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原文传递基于超级电容调控的船舶柴电/光伏并网电力系统关键技术研究

论文题名：	基于超级电容调控的船舶柴电/光伏并网电力系统关键技术研究
关键词：	船舶电力系统;光伏发电系统;超级电容器;功率补偿;低压穿越能力;能量调度
摘要：	随着石化燃料的日渐枯竭和温室气体排放量的不断增加，人类社会面临着日益严峻的节能减排压力。在船舶行业，国际海事组织出台了一系列的法律法规，对远洋船舶节能减排提出了更高的要求。为了应对这一挑战，世界各航运大国相继开始研究太阳能在船舶上的应用技术。然而，由于光伏发电技术易受光照强度、温度、风速等外界环境因素的影响，其发电功率呈现出明显的间歇性和不确定性。如果将太阳能光伏电力系统直接接入船舶电网势必给船舶电网造成频繁的电流冲击。因此，通常会在光伏发电系统中配备大容量的蓄电池储能系统，以此补偿光伏发电系统并网功率的波动。而大容量蓄电池储能系统的并入，大大降低了整个系统的经济性，严重制约了太阳能光伏发电系统在船舶电力系统上的推广应用。　　基于以上问题，本文采用小容量的超级电容调控系统替代传统的蓄电池储能系统作为船用光伏并网电力系统功率补偿单元，并深入研究了基于超级电容调控的船舶柴电/光伏并网电力系统的平抑光伏并网功率波动、增强低压穿越能力、能量管理调度等关键技术和经济性评价问题，取得的主要研究成果如下：　　（1）基于光伏并网功率波动机理，提出了一种平抑光伏并网功率波动的协调控制策略：根据分层控制理论，在光伏MPPT控制策略、光伏DC/AC逆变器控制策略和超级电容充放电控制策略的上层建立微网功率控制策略，从而实现对光伏发电系统输出功率波动的补偿。经PSCAD/EMTDC仿真和实验验证表明：所提出的协调控制策略，在光伏最大功率波动幅值下能够起到有效平抑并网功率波动的作用。　　（2）针对船舶电网短路故障引起的电压跌落易造成船用太阳能光伏电力系统过流或停机问题，提出了一种增强光伏电力系统低压穿越能力的控制策略：通过对船舶电网电压跌落造成光伏发电系统内部响应机理的深入研究，在超级电容充放电控制策略中加入直流母线稳压控制，当直流母线电压超过参考值时，双向DC/DC变流器向超级电容充电。经PSCAD/EMTDC仿真验证表明：当船舶电网电压跌落40%、60%、80%甚至99%时，光伏发电系统均能正常运行。　　（3）针对船舶柴电/光伏并网电力系统启停控制、超级电容SOC阈值控制和双重极限工况控制的能量调度需求，提出了一种基于复合逻辑门限的能量管理控制策略：通过定义船舶柴电/光伏并网电力系统各节点功率、电压等变量的边界参数来实现不同场景的能量调度。经PSCAD/EMTDC仿真和实验验证表明：该控制策略能够根据设定参数的阈值完成能量的自动调度。　　（4）针对基于超级电容调控的船舶柴电/光伏并网电力系统经济性和环保性的评价问题，提出了一种基于港口气象观测站气象数据的船舶航线光伏发电量的权重预测方法：通过采用港口城市将国际最繁忙航线的六条航线分割成若干段小航线，并以各小段航线的长度作为权重因数，对航线上船用光伏发电系统的年发电量进行预测。评价结果显示：船舶柴电/光伏并网电力系统平均动态回报周期为6.6年，年均可减少2753.41kg NOx、107.34kg SOx、163337.98kg CO2和70.00kg PM。
作者：	邱爰超
专业：	交通运输工程
导师：	袁成清
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2020