基于参数灵活配置的虚拟同步发电机在船舶自主电力系统中的应用

随着全球能源危机和环境污染的不断加剧,绿色环保是船舶未来的发展方向,各国研究者都在积极探索新能源在船舶平台上的应用技术,以实现船舶节能减排的目标。文章针对具有船舶特质的电力系统因新能源融入造成的脆性源增加和系统惯量减少所导致系统容易失稳抗干扰能力差、多种分布式电源之间功率的协调分配等问题进行研究,提出在船舶多模式电站中可采用一种基于虚拟同步发电机原理的并网逆变器控制策略,因其具有类似同步发电机输出阻抗大、转动惯量大和功率按下垂特性分配的特点,适用于船舶电力系统这类自主电力系统;还设计了虚拟惯量和阻尼系数的自适应调节策略,充分利用VSG虚拟惯量和阻尼系数灵活可调的优势,在不同工况下有效解决新能源设备和负荷突变引起的频率和功率的波动;通过仿真验证该控制策略在船舶新能源技术中的可行性。     

基于柔性并网控制的新能源港机大功率充电系统

为促进绿色港口建设和发展,降低新能源港机发电系统不稳定性和不确定性对港口电网冲击和电网能量实时调度的影响,以及对港机安全生产带来的潜在影响,研发基于柔性并网控制的新能源港机大功率充电系统。该系统采用多脉波整流变换装置、柔性并网双向装置等设备,通过柔性并网控制系统对直流母线电压变化、负载波动分别进行检测和实时预测,并经过直流母线多层级智能控制,提高直流母线电压稳定性,保证直流系统电源与负载之间能量流动平稳、可靠;利用基于直流电压变系数补偿的多电压区间分段稳压控制技术、整流系统多层级保护技术等电力电子技术,降低系统故障率,提高系统冗余性。在新能源发电系统和港机作业工况下的测试结果表明,该系统能够快速实现能量流动调度,减少系统对电网的能量反馈,降低系统对港口电网的影响,提升港口电网的稳定性。     

基于飞轮储能的船用燃机直流微电网大功率负载响应特性

为充分利用飞轮储能对船舶直流微电网功率补偿的优势,弥补燃气轮机发电系统输出功率调节响应慢的不足,对船用燃机直流微电网大功率负载下的飞轮储能系统控制策略和电网响应特性进行研究。本文基于100 kW实装微型燃气轮机发电机组,建立了包括燃气轮机、发电机、飞轮储能系统的船舶直流微电网模型,并在有无飞轮储能系统的情况下,分别突加、突卸40%、60%、80%额定功率负载,详细分析不同负载模式下直流母线电压、发电机转速和飞轮转速的变化特性。结果表明,所提出的飞轮储能系统控制策略可以及时补偿大功率负载冲击下发电机和负载之间功率不平衡,防止母线电压和同步发电机转速波动过大,有效提升微型燃气轮机发电系统的电能质量和稳定性。     

基于双PWM变换器的轴带发电系统控制策略研究

本文提出了一种由双PWM变换器构成的新型轴带发电系统控制策略,其整流侧将轴带发电机发出的电压、频率变化的交流电变换为直流电;逆变侧采用虚拟同步发电机控制策略,使逆变器具有与柴油发电机相似的输出下垂特性和电气、机械特性,保证该轴带发电系统能与常规的柴油发电机组长期稳定并联运行。在MATLAB/Simulink环境下搭建了该新型轴带发电系统的仿真模型,对其与柴油发电机组的并联运行进行了模拟,对模型中转动惯量对系统的影响进行了分析,验证了该控制策略的可行性。     

船舶光柴储交流微电网系统小信号的稳定性研究

针对容量有限、光储单元容量较低的中小功率船舶光柴储交流微电网系统的稳定性问题,提出基于光储逆变器的船舶光柴储交流微电网多级控制策略。建立由柴油发电机组模型、光储系统模型以及与网侧功率模型构成的船舶光柴储微电网系统的小信号模型,分析系统内控制参数对状态矩阵特征值的影响,获得船舶光柴储微电网系统的暂态稳定性,确定稳定域内控制器参数的选择范围。最终获得船舶电网电压和频率的仿真结果,为船舶光柴储微电网系统的稳定运行和控制参数的设计提供重要的理论基础。     

船舶直流综合电力系统小信号稳定性分析

针对船舶直流综合电力系统参数匹配复杂的问题,通过建立系统数学模型,提出将基于状态空间方程的小信号稳定性分析运用于船舶直流系统中进行控制参数设计的方法,对系统在控制参数变化的情况下进行稳定性分析,得到对应参数的稳定区域,并在Digsilent/Power Factory环境下搭建仿真模型验证结论有效性,为系统的控制参数设计提供支撑。     

船舶与岸电并网控制策略研究

岸电与靠港船舶并网控制技术是岸电的核心技术之一,能够实现岸电向船舶的不间断和稳定供电。针对传统岸电控制策略频率稳定性差和不能接受船舶能量管理系统调度的缺点,文章提出了一种基于改进下垂控制的岸电与船舶电网并网策略,使岸电逆变器在具有下垂特性的同时,还具有类似于船舶同步柴油发电机转子的惯性。岸电通过并网预同步控制与船舶电网并网,不会产生大的电流冲击。通过改进下垂控制能够有效提升并网后电压和频率的稳定性,提高船舶电网的电能质量,且能够接受船舶能量管理系统的调度。通过仿真试验,并与传统下垂控制策略进行对比,结果验证了改进下垂控制策略的有效性。     

混合能源技术在船舶上应用研究概述

研究并概述通过直流微电网高效安全接纳风能、太阳能等诸多可再生新能源发电系统以及动力电池、超级电容等存储系统,与传统基础能源发电系统共同构建混合能源发电系统并应用于船舶配电技术领域,对推进船舶节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。     

三种减少直流断路器的船舶中压直流电网拓扑结构及性能比较

为保护整流变换器及减少短路时电网中电容放电的影响,船舶中压直流电网中存在大量断路器,造成结构复杂成本高,为此本文提出三种结构的变换器,即基于级联H桥与多端DC/DC的结构(TMPDC),基于MMC整流与逆变的多级调压结构(MVR)和基于不控整流与模块化多电平变换器(MMC)驱动负载结合的结构(UR-MMC)。本文对三种结构的组成与特点进行了分析,并在电压谐波,功耗,体积,故障特性等方面进行了比较,最后通过仿真进一步阐述了不同结构在运行波形上的差异。通过各结构的特性分析,为中压直流电网在船舶上的应用提供了参考。     

基于虚拟同步发电机的岸电并网控制策略研究

岸电系统为船舶供电时采用不断电切换方式接入是岸电的核心技术之一。本文提出了一种基于虚拟同步发电机的岸电与船舶电网并网策略,使岸电逆变器具有下垂特性的同时,还具有类似于船舶同步发电机转子的瞬态惯性,其输出特性与柴油发电机类似。通过仿真研究,岸电与船舶电网并网时,并网电压和频率基本稳定,冲击电流较小,验证了控制策略的有效性。     

水下压缩空气储能系统柔性立管响应特性分析（英文）

With the rapid development of marine renewable energy technologies, the demand to mitigate the fluctuation of variable generators with energy storage technologies continues to increase. Offshore compressed air energy storage(OCAES) is a novel flexible-scale energy storage technology that is suitable for marine renewable energy storage in coastal cities, islands, offshore platforms, and offshore renewable energy farms. For deep-water applications, a marine riser is necessary for connecting floating platforms and subsea systems. Thus, the response characteristics of marine risers are of great importance for the stability and safety of the entire OCAES system. In this study, numerical models of two kinds of flexible risers, namely, catenary riser and lazy wave riser, are established in OrcaFlex software. The static and dynamic characteristics of the catenary and the lazy wave risers are analyzed under different environment conditions and internal pressure levels. A sensitivity analysis of the main parameters affecting the lazy wave riser is also conducted. Results show that the structure of the lazy wave riser is more complex than the catenary riser; nevertheless, the former presents better response performance.     

双浮体波浪能装置的振荡和能量转换特性研究（英文）

In this study, we investigated the hydrodynamic and energy conversion performance of a double-float wave energy converter(WEC) based on the linear theory of water waves. The generator power take-off(PTO) system is modeled as a combination of a linear viscous damping and a linear spring. Using the frequency domain method, the optimal damping coefficient of the generator PTO system is derived to achieve the optimal conversion efficiency(capture width ratio).Based on the potential flow theory and the higher-order boundary element method(HOBEM), we constructed a threedimensional model of double-float WEC to study its hydrodynamic performance and response in the time domain. Only the heave motion of the two-body system is considered and a virtual function is introduced to decouple the motions of the floats. The energy conversion character of the double-float WEC is also evaluated. The investigation is carried out over a wide range of incident wave frequency. By analyzing the effects of the incident wave frequency, we derive the PTO's damping coefficient for the double-float WEC's capture width ratio and the relationships between the capture width ratio and the natural frequencies of the lower and upper floats. In addition, it is capable to modify the natural frequencies of the two floats by changing the stiffness coefficients of the PTO and mooring systems. We found that the natural frequencies of the device can directly influence the peak frequency of the capture width, which may provide an important reference for the design of WECs.     

船用磷酸铁锂电池动力系统短路特性研究

文章主要描述船用磷酸铁锂电池动力系统的系统组成、原理及其短路特性,详细分析磷酸铁锂电池的PNGV模型、直流滤波器选型计算和直流变换器的工作原理。通过HPPC测试获取磷酸铁锂电池的PNGV模型参数,根据直流变换器的纹波特性选择其最优工作区域。最后从系统特性出发,分析磷酸铁锂电池动力系统短路的等效电路,针对电池侧和直流电网侧的短路情况进行深入研究,并通过MATLAB/Simulink平台仿真验证了理论分析的正确性。