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船舶并网变换器直流侧母线电压稳定控制方法研究
| 论文题名： | 船舶并网变换器直流侧母线电压稳定控制方法研究 |
| 关键词： | 船舶并网变换器;直流母线电压;有源阻尼补偿;虚拟惯性控制 |
| 摘要： | 近年来，为应对日益严峻的能源危机与海洋污染问题，推动航运业节能减排，引入光伏、蓄电池等分布式电源补充和逐步取代传统柴油机发电的新能源混合动力船舶受到广泛关注。并网变换器作为新能源并网发电的重要端口，对控制交、直流侧能量的双向流动和维持直流母线电压稳定起着关键作用。船舶直流微电网因缺少惯性和阻尼且接入大量闭环控制的恒功率负载，母线电压易出现低频扰动型波动和高频振荡型波动，危害系统的稳定运行。针对上述问题，本文以船舶并网变换器为研究对象，主要完成工作如下： 首先建立船舶并网变换器级联系统模型，深入分析级联系统低阻尼振荡机理，推导出直流母线电压的稳定约束条件。然后，针对恒功率负载负增益阻抗造成直流母线电压高频振荡问题，提出基于虚拟负电感的并网变换器直流侧母线电压有源阻尼补偿方法。该方法在级联系统源侧并网变换器的下垂环路中引入虚拟负电感补偿环节，抵消LC滤波器中较大的电感值，从而增大级联系统的阻尼，抑制直流母线电压高频振荡。为了进一步摆脱所提方法对电流传感器的依赖，设计非线性扰动观测器对并网变换器直流侧扰动电流进行实时估计。其次，针对直流微电网内分布式电源波动及负载投切造成母线电压大幅波动问题，提出基于滑模变结构的并网变换器虚拟惯性控制方法。内环采用基于指数趋近律的滑模电流控制，快速跟踪并网电流给定值，改善系统动态响应速度的同时抑制滑模固有抖振；外环建立类虚拟同步发电机惯性控制环路与电压滑模面结构，为并网变换器直流侧母线提供额外的惯性和阻尼支撑，抑制暂态下母线电压的低频扰动。最后，搭建Matlab/Simulink仿真模型和StarSim HIL硬件在环实验平台，通过仿真及试验验证了两种控制算法的有效性。 综上所述，本文所提出的两种控制方法分别抑制了稳态下直流母线电压的高频振荡和暂态下直流母线电压的低频扰动，提高了并网变换器直流侧母线电压的稳定性。 |
| 作者： | 吕旭 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 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： | 2022 |
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