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船舶双馈轴带发电系统的谐波抑制和抗干扰控制
| 论文题名： | 船舶双馈轴带发电系统的谐波抑制和抗干扰控制 |
| 关键词： | 船舶双馈轴带发电系统;谐波抑制;抗干扰控制;电能质量 |
| 摘要： | 船舶双馈轴带发电机可以利用主机的冗余功率发电，具有发电效率高、换流器容量小和变速恒频等优点，在船舶轴带发电领域得到广泛应用。由于不平衡负载、非线性负载和不控整流桥的接入，导致船舶电网产生负序和谐波分量，降低船舶电网的电能质量。同时，在实际运行过程中，双馈电机会受到模型内部扰动和外部环境扰动的影响，这些扰动会降低系统的稳定性。因此，谐波抑制问题和抗干扰问题是船舶轴带发电系统需要特别关注的问题。本文以船舶轴带发电机为研究对象，针对连接不平衡负载的独立运行双馈交流发电系统、独立运行双馈直流发电系统和并网运行双馈直流发电系统中的谐波抑制与抗干扰问题，主要开展以下研究工作: 第一，针对独立运行的双馈轴带交流发电系统，设计了一种基于改进超螺旋观测器的非奇异终端滑模控制器。通过改进超螺旋观测器观测转子电流的基频和二倍频分量，减少对双馈电机参数的依赖，提高系统的抗干扰能力。将基于改进超螺旋观测器的非奇异终端滑模控制器应用于转子电流环，消除了由不平衡负载引起的滑模面波动，增强对二倍频交流给定信号的跟踪性能，进而改善对负序定子电压的抑制能力。仿真与实验结果表明，所设计方法能够有效消除定子电压不平衡，具有优异的动静态性能。 第二，针对独立运行的双馈轴带直流发电系统，设计了一种改进的自抗扰控制器。针对超螺旋观测器无法跟踪高频信号的不足，设计了增强型超螺旋观测器来观测转子电流导数中的基频和6倍频交流分量，设计基于增强型超螺旋观测器的自抗扰转子电流控制器，抑制由不可控整流器引起的6倍频转矩脉动，同时降低了定子电流中的5次和7次谐波分量。将基于超螺旋观测器的自抗扰控制器用于直流电压控制，提高了在负载变化条件下直流电压环的抗干扰能力。仿真和实验结果表明，该方法能够有效抑制转矩脉动和消除定子电流谐波，提高了负载突变时直流电压环的动态性能。 第三，针对并网运行的双馈轴带直流发电系统，进一步分析不可控整流器的引入对系统谐波产生的影响，设计了一种基于改进超螺旋观测器的超螺旋控制器。通过改进超螺旋观测器提高对转子电流导数中6倍频分量的观测能力，将基于改进超螺旋观测器的超螺旋控制器应用于转子电流控制，以消除6倍频的定子功率谐波和定子电流谐波，提高了并网运行的双馈直流发电系统的效率。仿真结果表明，该控制方法在定子功率给定值变化和电机转速变化条件下，可以有效消除由不可控整流器在定子功率和电流中引入的6倍频谐波分量，提高了船舶电力系统的稳定性。 |
| 作者： | 张芳源 |
| 专业： | 电力电子与电力传动 |
| 导师： | 王丹;彭周华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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