當前化石燃料資源越來越緊張,油價不停上漲,船舶運營成本不斷提高,與此同時,環(huán)保問題也日益凸顯,船舶節(jié)能減排已成為船舶行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。船舶配備軸帶發(fā)電系統(tǒng)能夠減少燃油的消耗,降低運營成本和對環(huán)境的污染,改善船舶機艙的工作環(huán)境。因此,軸帶發(fā)電系統(tǒng)在船舶上得到了廣泛的應(yīng)用,具有較高的研究價值�；陔pPWM變頻器的船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、輸出電能質(zhì)量高、控制靈活性好、適應(yīng)的主機轉(zhuǎn)速范圍大和具有推進模式的優(yōu)點,成為船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)新一代高技術(shù)發(fā)展的新方向。本文從雙PWM船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)各組成部分出發(fā),深入研究PWM整流器系統(tǒng)、PWM逆變器系統(tǒng)及PWM逆變器并網(wǎng)系統(tǒng),建立相應(yīng)的數(shù)學模型,研究控制方案,設(shè)計控制器,并通過仿真實驗進行驗證。具體研究如下:(1)介紹雙PWM船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)組成部分,建立軸帶同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)數(shù)學和柴油發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學模型。(2)介紹PWM整流器的拓撲結(jié)構(gòu)及工作原理,詳細推導(dǎo)其在三種不同坐標系中的數(shù)學模型,介紹空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVPWM),分析三相PWM整流器控制策略,設(shè)計電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng),針對其參數(shù)不宜設(shè)置過大的缺點提出改進,最后通過仿真實驗對比改進前后控制系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。(3)建立三相PWM逆變器的數(shù)學模型,針對其存在控制量耦合的問題提出前饋解耦控制策略,分析前饋解耦控制的原理,設(shè)計電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng),分析控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(4)分析下垂控制基本原理,基于動態(tài)向量建立下垂控制數(shù)學模型,分析有功功率-頻率下垂控制系統(tǒng)和無功功率-幅值下垂控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對傳統(tǒng)下垂控制動態(tài)性能較差,具有靜態(tài)誤差的缺點,加入積分和微分環(huán)節(jié)改進控制策略,最后通過仿真實驗對比改進前后下垂控制系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。(5)基于對雙PWM船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)各部分的研究,將各部分組合成雙PWM船舶軸帶發(fā)電機整體系統(tǒng),在仿真平臺搭建仿真模型,針對船舶航行中軸帶發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)過程、并網(wǎng)運行和獨立運行三種最基本的工況進行仿真實驗,分析仿真結(jié)果。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U665.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景及意義
    1.2 軸帶發(fā)電系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 PWM整流器研究現(xiàn)狀
        1.2.2 PWM逆變器研究現(xiàn)狀
        1.2.3 雙PWM軸帶發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第2章 雙PWM船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)
    2.1 雙PWM船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    2.2 同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)模型
    2.3 柴油發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)
    2.4 本章小結(jié)
第3章 PWM整流器的建模與控制方案研究
    3.1 PWM整流器主電路拓撲結(jié)構(gòu)及原理
        3.1.1 PWM整流器拓撲結(jié)構(gòu)
        3.1.2 PWM整流器工作原理分析
    3.2 三相VSR的建模與調(diào)制方式
        3.2.1 三相靜止坐標系中三相VSR數(shù)學模型
        3.2.2 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系中三相VSR數(shù)學模型
        3.2.3 空間矢量 PWM（SVPWM）調(diào)制技術(shù)
    3.3 電壓電流雙閉環(huán)控制方案設(shè)計
        3.3.1 電流內(nèi)環(huán)設(shè)計
        3.3.2 電壓外環(huán)設(shè)計
    3.4 電壓電流平方雙閉環(huán)控制方案設(shè)計
        3.4.1 電壓電流平方雙閉環(huán)電壓外環(huán)模型
        3.4.2 電壓電流平方雙閉環(huán)電流內(nèi)環(huán)模型
    3.5 三相VSR控制方案仿真分析
        3.5.1 SVPWM調(diào)制模塊仿真模型搭建
        3.5.2 三相VSR控制系統(tǒng)仿真模型搭建
        3.5.3 兩種控制環(huán)路仿真對比實驗與分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 PWM逆變器建模與控制方案研究
    4.1 電壓型PWM逆變器拓撲結(jié)構(gòu)及建模
        4.1.1 電壓型PWM逆變器拓撲結(jié)構(gòu)
        4.1.2 電壓型PWM逆變器建模
    4.2 電壓型PWM逆變器電壓電流雙閉環(huán)控制環(huán)路設(shè)計
        4.2.1 電壓型PWM逆變器電流內(nèi)環(huán)解耦控制
        4.2.2 電壓型PWM逆變器電流內(nèi)環(huán)設(shè)計
        4.2.3 電壓型PWM逆變器電壓外環(huán)解耦控制
        4.2.4 電壓型PWM逆變器電壓外環(huán)設(shè)計
    4.3 PWM逆變器電壓電流雙閉環(huán)控制仿真實驗與分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 軸帶發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制方案研究
    5.1 軸帶發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)下垂控制原理
        5.1.1 下垂控制基本原理
        5.1.2 下垂控制分析
    5.2 下垂控制系統(tǒng)建模與分析
        5.2.1 基于動態(tài)向量的下垂控制系統(tǒng)建模
        5.2.2 有功功率-頻率下垂控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
        5.2.3 無功功率-幅值下垂控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
    5.3 對下垂控制算法的改進
        5.3.1 改進后的下垂算法方程
        5.3.2 改進后的下垂控制建模
    5.4 下垂控制仿真實驗與分析
    5.5 本章小結(jié)
第6章 雙PWM船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)仿真實驗與分析
    6.1 雙PWM船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)仿真模型建立
        6.1.1 軸帶同步發(fā)電機仿真模型
        6.1.2 整流器及其控制系統(tǒng)仿真模型
        6.1.3 逆變器及其控制系統(tǒng)仿真模型
        6.1.4 逆變器并網(wǎng)下垂控制仿真模型
        6.1.5 柴油發(fā)電機組仿真模型
    6.2 雙PWM船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)仿真實驗與分析
        6.2.1 船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)過程仿真實驗與分析
        6.2.2 船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行仿真實驗與分析
        6.2.3 船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)獨立運行仿真實驗與分析
    6.3 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.3 展望
致謝
參考文獻
攻讀學位期間科研成果

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