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基于MMC的船舶轴带发电系统电力电子变换器控制研究
| 论文题名： | 基于MMC的船舶轴带发电系统电力电子变换器控制研究 |
| 关键词： | 船舶轴带发电系统;电力电子变换器;控制策略;模块化多电平变流器 |
| 摘要： | 近年来随着全球能源危机的爆发，生态环境日益恶化，高压大型船舶运输时的碳排量和运营成本不断增加。船舶主机以便宜的劣质重油作为能源，船舶轴带发电机由船舶主机主轴驱动，最大化地使用了主机的富余功率。同时船舶轴带发电机可以部分或完全替换传统的柴油发电机来为全船供电，发电机运行效率高、经济性好，能达到节能减排目的。同时模块化多电平变流器(ModularMultilevelConverter,MMC)因其具备高度模块化、易扩展电压等级等优势，自提出便引起了广泛关注。因此，研究基于MMC的船舶轴带发电系统中电力电子变换器的控制策略对于全球船舶运输业具有重大现实意义。 首先，本文理论推导了同步发电机调速系统和励磁调压系统的相关数学模型。对于调制策略，运用移相载波调制技术，使得输出谐波畸变率低和具备较高的等效开关频率。对于控制策略，在整流时，针对直流侧电压和交流侧电流的稳定问题，采取电压电流双闭环策略。其中，外环采取常规PI策略控制直流侧电压，内环采用无差拍策略控制交流侧电流，与采用常规PI策略相比，无差拍策略具备更好的动态性。由于无差拍模型是基于系统的数学模型，对系统参数较为敏感，因此需要对交流侧电感参数在线辨识。同时针对低开关频率下无差拍的预测误差问题，引入重复控制构成重复预测控制策略降低电流的预测误差，该策略与常规无差拍策略相比，电流预测误差更低。针对船舶轴带发电系统可能出现的频率微变问题，为适应其频率波动，保证控制器不受影响，提出一种频率自适应FIR重复预测控制策略，该策略与常规FIR重复预测控制策略相比，降低了频率波动的影响。鉴于MMC特有的环流谐波问题，提出改进型准比例谐振控制策略达到环流抑制目的，该策略与常规准比例谐振策略相比，环流抑制效果更好。针对各相子模块电容电压稳定问题，提出分层控制策略，该策略与不加入相平衡时的均压策略相比，子模块均压效果更好。在逆变时，采用电压电流双闭环前馈解耦策略输出稳定三相交流电。最终构成完整交-直-交MMC变流系统。 本文采用七电平拓扑结构，以MMC交-直-交变流器为研究对象，以船舶轴带发电机为应用背景，以Matlab/Simulik仿真软件为平台，分析并探究了基于MMC的船舶轴带发电系统电力电子变换器控制中存在的多种关键技术问题，并提出相应改进方法进行解决，最终验证了所提方法的有效性与科学性。 |
| 作者： | 何怡晖 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 周鑫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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