本文關(guān)鍵詞：基于自適應(yīng)滑模的船舶微電網(wǎng)多模式運行控制研究

  更多相關(guān)文章： 船舶微電網(wǎng) 自適應(yīng)滑�？刂� 負荷功率分配 分層控制 多模式運行控制

【摘要】：隨著化石能源的枯竭及環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重,降低化石能源在船舶中的供電比重,引入清潔能源補充和替代化石燃料已成為大勢所趨。然而由于間歇性能源的隨機性和不可控性,其大規(guī)模接入會對船舶電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重的負面影響。因此作為解決海上新能源發(fā)電大規(guī)模接入船舶的有效手段,船舶微電網(wǎng)的研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文以多逆變器型船舶微電網(wǎng)為研究對象,以多模式運行控制為目標(biāo),著眼于解決分布式微源接入的暫態(tài)擾動抑制問題、并聯(lián)微源的負荷分擔(dān)控制問題及多模式運行的無縫切換問題,主要研究工作如下：針對微電網(wǎng)模式切換及負荷突變過程中,微源逆變器可能存在的過壓過流及不穩(wěn)定現(xiàn)象,提出基于自適應(yīng)三階滑模變結(jié)構(gòu)的閉環(huán)控制策略,并將該策略分別應(yīng)用到支撐型微源逆變器電壓閉環(huán)和并網(wǎng)型微源逆變器定功率控制中。該策略在傳統(tǒng)比例微分二階滑模的基礎(chǔ)上,利用積分環(huán)節(jié)消除逆變器輸出的穩(wěn)態(tài)誤差,利用自適應(yīng)觀測項補償由狀態(tài)變化引起的不確定性擾動,減小了滑模切換函數(shù)增益的取值；詳細給出了滑�？刂频姆�(wěn)定性分析和參數(shù)選取方法。最后,仿真結(jié)果表明所提控制方法能夠有效改善微源逆變器輸出的電能質(zhì)量,同時使得逆變器在擾動情況下具備較強的魯棒性和動態(tài)性能。圍繞多支撐型微源并聯(lián)運行的環(huán)流抑制及功率分擔(dān)控制問題,提出一種基于虛擬負阻抗的改進下垂控制方法。該方法充分考慮了逆變器等效輸出阻抗差異對環(huán)流及功率分配的影響,在逆變器拓撲及電壓閉環(huán)的基礎(chǔ)上,利用虛擬負電阻抵消等效阻抗中的阻性成分,利用虛擬電感實現(xiàn)并聯(lián)等效阻抗的匹配；并結(jié)合變無功-電壓下垂系數(shù)、動態(tài)微分補償項及虛擬慣性環(huán)節(jié),抑制由線路阻抗漂移及電力參數(shù)測量不準(zhǔn)確造成的無功環(huán)流,改善系統(tǒng)功率分配的動態(tài)特性。仿真結(jié)果表明所提方法能夠有效抑制微源間的功率環(huán)流,提高功率分配精度,同時確保了孤島模式下微電網(wǎng)運行的動態(tài)性能。針對微電網(wǎng)多模式穩(wěn)定運行及并／離網(wǎng)無縫切換控制問題,提出基于自主控制、協(xié)調(diào)控制、微網(wǎng)管理及配網(wǎng)調(diào)度四個層次的微電網(wǎng)分層控制方法。文中詳細闡述了分層控制的組成及功能；重點研究了基于二次控制和預(yù)并列控制的協(xié)調(diào)控制層實現(xiàn)方法,并對其電能質(zhì)量改善及穩(wěn)定性進行了分析；針對微網(wǎng)管理層,重點研究了多模式運行的控制過程及并網(wǎng)模式下定功率控制的實現(xiàn)方法。所提分層控制實現(xiàn)了微電網(wǎng)多模式運行的優(yōu)化管理及模式切換過程中控制策略的平滑過渡,使得微電網(wǎng)能夠在保持就地控制能力的基礎(chǔ)上還具有全局控制的功能,同時該方法還有效解決了傳統(tǒng)微源逆變器間難以實現(xiàn)功率精確分配、電能質(zhì)量較差等問題。在所提控制策略基礎(chǔ)上,構(gòu)建了包含間歇性能源發(fā)電的船舶微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和實驗研究平臺,并在其簡化模型的基礎(chǔ)上,對船舶微電網(wǎng)多模式運行及不同負荷工況進行了綜合仿真。詳細分析了并離網(wǎng)模式切換條件下微電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量、功率突變對微電網(wǎng)供電的影響、電機負荷對微電網(wǎng)暫態(tài)的影響以及非線性負荷條件下微電網(wǎng)的輸出特性等。仿真結(jié)果表明本文所提控制方法在模式切換及不同負荷條件下均能夠很好地維持微電網(wǎng)母線電壓穩(wěn)定,且具有較好的電能質(zhì)量,暫態(tài)過程平穩(wěn)、迅速,同時能夠?qū)崿F(xiàn)負荷功率的精確分配,具有良好的功率輸出動、靜態(tài)性能。
【關(guān)鍵詞】：船舶微電網(wǎng) 自適應(yīng)滑模控制 負荷功率分配 分層控制 多模式運行控制
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U665.1
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-17
• 第1章 緒論17-40
• 1.1 課題背景及選題意義17-18
• 1.2 船舶微電網(wǎng)的產(chǎn)生及發(fā)展現(xiàn)狀18-25
• 1.2.1 微電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀18-20
• 1.2.2 新能源發(fā)電在船舶上應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀20-23
• 1.2.3 船舶微電網(wǎng)的產(chǎn)生及特點23-25
• 1.3 微電網(wǎng)控制的研究現(xiàn)狀25-36
• 1.3.1 逆變器閉環(huán)控制25-29
• 1.3.2 微源逆變器接口控制29-33
• 1.3.3 微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制33-36
• 1.4 論文整體研究思路36-38
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容38-40
• 第2章 基于自適應(yīng)滑模的微源逆變器閉環(huán)控制研究40-62
• 2.1 微源逆變器分類及其特點40-41
• 2.2 逆變器拓撲及動態(tài)模型41-44
• 2.2.1 DSPC拓撲及動態(tài)模型42-43
• 2.2.2 GCPC拓撲及動態(tài)模型43-44
• 2.3 基于自適應(yīng)滑模變結(jié)構(gòu)的DSPC電壓控制策略44-55
• 2.3.1 三階滑模變結(jié)構(gòu)控制器44-47
• 2.3.2 自適應(yīng)三階滑模變結(jié)構(gòu)控制器47-48
• 2.3.3 基于自適應(yīng)三階滑模變結(jié)構(gòu)的DSPC閉環(huán)控制48-50
• 2.3.4 三階滑模面系數(shù)選取50-51
• 2.3.5 仿真結(jié)果與分析51-55
• 2.4 基于自適應(yīng)滑模變結(jié)構(gòu)的GCPC定功率控制器設(shè)計55-61
• 2.4.1 自適應(yīng)三階滑模變結(jié)構(gòu)控制器55-57
• 2.4.2 滑模面參數(shù)選取57
• 2.4.3 GCPC定功率控制器設(shè)計設(shè)計57-58
• 2.4.4 仿真結(jié)果與分析58-61
• 2.5 本章小結(jié)61-62
• 第3章 基于虛擬負阻抗的多DSPC微網(wǎng)負荷分擔(dān)控制研究62-92
• 3.1 逆變器功率分配機理及并聯(lián)環(huán)流分析62-67
• 3.1.1 逆變器并聯(lián)環(huán)流產(chǎn)生機理63-65
• 3.1.2 逆變器等效輸出阻抗對功率分配的影響機理65-67
• 3.2 虛擬負阻抗設(shè)計67-74
• 3.2.1 逆變器輸出阻抗分析67-69
• 3.2.2 虛擬阻抗原理69-71
• 3.2.3 虛擬負阻抗設(shè)計方法71-73
• 3.2.4 兩相靜止坐標(biāo)系下虛擬負阻抗的實現(xiàn)73-74
• 3.3 基于虛擬負阻抗的改進下垂控制策略74-82
• 3.3.1 等效輸出阻抗不匹配對無功功率準(zhǔn)確分配的影響74-76
• 3.3.2 基于變下垂系數(shù)的無功-電壓控制方法76-78
• 3.3.3 考慮動態(tài)特性的改進下垂控制策略78-79
• 3.3.4 小信號建模及分析79-82
• 3.4 仿真結(jié)果與分析82-91
• 3.4.1 虛擬阻抗條件下逆變器輸出功率特性84-87
• 3.4.2 基于改進下垂控制的并聯(lián)系統(tǒng)運行仿真87-91
• 3.5 本章小結(jié)91-92
• 第4章 多DSPC組網(wǎng)的微電網(wǎng)分層控制92-110
• 4.1 基于分層控制的多DGSC微電網(wǎng)架構(gòu)92-94
• 4.2 協(xié)調(diào)控制層94-104
• 4.2.1 二次頻率控制96-98
• 4.2.2 二次電壓控制98-100
• 4.2.3 微網(wǎng)預(yù)并列控制100-104
• 4.3 微網(wǎng)管理層104-108
• 4.3.1 微電網(wǎng)多模式運行管理105-107
• 4.3.2 并網(wǎng)功率控制107-108
• 4.4 本章小結(jié)108-110
• 第5章 船舶微電網(wǎng)多模式運行暫態(tài)仿真110-137
• 5.1 考慮分布式電源發(fā)電的船舶微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)110-113
• 5.2 微電網(wǎng)運行模式切換暫態(tài)仿真113-118
• 5.2.1 孤島/并網(wǎng)模式切換113-115
• 5.2.2 并網(wǎng)/孤島模式切換115-118
• 5.3 功率突變對微電網(wǎng)暫態(tài)特性的影響118-123
• 5.3.1 分布式微源啟停及功率變化對微電網(wǎng)暫態(tài)特性影響118-121
• 5.3.2 負荷突變對微電網(wǎng)暫態(tài)特性影響121-123
• 5.4 電機負荷條件下微電網(wǎng)暫態(tài)運行仿真123-133
• 5.4.1 三相異步電機負荷模型124-126
• 5.4.2 電機負荷直接起動及轉(zhuǎn)矩變化對微電網(wǎng)暫態(tài)的影響126-131
• 5.4.3 電機負荷降壓起動對微電網(wǎng)暫態(tài)的影響131-133
• 5.5 非線性負荷條件下微網(wǎng)暫態(tài)運行仿真133-136
• 5.6 本章小結(jié)136-137
• 第6章 總結(jié)與展望137-140
• 6.1 論文工作總結(jié)137-139
• 6.2 展望139-140
• 參考文獻140-149
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表論文149-151
• 攻讀學(xué)位期間科研成果151-152
• 致謝152-153
• 作者簡介153

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本文編號：730954