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分布式光伏电源对船舶电力系统电能质量影响研究
| 论文题名： | 分布式光伏电源对船舶电力系统电能质量影响研究 |
| 关键词： | 船舶电力系统;分布式光伏电源;并网运行;电能质量 |
| 摘要： | 太阳能作为新兴可再生能源，具有储量大、清洁、没有地域限制和用之不竭等突出优点。随着国际海事组织（IMO）对船舶污染物和碳排放颁布日益严苛的法规，另外现代船舶趋于大型化和电气化，因此分布式光伏系统以其结构简单、接入便利，成为当前世界航运和造船业关注的焦点。 相比于陆地电网，船舶电站容量较小且工况复杂。虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator,VSG)逆变策略较常规逆变控制技术具有惯性和阻尼特性，是一种电网友好型的逆变器控制策略。本文通过理论分析、建模仿真和试验验证的技术路线，完成了基于虚拟同步发电机的船用光伏并网逆变样机开发，以及非理想电网条件下并网预同步技术理论论证，通过仿真和试验结果分析，验证了所提理论对分布式光伏电源逆变并网电能质量的改善效果，为实船示范应用奠定了基础。主要研究内容如下： 1．依据光伏电池的工作原理和数学模型，分析光伏电池最大功率控制技术(MPPT)，通过Matlab/Simulink搭建扰动观察法MPPT控制器仿真模型，研究外界条件变化对分布式光伏电源的影响； 2．理论分析船舶电力系统结构和并网逆变器工作原理。分析PQ控制、Vf控制和下垂控制三种逆变控制策略的原理及其特点，它们都存在零惯性、零阻尼的缺点，并入船舶柴油发电机支撑的电力系统容易发生失稳和过载的问题，甚至影响船舶电力系统的稳定运行； 3．建立船用同步发电机的数学模型，并与基于VSG控制策略的光伏逆变电源组成的电力系统为对象，建立其数学模型和控制结构。对船用VSG光伏系统仿真模型进行离、并网仿真和电网电能质量分析，仿真结果满足规范要求； 4．分析船舶电网电能质量问题，针对传统锁相环在非理想船舶电网条件下锁相性能不佳和并网冲击电流问题，引入VSG预同步并网控制策略，并改进优化传统预同步技术存在的控制结构复杂、精度易受干扰等问题，提出船用VSG并网预同步控制策略，进行仿真验证。仿真结果表明所提策略能够有效抑制并网冲击电流； 5．基于VSG和改进预同步技术理论基础，开发了10kW船用VSG预同步原理样机并搭建试验平台，通过与传统逆变控制策略下的并网波形进行对比分析，对所提出虚拟同步发电机控制策略及改进型预同步技术进行了试验验证，结果表明本文所提船用VSG并网预同步控制策略能有效抑制并网冲击电流产生，改善并网电能质量。 |
| 作者： | 郭威 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 汤旭晶 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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