必须将这部分能量及时的处理掉。过去常采用电阻耗能的方式来限制直流母线电压，这不但会造成能量的浪费，而且散热严重、电阻值无法量化。为了使直流母线电压波动较小，本文采用超级电容和制动电阻相互配合的方案，将电压控制在安全范围内。 本文首先通过对比几种储能方式，说明选择超级电容储能的原因，分析了超级电容储能的基本原理，并介绍了几种常用的等效电路。通过研究典型均压电路，本文选用了一种改进的基于全桥移相的均压电路，不仅可以实现动态均压，而且缩短了均压时间、提高了效率。通过Matlab/Simulink平台仿真验证了该模型的可行性。 其次，本文对船舶制动过程进行了分析和研究，选用了基于模块多电平双向DC-DC变换器的超级电容储能系统，不仅可以使能量在超级电容储能系统和直流母线之间双向流动，而且在稳定母线电压的同时实现模块间的均压。根据直流母线电压变化和超级电容荷电水平，提出相应的能量控制策略，控制超级电容储能系统的充放电深度，保证储能系统的安全性。基于对超级电容储能技术的研究，设计了船舶电力推进系统的总体方案，制定出合理的控制策略，将系统分为四种工作模式即超级电容储能、超级电容释能、超级电容保持和电阻耗能，通过Matlab/Simulink平台对提出的控制策略进行了验证。 最后，本文选用三相异步电机模拟船舶电力推进系统，设置电机的各项参数，通过计算得到船舶制动过程中产生的最大能量，确定组内和组间超级电容的储能规模。在Matlab/Simulink平台上搭建整个系统的仿真模型，模拟船舶运动状态，在给定电机加速、加载、制动等控制信号后，通过仿真验证超级电容储能和电阻耗能方案及其控制策略的有效性，并证明组内和组间均压电路良好的动态均压特性。实验结果证明了以超级电容储能和电阻耗能配合方案的合理性，达到了预期效果。 |
| 作者： | 王凯 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 赵凯岐;赵宏 |
| 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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