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原文传递并网型交直交电源对船舶电力系统暂态稳定性影响研究

论文题名：	并网型交直交电源对船舶电力系统暂态稳定性影响研究
关键词：	船舶电力系统;并网型交直交电源;暂态稳定性;控制策略;短路故障
摘要：	超临界二氧化碳（SupercriticalCarbonDioxide，S-CO2）布雷顿循环发电装置在船舶主机烟气余热利用方面具有显著的应用潜力，其电能变换侧输出的kHz级高频交流电需要通过电力电子设备才能实现并网，称为并网型交直交电源。将特性区别于传统同步电源的并网型交直交电源集成应用到船舶电力系统中可能会导致系统的暂态响应过程发生变化，危及系统的稳定运行。因此，本文以S-CO2布雷顿循环发电装置中的并网型交直交电源为具体研究对象，聚焦于研究并网型交直交电源对船舶电力系统暂态稳定性的影响。　　首先，在常规电力系统中分析了功角、电压和频率稳定性的暂态运行机理，在此基础上分别讨论了并网型交直交电源以恒功率（PQ）控制策略和虚拟同步发电机（VirtualSynchronousGenerator，VSG）控制策略并网对电力系统暂态过程的影响机制。结果表明：采用PQ控制策略的并网型交直交电源会恶化系统功角、电压和频率稳定性，适用于调节能力盈余的电力系统；采用VSG控制策略的并网型交直交电源能够参与系统的暂态调节过程，具有良好的动态特性。　　其次，介绍船舶交直流混联电力系统的拓扑结构以及并网型交直交电源的运行特点，在PSCAD仿真环境搭建了集成并网型交直交电源的船舶交直流混联电力系统暂态仿真模型。描述了PQ控制策略和VSG控制策略的控制原理，推导了并网型交直交电源和船舶交直流混联电力系统主要组成设备的基础理论模型，并通过稳态运行结果对并网型交直交电源与船舶交直流混联电力系统的仿真模型进行集成验证。　　再次，在所建仿真模型中设置三相短路故障和突变负荷扰动以激发系统的暂态过程，分析采用PQ控制策略的并网型交直交电源在不同渗透率和并网节点接入船舶交直流混联电力系统时的区别，通过有功功率、功角、电压和频率等特征参数揭示并网型交直交电源对系统暂态过程的一般性影响规律。结果表明：船舶电力系统的暂态稳定性随着渗透率的提高而变差，渗透率设置应结合相关规范要求和船舶电力系统自身特点；在渗透率固定时，并网节点远离故障发生位置有利于提高系统稳定性。　　最后，对比了并网型交直交电源分别采用PQ和VSG控制策略时对船舶交直流混联电力系统暂态稳定性的影响差别，验证了电力系统暂态特性影响机制理论分析的正确性。在暂态频率稳定性分析的基础上，从惯性角度研究VSG控制策略对船舶电力系统频率特性的影响，分析虚拟惯量对船舶电力系统暂态稳定性的影响程度和影响机理。结果表明：采用VSG控制策略能够提高船舶电力系统的惯性，系统频率偏差幅值会随着VSG中虚拟惯量的增大而减小；VSG控制策略中提供的惯量支撑功率在系统频率变化的初期能够起到有效的支撑作用，但维持时间较短，后续的频率调节过程主要由同步发电机完成。
作者：	吴健
专业：	轮机工程
导师：	孙玉伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022