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船舶微网多储能单元并联均流与母线电压稳定策略研究
| 论文题名： | 船舶微网多储能单元并联均流与母线电压稳定策略研究 |
| 关键词： | 新能源电动船舶;直流微电网;储能单元;输出电流;母线电压;瞬态特性 |
| 摘要： | 在新能源电动船舶中，并联运行的储能单元是船舶直流微电网内部功率平衡的重要支撑单元，起到了能量削峰填谷、抑制功率波动的作用。因此多储能单元并联运行控制研究具有重要的意义和应用价值。本文以并联运行的储能变换器为研究对象，提出了主动频率注入法和虚拟直流发电机控制策略，改善了并联储能变换器输出电流分配不均和直流母线电压瞬态特性差的问题。主要研究工作如下： 首先，针对线路阻抗差异造成的变换器输出电流分配不均的问题，提出了一种基于主动频率注入的并联均流策略。在变换器输出直流电压上叠加低频交流电压小信号，使注入信号频率与输出电流产生下垂特性，利用交流有功功率自适应调节虚拟阻抗，提高了输出电流分配精度，提高系统的可靠性和可扩展性。在此基础上设计了切换环节，稳态时切换为电压-电流下垂控制，利用频率下垂控制得到的稳态虚拟阻抗作为下垂系数，在维持电流精确分配的情况下，消除了交流信号对电能质量的影响。其次，针对船舶各类型负载频繁变化造成的母线电压波动的问题，提出了一种应用于储能变换器的虚拟直流发电机控制策略。在下垂控制的电压电流环之间增加了虚拟直流电机控制环节，利用虚拟直流发电机机械和电气特性提高系统的惯性和阻尼，增强应对外界负荷波动的能力。建立小信号模型分析虚拟惯性系数和虚拟阻尼系数对系统动态性能的影响，并研究多台储能变换器并联使用下的应用条件，在保证输出电流精确分配的同时，提升直流母线电压动态稳定性。最后，对所设计的主动频率注入法和虚拟直流发电机控制策略进行硬件在环(Hardware-In-the-Loop,HIL)实验验证，实验结果表明主动频率注入法可以在直流母线电压稳态误差较小的情况下实现输出电流的精确分配，虚拟直流发电机控制策略可以增强直流母线应对外界扰动的能力，提高系统动态性能。 综上所述，本文从输出电流精确分配和母线电压动态稳定两个控制目标出发对并联储能单元展开研究。通过主动注入低频交流小信号的功率值自适应调节变换器虚拟阻抗，提升了变换器输出电流精度，降低了母线电压稳态误差；通过模拟直流发电机的惯性和阻尼特性，提高了母线电压的抗干扰能力。 |
| 作者： | 陈龙 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 刘彦呈 |
| 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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