含大功率脉冲性负荷的船舶供电系统设计及研究

脉冲性负荷是一种功率波动明显、频率切换频繁的负载,而船舶电力系统的容量和惯性较小,容易受到负荷波动的影响。本文首先根据雷达的种类、功率,及其运行特性和影响,将其进行分类并梳理出相应的解决思路,对功率波动周期和占空比都不确定的脉冲负荷雷达进行研究。由于柴油机的调速特性和发电机的调压特性都跟不上负荷频幅的波动,脉冲性负荷的工作会给船舶电力系统造成恶劣的影响,本文设计了一种含电容储能的脉冲性负荷供电系统,并完成储能电容参数的计算,结合柴油发电机组固有机械储能特性优化配置电容储能的容量。通过仿真验证了该供电系统在雷达多种典型工况下,直流母线电压的波动满足相关指标要求,网侧输入功率平滑稳定,且网侧电压谐波小于2%,满足负荷供电需求及舰船电网抗负载冲击的要求。研究结果对脉冲负载在舰船电力系统中的应用及其设计方面具有一定的指导意义和参考价值。     

电磁轨道炮的电气参数特性研究及优化设计

分析了电磁轨道炮的工作原理和等效电路,对其进行了建模仿真。研究了电磁轨道炮各主要电气参数、电源模块放电时序对电枢速度的影响。提出了电磁轨道炮优化设计的原则,如合理设计轨道形状,选取适当的材料,以提高电感梯度、降低电阻梯度;合理调节调波电感、储能电容器等参数以减小脉冲电流峰值时间、提高电流峰值大小;电容储能式电源采用模块化设计,并采用时序控制触发放电模式,形成合成幅值较大,持续时间较长的平顶波电流,提高弹丸的出膛速度,减少对轨道的冲击,延长轨道的寿命。     

断路器用储能电容管理电路设计

直流断路器的分断固有时间为毫秒级[1],大多采用脉冲脱扣器进行脱扣动作。储能电容是脉冲脱扣器重要能量来源[2]。针对断路器用储能电容充电管理问题,本文设计了一种断路器用储能电容充电管理电路,动态对电容电压进行检测,识别电容过压、充电完毕及输出允许,极大提高了直流断路器脉冲脱扣器的安全性。     

不对称全桥飞跨电容型MMC在船舶推进电机中的应用

[目的]模块化多电平变换器(MMC)因其独特的模块化特性和较低的开关频率等优点,在交流传动系统中表现出良好的调速性能。针对MMC在船舶中压低频工作模式下的子模块电容电压波动问题和传统高频注入法所导致的共模电压过大问题,提出一种适用于船舶电力推进系统的不对称全桥飞跨电容型MMC改进型拓扑。[方法]首先,介绍改进型电路拓扑的工作原理和低频工况下电容电压的波动缘由;然后,结合方波注入法与可设置截止频率的环流注入法,设计相应的控制方案;最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,搭建带有螺旋桨负载的6 k V/36 MW永磁同步推进电机模型,模拟船舶电力推进系统的分级正车启动工况。[结果]仿真结果表明:该方案可以将低频段电容电压的波动百分比由16%降低至8%以内,且无共模电压注入。[结论]研究成果可为船舶中压直流电力推进系统的变频器设计提供参考。     

基于三电平T型变换器的船用交直交供电电源

T型三电平变换器因功率密度高、开关器件少、电平数目多等优点而被广泛研究。基于T型三电平桥臂,引入复用桥臂构建一种适用于船用电源的T型交直交变换器,进一步提升船用电源的功率密度与经济性。采用基于同相载波层叠的脉冲宽度调制法,提出包含直流电压外环、输入电流内环的整流侧双闭环和逆变侧输出电压幅值单闭环的协调控制策略;再基于双闭环控制下的直流环节小信号模型设计优化负载电流前馈控制;并通过仿真和试验充分验证了提出的变换器拓扑调制电压平衡策略的有效性和正确性。     

大功率12脉整流电路仿真

本文提出在某型船舶大功率整流装置课题中应用多重化整流电路,即大功率串联12脉波整流电路,同时利用计算机电路仿真以尽可能降低硬件调试风险;并分析了开、闭环运行,一相电源频率及幅值扰动以及负载波动和触发脉冲异常等运行工况并进行仿真,结果表明PI闭环控制后的整流电路输出电压完全满足用户电能质量指标,并为硬件实现及实际参数选取...     

电网信息化运维模式方案及优化

论文利用电流互感器(CT)直接从高压输电线路获取电能,解决电网信息化运维模式下输电线路高压侧监控系统供电问题。取能线圈可以从传输线诱导电压,利用单片机模拟输出脉冲宽度调制(PWM)波控制充电模块,为负载提供稳定的3.4V直流电压,解决了核心容易饱和的问题,优化了电网信息化运维模式方案。基于这种取能线圈的电源进行全面的测试,并验证了它能在50-1000A的电流范围内正常工作,且可以提供稳定的输出。论文还设计了保护电路,以提高脉冲电流或短路电流对电网运维的可靠性影响,有效地解决了电网信息化运维在线监测系统供电问题。     

新式船舶轴带发电并网Z源逆变器

针对当前船舶轴带发电并网Z源逆变器升压能力有限、电感启动电流冲击大、输出电压易发生畸变且输出不稳定、逆变器电容电压应力大等缺点,在传统Z源逆变器基础上研究一种新式Z源逆变器。新式Z源逆变器不仅提高了升压能力,减小了电容电压应力和电感启动电流对器件的冲击,改善了输出电压的品质,还可根据船舶实际使用情况通过改变电感数量来选取合适的逆变器。对新式Z源逆变器的拓扑结构、工作原理进行了详细分析,并比较了在电感数目取不同数值时升压因子、电容电压应力、电感电流应力等参数,最后通过进行仿真验证了新式Z源逆变器的优点,证明了结论的正确性。     

船舶脉冲负载与储能技术概述

分析介绍了船舶脉冲负载的相关标准,总结了国内外脉冲负载的主要类型。着重介绍了由脉冲负载所推进的船舶储能技术的发展,比较了电池、超级电容和飞轮储能三种储能方式的各自优缺点,提出了根据实际需求使用多方式混合储能的建议。     

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。     

低压系统中电容滤波的三相不可控整流电路电压分析

低压供电系统中,线路阻抗较大,其对系统的影响也较大,不能忽略。本文考虑网侧线路阻抗的影响,对电容滤波的三相不可控整流电路进行拓扑结构等效分析,用matlab仿真分别分析了线路电阻、电感、滤波电容、负载大小对整流器输出电压及网侧线电压畸变率的影响。     

混合储能系统在船舶电力系统中的应用

在船舶电力系统中引入储能技术可以解决由于负载频繁变化带来的问题。文章主要针对由电池和超级电容组成的混合储能系统进行研究,提出了一种应用于推进系统和脉冲功率负载的新型电池/超级电容混合储能系统,利用双有源桥的拓扑,通过移相控制能量双向流动,实现电池和超级电容的充、放电。新型混合储能系统可以提高船舶电力系统稳定性和可靠性、提高燃油利用率、减少有害气体排放,是船舶电力系统发展的新方向。     

脉冲负载对独立电力系统运行特性影响

脉冲负载工作模式复杂,对于容量和惯性有限的船舶电网等独立电力系统的冲击和影响较大。为研究脉冲负载下独立电网运行特性以及脉冲负载不同参数对独立电网运行特性影响,通过在Matlab/Simulink平台建立柴油发电机组-整流器-脉冲负载模型,在仿真的基础上研究分析脉冲负载峰值功率、占空比、周期以及前端滤波电容参数对电力系统动态特性的影响规律。本文算例结果表明,脉冲负载工作时会对独立电网引起电力系统各参数的周期性波动,且波动程度与脉冲负载的工作模式有关：当峰值功率增大时,柴油发电机组的调压效果受到影响而频率近乎不变;当占空比D=0.5时,电力系统电压波动最大;周期增大时对励磁调压系统的影响变大且频率受脉冲负载的影响变大;同时合理增大滤波电容可以平抑脉冲负载引起的功率冲击。     

一种换流器件较少的三相SCR逆变器强迫换流机理研究

研究了一种某型装备的新型电流型三相晶闸管逆变电路(SCI),其优点是应用电容放电来改变各相支路电流实现强迫,强迫换流器件较少.通过状态空间建模分析了通过电容放电实现强迫换流的机理,研究表明,该SCI是由电容电压放电改变各相负载电流来实现强迫换流,相对于其它类型的SCI,具有强迫换流器件较少、强迫换流不受SCI输入电压值影响的优点.     

两种非隔离型单相逆变器的比较研究

阐述了单相全桥电压型和电流型逆变电路的工作原理,在MATLAB/Simulink中给出了两种电路的具体建模过程,最后对仿真结果进行了比较分析。仿真结果表明,电压型逆变电路输出电压波形为矩形波,而电流型逆变电路输出电流波形为矩形波,并且电压和电流幅值跟输入电源电压和电流幅值相等。     

船用储能变流器的最优LC设计与仿真

介绍了一种新型基于LC型船用储能变流器的滤波器电路及工作原理,并针对电容、电感等关键部件参数进行了计算及仿真.结果表明,选取适当的器件参数有利于优化滤波器性能.     

脉冲直流发电机的积分分离数字PID控制技术研究

在对铁磁物质实施磁性处理时,需要主电源系统输出正负交替、幅值逐步衰减的脉冲电流,本文以设计磁性处理脉冲直流发电机控制系统为研究内容,在采用传递函数法建立主电源控制系统数学模型的基础上,针对主电源系统电流波形的特点提出了积分分离PID调节方法,并进行了参数优化。本文的研究成果已在工程实践中得到了验证和应用。     

基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理策略

[目的]针对舰船移动平台光伏系统的输出功率不稳定问题和负载突加/突卸所导致的功率波动问题,提出基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理策略。[方法]针对传统限值管理方法的不足,根据超级电容荷电状态所在的不同分区自适应调整滤波时间常数,从而实现混合储能系统功率的优化分配,同时分析各个变换器的控制策略和工作模式。[结果]Matlab仿真结果和工程测试结果表明:该能量管理方案和变换器控制策略可以有效地改善混合储能系统的过充或过放问题,不仅可以保证直流母线电压的稳定性,还可以提高系统的动态响应性和协调性。[结论]研究成果可为移动平台光伏系统的能量管理提供参考。     

两种单相交流调压电路的比较研究

阐述了单相交流调压电路在纯电阻和阻感性负载下的工作原理,并且给出其在MATLAB/Simulink中的仿真模型和仿真结果,仿真结果表明纯电阻负载下负载电压与负载电流波形相同,负载电压波形是电源电压的一部分。负载为阻感负载时,电流因为负载阻抗性质,而滞后于电源电压,与理论分析完全一致。     

IGBT动态dv/dt控制电路实现方法

提出一种具体的IGBT动态dv/dt控制电路。该dv/dt控制电路通过改变调节电阻的值来调整门极-集电极电容的值,使dv/dt被控制在一个较宽的范围。该控制电路能独立控制开关电压上升率和下降率,并且电路采用一个统一的24V电源供电,也就避免了外加电源太多,各节点电压出现变化而导致镜像电流源工作失效情况的发生。通过仿真结果验证了该电路的可行性和有效性。