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船舶直流综合电力推进系统稳定性分析与控制研究
| 论文题名： | 船舶直流综合电力推进系统稳定性分析与控制研究 |
| 关键词： | 船舶电力推进系统;稳定性;电力变换装置;控制策略;负阻抗特性补偿 |
| 摘要： | 随着电力电子技术、新能源技术、控制理论等技术理论的发展，船舶直流综合电力推进系统以其较高的功率密度、发电机组并网难度低、不存在无功功率传输等方面的突出优势而成为目前船舶综合电力推进系统的热门研究方向。 作为系统中电能转换的重要载体，电力变换装置的控制性能直接影响到系统运行的可靠性。在系统集成过程中，电力变换装置之间会存在级联、并联等复杂连接方式，其非线性特性会引起不同装置之间相互作用，甚至会造成系统级不稳定现象的产生。因此，本文主要针对船舶直流综合电力推进系统稳定性、电力变换装置之间的相互作用及稳定优化控制策略等方面进行研究。 首先，根据船舶直流综合电力推进系统的基本结构，建立各主要组成部分的数学模型。同时在Matlab/Simulink仿真环境下搭建包含柴油发电机组、整流器、直流变换器、永磁同步推进电机等的船舶直流综合电力推进系统仿真模型，并完成仿真验证实验。 其次，进行船舶直流综合电力推进系统母线电压稳定性分析。总结基于小信号阻抗分析的电力变换装置级联系统稳定性分析方法，基于小信号线性化分析方法推导直流母线输出阻抗、直流变换器及逆变器-电机输入阻抗模型，并通过分析得到直流母线电路参数及负载功率与直流母线电压稳定性之间的关系。同时，进行谐振仿真实验验证理论分析的正确性。 然后，在阻抗稳定性分析结果的的基础上，设计基于阻尼补偿电路的无源阻尼控制方案。针对无源阻尼控制方案带来的系统能量损耗问题，提出两种基于负阻抗特性补偿的船舶直流变换器稳定控制策略，即：虚拟阻容补偿控制策略和虚拟纯电阻补偿控制策略，对比分析两种补偿控制策略对系统稳定性能的影响。同时，进行谐振抑制等仿真对比实验验证所提控制策略的有效性。 最后，为抑制推进电机负载的负阻抗特性对直流母线电压稳定性能的影响，提高推进电机的低电压穿越能力，提出两种基于负阻抗特性补偿的推进电机稳定控制策略，即：参考电流补偿控制策略和参考电压补偿控制策略。对比分析两种补偿控制策略对系统稳定性能的影响，并通过仿真对比实验验证所提控制策略的有效性。 本文旨在为船舶直流综合电力推进系统的发展作出一定的贡献。 |
| 作者： | 王翔 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 高岚 |
| 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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