基于MMC的船舶中压直流电力系统建模与仿真
船舶综合电力系统将电力系统与推进系统相结合,提高了系统效率,显著地节省了燃料,是船舶动力发展的新方向。传统的交流电力系统已不足以满足日益增长的电能需求,船舶电力系统由交流逐步向直流发展。针对目前中压直流电力系统缺乏系统级的建模与控制问题,本文利用MATLAB/Simulink软件搭建了基于模块化多电平换流器(Modularmultilevelconverter,MMC)的船舶中压直流(MediumvoltageDC,MVDC)电力系统仿真模型,为中压直流电力系统实验平台的构建打下基础。 本文首先描述了船舶中压直流电力系统存在的三种结构,对其工作原理进行了分析,说明了各种结构存在的优缺点以及适用于的场景,进一步对目前船舶上使用的整流器进行了比较,通过对比分析全桥型模块化多电平换流整流器(FullbridgeModularmultilevelconverter,FMMC)在船舶MVDC电力系统中应用的优越性。 然后对船舶MVDC电力系统各部分进行详细的建模分析,包括调速系统模型、励磁系统模型、同步发电机模型,以及MMC整流器模型,分析各个部分的结构与控制原理,归纳总结其数学模型,并且相应的简化。进一步提出了船舶MVDC系统双闭环的控制策略,在外环方面,由于多机存在功率分配问题,运用直流电压下垂法与无功功率控制相结合的控制策略;内环方面,运用了电流内环解耦控制。在MATLAB/Simulink搭建各个部分的仿真模型及提出的双闭环控制策略,构成完整的基于MMC的船舶中压直流电力系统仿真实验模型。 最后,在所搭建的仿真模型上进行稳定、突加负载、直流侧短路故障、双机并联等仿真试验,试验结果表明,所采用的控制策略正确,搭建的模型具有良好的稳态特性和动态性能,符合船舶MVDC电力系统设计要求,能够为船舶航行提供稳定的电力支持,同时表明所搭建模型能够比较准确的反应船舶MVDC电力系统实际运行情况,避免了实船实验时的高风险以及高成本的投入。
模块化多电平换流器;中压直流;双闭环控制;下垂控制;故障电流限制;数学模型
温州大学
硕士
计算机应用技术
戴瑜兴
2019
中文
TM46;TM401.1
2020-03-19(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)