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双电船舶母线电压波动抑制及储能荷电状态均衡控制研究
| 论文题名： | 双电船舶母线电压波动抑制及储能荷电状态均衡控制研究 |
| 关键词： | 双电船舶;蓄电池;超级电容;有限时间控制器;储能荷电状态 |
| 摘要： | 双电船舶采用高功率密度的超级电容和高能量密度的锂电池为动力源，可以同时满足船舶电力系统对于快速波动响应和稳定电能支撑的要求，能更好地克服自身作业及运行环境对船舶航行造成的不利影响，具有重要的研究意义和价值。然而双电船舶中恒功率负载的负阻抗特性以及功率分配不合理造成的储能单元荷电状态（StateofCharge，SoC）不均衡的问题也给超级电容/锂电池的并联运行控制带来了新的挑战。在此背景下，本课题以双电船舶混合储能系统中的储能变换器为研究对象，提出了一种新型有限时间控制器和基于自适应比例/积分下垂控制的储能SoC均衡控制策略，主要研究工作如下： 首先，针对恒功率负载负阻抗特性引起的母线电压振荡问题，提出一种新型有限时间控制器替代传统PI控制器以提高系统的大信号稳定性。基于有限时间控制理论，引入双曲正切函数，通过所设计的有限时间观测器对系统各类扰动进行观测，并由设计的控制器进行前馈补偿，在保证混合储能系统对母线电压波动分频响应的前提下，提高系统的大信号稳定性和抗干扰能力。在此基础上，针对因功率分配不合理等因素造成的储能单元SoC不一致问题，提出基于自适应比例/积分下垂控制的储能单元SoC均衡控制策略。该策略通过引入类指数函数建立储能单元实时SoC与控制器下垂系数间的联系，实时改变变换器输出功率参考值调节储能出力，实现同类型储能单元之间的SoC均衡。最后，对所设计的新型有限时间控制器和自适应比例/积分下垂控制策略进行硬件在环实验验证，实验结果表明，所提出的有限时间控制器可以有效提高系统在CPL功率阶跃时的大信号稳定性，并且在此过程中保证母线电压平滑过渡无抖振，而自适应比例/积分下垂控制策略可以实现基于储能SoC的功率分配，有效解决了储能单元工作过程中因功率分配不合理造成的SoC不均衡的问题。 综上所述，本课题从母线电压振荡抑制和储能单元SoC均衡控制两个控制目标出发对超级电容/锂电池混合储能系统展开研究。通过所设计的新型有限时间控制器观测系统扰动并进行补偿，提高系统的大信号稳定性；通过提出的自适应比例/积分下垂控制，实现了同类型储能单元之间基于储能SoC的功率分配，有利于提高储能单元使用寿命，保障系统带载能力。 |
| 作者： | 王洪来 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 文元全 |
| 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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