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船舶电力系统直流变换器级联模块稳定控制研究
| 论文题名： | 船舶电力系统直流变换器级联模块稳定控制研究 |
| 关键词： | 船舶电力系统;直流变换器;级联模块;控制策略 |
| 摘要： | 目前，船舶电力推进、综合电力系统技术正飞速发展，传统的船舶动力系统正朝着综合电力推进技术方向发展。船舶直流区域配电系统被认为是一种新型配电系统，成为当前船舶综合电力推进系统的重点研究领域。区域配电通过左右舷直流母线经滤波装置、电力变换装置向各类负载提供电能。电力变换装置具有非线性特性，在进行电能变换时会出现“承前启后”的情况：同一个电力变换模块既作为前级电路的负载又作为后级电路的电源，即发生模块间的级联，这使系统存在谐波、振荡、动态性能下降等问题。提高船舶配电系统的稳定性十分重要，电力变换装置之间相互作用的理论分析、系统的稳定性分析和控制成为当前直流区域配电系统的研究热点。本文以船舶电力变换系统为研究对象，就级联变换器稳定性分析和控制等方面展开了研究，主要内容如下： （一）进行船舶电力负荷分析，并对船舶电力系统中发电机、推进电动机、变压器、电力变换装置、电缆等进行分析、建模。进一步，研究了船舶短路电流和船舶电力系统保护并对船舶电力系统暂态过程进行仿真。 （二）研究了船舶电力变换系统中级联模块引起系统发生不稳定的机理：级联模块的后级电路相当于恒功率负载，且恒功率负载具有负阻抗特性，从而使系统存在振荡、动态性能下降等问题。对带恒功率负载的直流变换器模型进行处理，得到系统小信号平均模型和状态空间表达式。分析讨论了恒功率负载和电阻负载对系统稳定性能影响，给出了在时域和频域模型中判断级联系统稳定的稳定判据，理论分析和仿真结果均证明带恒功率负载的直流变换器存在不稳定性。 （三）对船舶直流变换器级联系统，分别从无源控制和有源控制两方面进行研究。在无源控制中，将无源阻尼添加至级联电路，建立系统小信号模型，通过计算前后级变换器阻抗，得到等效环路增益。该级联系统的伯德图和奈奎斯特曲线符合稳定判据，并通过多次试验，考虑系统稳定裕量，选出较为合适的无源阻尼参数。 （四）在有源控制中，将基于虚拟电阻的有源控制应用于直流变换器相互级联的系统中，通过采样前级变换器的输出电压和电感电流，并对其进行反馈控制，建立基于虚拟电阻的有源控制直流变换器的小信号等效模型。并在PSIM和MATLAB/Simulink平台上进行仿真，其结果均证明了基于虚拟电阻的有源控制方法能提高级联系统的稳定性。 |
| 作者： | 古强 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 王荣杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 集美大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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