燃料电池船舶复合供能系统控制策略设计与仿真

针对燃料电池船舶复合供能系统中的燃料电池功率波动问题和储能单元电池荷电状态（State of Charge,SOC）极端分化问题,依据系统拓扑结构,提出基于负载功率频率分解与模糊逻辑控制法相结合的复合供能系统控制策略设计。采用实例仿真验证该设计的优势。结果表明,该设计可有效保持燃料电池输出功率平滑,对储能单元SOC具有良好的均衡控制效果。     

飞轮储能系统建模与仿真研究

为研究独立电力系统采用飞轮储能系统对大功率脉冲负载的供电性能,本文在分析了飞轮储能系统工作原理基础上,对飞轮储能系统建模与仿真开展了研究。采用了PSCAD/EMTDC软件搭建按照其实际组成搭建了SPWM控制的变流器及触发控制信号仿真模型,利用具有大转动惯量、小摩擦系数和小阻力转矩的负载模拟飞轮转子,建立了飞轮储能系统的全系统模型。通过对建立的模型进行仿真,给出了飞轮储能系统在储能状态、放能状态及两者之间的转换过渡时刻的转速、转矩、电流及母线直流电压响应曲线,深入分析表明,该仿真结果与理论完全一致,证明了飞轮储能负载的仿真模型是正确有效的。研究的相关结论可用于相关电力系统供电稳定性的仿真设计。     

兆瓦级永磁直驱式风力发电系统中背靠背变流器系统的设计

本文介绍了用于2MW直驱风力发电系统的自研全功率变流器的组成与设计,详细分析了该变流器系统所采用控制策略,认为在这一功率等级下,采用Us／fs=E0／fs矢量控制技术较常用的最大转矩／电流比控制更有利于系统的安全运行。同时,对其中的其它关键系统设计（通讯系统、系统保护与监控系统）做了说明。通过在风场的实际测试与运行,结果表明所设计的变流器系统能够满足设计要求,并配合整套风机系统实现最大功率捕获。     

异型双机并车控制策略及离合器模型研究

依托异型双发动机试验台,建立了双机并车系统的稳态和动态物理模型,研究了并车过程的功率均衡控制方法.在SSS离合器特性理论分析的基础上,借助动态仿真设计方法构建了离合器-调速器实时仿真模型,模拟了该复合装置的负载特性响应,分析了并车过程的功率均衡和功率分配态势,讨论了四种控制方案的并车过程特性,提出了适用的功率分配控制方案即单调速器控制方法.该方案能够实现双机并车各工况的平稳切换,满足异型双发动机并车的主要技术要求.     

基于混合储能的船舶电力推进系统模糊PI控制策略

针对船舶实际航行过程中因复杂海况造成的电力推进系统中直流母线电压波动问题,构建一种基于混合储能的船舶电力系统模型,该模型由超级电容器和蓄电池组成。根据系统功率频谱确定低通滤波时间常数,并通过模糊PI控制策略实现对功率型和能量型2种储能元件充放电全过程的精确管理,延长使用寿命,有效应对在各种复杂海况下的直流母线电压波动问题。在VS2010上进行编程仿真分析,通过将仿真结果与实际船舶电力推进系统模型运行数据相对比,验证所提出的能量管理方案和控制策略的有效性。     

AUV均衡系统设计及垂直面运动控制研究

针对AUV传统均衡调节系统存在难以克服的缺陷而无法实用的问题,设计了一种新型液压均衡系统。该系统主要由油箱和安装在AUV轴线上的两个油囊组成,通过调节油箱和油囊的油量来调节AUV的姿态和浮态。同时在简化AUV垂直面运动模型的基础上,构建了深度控制、纵倾控制和浮态控制模型,并基于PID和均衡系统设计了深度控制、纵倾控制和浮态控制方法。仿真结果表明在无干扰和有干扰两种情况下,设计的均衡系统能有效控制AUV的垂直面运动;建立的AUV垂直面运动控制模型符合AUV运行特性;PID控制算法适合海流干扰下的AUV均衡控制,且具有良好的控制品质。     

飞轮储能抑制舰船综合电力系统直流母线电压波动的研究

舰船综合电力系统直流网络突加一定恒功率负载时会产生较大的电压波动,这主要是由电网中电能供需的不平衡造成,而飞轮储能装置可以解决上述问题。本文详细分析了储能装置运行特性,将其划分为充能、保持、调节三种工作模式,设计了一种基于矢量控制的综合控制策略。在PSCAD／EMTDC仿真平台中构建了综合电力系统直流网络简化仿真模型,仿真结果表明此控制策略下飞轮储能装置的工作模式能平滑快速切换,功率控制响应速度快,直流母线电压暂态过程波动显著减小。     

一种电池储能功率转换系统研究

电池储能系统适合于电网调频调峰以及重要负荷应急保障等场合。在电池储能系统中,功率转换系统是储能电池与电网能量交互的接口。研究了一种适合大容量应用的电池储能并网逆变器的电路和控制策略,实现了电池充放电功率控制和电网侧功率四象限控制。构建了电池储能实验平台来验证提出的理论和方法。     

匹配中压直流电网的飞轮储能充放电切换特性仿真研究

为提高舰船功率容量及传输效率,采用中压直流配电的综合电力系统势在必行,由于舰船大功率负载频繁切换、高能武器投切、脉冲负载等的影响会对直流配电系统稳定性带来冲击性影响,故采用短时大功率飞轮储能系统并入电网对其进行功率调节与电压补偿以增强其稳定性。本文基于Matlab/Simulink平台建立了匹配中压直流电网的飞轮储能充放电并网仿真模型,探究飞轮储能充放电模式切换的动态特性及对直流电网电压稳定性的影响,结果表明大功率飞轮储能系统能够有效提高直流电网稳定性,抑制电压凹陷,并能够为后续飞轮储能充放电模式切换改进优化提供指导。     

基于H∞鲁棒控制的船用混合储能双向DC-DC变换系统设计

双向DC-DC变换系统是为实现船舶混合储能中不同类型储能元件间匹配控制和能量管理必要的执行机构。针对传统DC-DC控制策略的混合储能系统存在较大程度的参数摄动和负载干扰的问题,引入H∞鲁棒控制策略,从而弥补传统控制策略的缺陷;运用Matlab/Simulink软件搭建船用混合储能双向DC-DC变换系统仿真模型,开展有功负荷突增突卸和系统响应特性试验。结果表明:采用该策略能有效提升混合储能系统平抑冲击负荷的动态性能,充分发挥混合储能系统内储能元件各自的优势,延长系统使用寿命。     

脉冲功率超级电容储能系统容量计算方法

为满足高功率、快速充放电应用场合对供电电源的要求,本文基于超级电容器的串并联,设计了一套大容量脉冲功率储能系统。从装置对能量和功率两方面的特殊需求展开分析和计算,提出了快速确定电容单体连接方式及求取系统总电容值的算法,在此基础上搭建了储能系统的等效电路模型,结合实际负载功率对储能系统的放电特性进行了分析和预测,仿真结果证明了该设计方案的有效性与可行性。     

光伏微网并网逆变器下垂控制策略改进研究

传统下垂控制策略广泛应用于光伏微网并网逆变器控制,但是没有考虑在低压微网系统中由于线路阻抗比较大引起的功率耦合问题,以及多个微电源供电时系统功率分配不均衡问题。针对这些问题,本文在传统下垂控制基础上,应用坐标变换对有功功率与无功功率进行耦合控制,又通过在电压电流环之中加入虚拟动态阻抗环,提出一种基于电压-电流-阻抗三环控制的光伏微网并网逆变器控制策略。该策略随电压电流的波动而改变虚拟阻抗值,合理分配系统的有功和无功功率,在系统稳定时自动切除虚拟动态阻抗,减小系统的功率环流和线路的损耗,同时限制系统的电压降落,提高电网的电能质量。最后,仿真实验验证该改进控制策略的有效性和可行性。     

集中式船舶供电网络的分布式控制方法

集中式船舶供电网络由于用电设备终端之间用电功率差异性容易导致功率输出失衡,需要进行优化控制,提出基于用电节点覆盖区域自适应功率调制的船舶供电网络分布式控制方法。对集中式船舶供电网络的路由节点进行优化部署设计,构建网络传输信道模型,采用输出功率拥塞控制方法进行供电网络传输信道的均衡处理,结合用电设备的功率损耗进行网络节点的自适应调制,通过分组概率均衡策略实现集中式供电网络的路由冲突调节,实现船舶供电网络的分布式控制。仿真结果表明,采用该方法进行船舶供电网络分布式控制能提高供电网络的功率均衡配置能力,传输链路的丢包率较低,电能开销较小,提高了供电网络的节能效益。     

DC/DC变换器在船用微电网储能系统的应用

为进一步优化DC/DC变换器在船用微电网储能系统中的运行参数、降低DC/DC变换器的功率功耗,对DC/DC变换器在船用微电网储能系统中的应用进行研究。首先,对DC/DC变换器的工作场景进行状态分析,然后根据状态数据,对DC/DC变换器软开关工作功率范围进行实时分析计算,最后根据功率特性数据建立功率控制模型,得到最小功率损耗数据,从而完成应用研究。通过数据仿真代入的方式,对设计的模型进行有效性验证,从而证明该模型的可行性。     

多电船舶的能量管理策略仿真研究

文章对氢燃料电池船"Alsterwasser"号进行模拟改装,保持以质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为主能量源,设计了以磷酸铁锂电池和超级电容为核心的复合储能装置,更好地应对多变的负载需求。采用支持向量机进行工况识别,设计低通滤波器进行功率分配,提出2种不同的能量管理策略对复合储能装置的功率输出进行优化控制,并设计仿真实验,对比其优劣。仿真结果表明,模糊控制策略匹配复合储能装置能更好地优化功率分配。     

船舶微网功率分配策略仿真研究

针对包含柴油发电机、光伏阵列、储能电池组成的船舶微网系统,提出了一种船舶微网功率分配策略。该控制策略依据各微源出力和负荷情况,制定相应的功率分配计划。在Matlab/simulink环境下对船舶微网各个组成部分进行建模并对所提出的控制策略进行仿真,仿真结果验证了所提出的控制策略的可行性和正确性。     

新能源船舶混合储能系统关键技术问题综述

电力电子变换技术的不断进步为风能、太阳能和燃料电池等新能源技术在船舶中的应用起到了积极的推动作用,为平抑分布式发电装置间歇性和随机性电能输出与不同运行工况下船舶电气负荷持续稳定电能需求之间的矛盾,储能系统在新能源船舶电力系统的电源能量中继和功耗动态平衡过程中的调控作用显得尤为重要。特别是,储能系统必须同时具备高功率密度和高能量密度的特点,才能满足船舶电力系统中大功率异步电机频繁启动和电气负荷长时间不间断运行的需求。论文介绍了典型储能技术的技术特点,着重探讨集成蓄电池-超级电容的典型混合储能系统,对比分析了无源式和有源式混合储能系统结构的技术差异;从适用电网的不同运行模式(离网型和并网型)和不同优化策略(目标和方法)的角度,分别论述了混合储能系统的容量优化配置问题的解决途径;在此基础上,从能量型与功率型储能元件的匹配控制环节和变流器的运行控制环节,解析了混合储能系统的协调运行控制技术发展现状。     

刚性联接双电机驱动系统功率均衡控制策略研究

针对刚性联接双电机驱动系统的功率分配问题,提出电机输出转矩耦合控制策略。通过转矩耦合控制及矢量控制方法,控制各驱动电机的输出转矩动态相等,从而实现负载功率在刚性联接驱动系统的各电机之间平均分配。文章从功率平衡问题分析、电机负载均衡控制策略、转矩控制器设计等方面详细论述了研究成果。     

船舶电力推进同步发电机-推进变流器系统谐波特性仿真

对船舶电力推进用同步发电机-推进变流器系统的电压畸变进行了量化分析,建立了该系统的Matlab/Simulink仿真模型,对负载为线性和非线性的两种工况进行了仿真分析,从而确定同步发电机-推进变流器系统中的谐波特性,并针对系统中存在的谐波提出了抑制总谐波及单次谐波畸变的方法.最后,对比分析了仿真谐波畸变值和IEEE标准中规定的畸变值.     

船舶光伏-混合储能系统的控制优化

为解决光伏-混合储能动力船舶运行中,光伏发电和负载功率接近的临界状态下,蓄电池充放电切换频繁,船舶启动时低电压穿越(LVRT)能力差的问题,在分频协调控制基础上,充分考虑超级电容的剩余电量(SOC),提出一种可变增益值的控制策略,在电力推进负载下进行的仿真实验表明,超级电容SOC可工作在合理区间内,减少蓄电池充放电切换的次数,缩短母线电压恢复的时间。