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船舶电力变换系统的稳定性分析与控制研究
| 论文题名： | 船舶电力变换系统的稳定性分析与控制研究 |
| 关键词： | 船舶电力变换系统;稳定性分析;主动阻尼控制;负输入阻抗补偿器;功能模块 |
| 摘要： | 随着船舶综合电力系统的发展,越来越多的电力变换装置逐渐应用到船舶配电系统中。电力电子器件本身的非线性特性会使得电力变换系统之间产生互相影响,从而发生不稳定、谐波以及其他的系统级问题。为保证船舶电力变换系统能够稳定可靠工作,船舶电力变换系统之间的相互作用理论及相关稳定控制方法是目前综合电力系统的重要研究内容之一。本文就船舶电力变换系统的稳定性、源和负载电力变换装置的控制方法设计以及模块之间的相互作用等方面内容展开研究。 论文首先介绍了船舶电力变换系统的研究概况和主要研究方向,并就船舶电力变换系统在船舶综合电力系统中的具体应用问题进行了分析和总结。然后采用ESAC标准作为稳定性分析判据,定义了电力变换装置的输入\输出阻抗禁止区域,并给出了船舶电力变换系统中常用的电力变换装置阻抗模型,为全文的理论分析和应用奠定基础。 其次,根据船舶电力变换装置在直流区域配电系统中的功能和位置进行分类,并给出具体的等效和简化规则,提出了一种由小及大、由局部到整体的船舶直流区域配电系统稳定性分析方法。针对双母线双电源的完整区域配电结构、单母线双电源和单电源的重构配电结构,按照提出的稳定性分析步骤进行具体分析,并对分析过程中不稳定的情况采用稳定控制方法改善系统输入\输出阻抗或禁止区域以保证系统稳定运行。 再次,分析了电力变换装置在船舶直流区域配电系统中的恒功率特性及其对系统稳定性的影响,为提高带负载变换器工作时的系统稳定性,提出了一种电压电流双反馈的单周控制方法和一种主动阻尼混合控制方法,显著改善了系统的输出阻抗,满足了系统稳定要求。 然后,研究了电力变换装置之间的相互影响和作用,分析源电力变换装置的输出阻抗对模块间相互影响的作用,为抑制这种相互影响采用了自适应增益前馈控制,使得系统能够较好的减少相互作用。同时分析了单周控制对抑制前端输入电压扰动的作用,优化负载变换装置的输入阻抗,减小了系统的相互影响。 最后,研究了变频器-三相异步电机负载的闭环输入阻抗及其影响因素,为改善变频器-电机的闭环输入阻抗特性,提出了一种负输入阻抗补偿器,仿真结果表明了负输入阻抗补偿器可以很好的减小电机与直流母线之间的互相影响,提高了系统的稳定性。 论文的仿真和实验结果表明了理论分析的正确性和所设计控制方法的有效性。本文的研究内容为基于电力变换系统的船舶综合电力系统设计和优化提供了一定的基础。 |
| 作者： | 康少波 |
| 专业： | 检测技术与自动化装置 |
| 导师： | 罗耀华 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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