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混合储能接入船舶直流微电网运行控制研究
| 论文题名： | 混合储能接入船舶直流微电网运行控制研究 |
| 关键词： | 电力推进船;艏侧推进器;混合储能系统;分层协调控制;运行稳定性 |
| 摘要： | 随着人们对环保意识的不断增强，航运业造成的污染物排放已引起广泛关注，国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）和各国政府不断出台相关法规对船舶排放物进行控制，要求大幅度降低船舶废气排放。船舶电力系统是船舶赖以生存的基础，科学技术的进步将极大地促进我国造船与航运业的发展。适用于复杂工况的电力推进船，其负荷功率一般变化较大或持续变化，如安装艏侧推进器的平台供应船，装备的艏侧推进器负荷特性属脉冲负荷。如何提高该类电力推进船舶的运行稳定性、提升运行能效与降低成本成为亟待解决的问题。 本文针对提高复杂工况下电力推进船舶运行稳定性、运行能效与运行成本，提出在电力推进船舶艏侧推进器中接入混合储能，并利用分层协调控制的方法实现船舶的高能效稳定运行。主要工作如下： 1、针对容量较小的电力推进船舶提出在其艏侧推进器背靠背变频装置的直流母线增加动力蓄电池组，兼顾能量和需求功率，相比接入超级电容，动力蓄电池可具有体积和价格上优势。该蓄电池组通过三相交错并联DC/DC变换器接入直流母线，该DC/DC变换器的控制器采用了电压自适应PI控制器，并分析了控制器参数对系统运行稳定性与响应速度的影响。该方案提高了变换器的动态响应速度，平抑了艏侧推进器负荷功率波动，实现了柴油发电机组输出到艏侧推进器功率恒定，有效降低了船用柴油发电机组容量。 2、针对运行在复杂工况的且大容量电力推进船舶，设计了在其艏侧推进器背靠背变频装置直流母线处接入动力蓄电池组与超级电容的混合储能装置，形成以下方案：（1）柴油发电机组提供艏推进器所需平均功率;（2）蓄电池组满足艏侧推进器的低频部分有功功率波动需求;（3）超级电容满足艏侧推进器的脉冲高频和尖峰功率需求。混合储能DC/DC变换器的控制器采用了一种分层协调控制方案。在底层控制中，DC/DC控制器采用高/低通滤波器+分频V-I下垂控制，实现蓄电池组和超级电容在不同时间尺度下的负荷功率共享；上层功率控制器实现柴油发电机组经整流输出到艏侧推进器的有功功率保持不变。同时利用阻抗分析法和特征值法对双向DC/DC变换器及其控制器进行了稳定性分析，得到系统参数和控制器参数对系统稳定性的影响规律和稳定范围。该方案可有效平抑艏侧推进器负荷功率波动，在推进器快速制动作发电机运行时，混合储能替代制动电阻，吸收制动能量。最后基于Matlab/Simulink仿真平台，搭建了混合储能电力推进船舶仿真模型，仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。 |
| 作者： | 李怀民 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 肖朝霞;李晓冬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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