自阻型MMC整流器在船舶中压直流电力系统中的应用

针对半桥型模块化多电平换流器（MMC）不具备处理直流故障的能力,采用一种自阻型子模块结构的MMC作为整流器,并在船舶中压直流（MVDC）电力系统中应用。搭建基于MMC的船舶MVDC环形电力系统模型,采用双闭环解耦控制、载波移相调制、子模块电容电压平衡和环流抑制综合控制策略;在Matlab/Simulink环境中,对其进行仿真验证。仿真结果表明,该综合控制策略可行。自阻型MMC的整流器可为船舶MVDC电力系统提供良好的稳态性能、动态性能和直流故障处理能力,可为船舶MVDC电力系统的进一步研究奠定基础。     

中压直流船舶电力系统MMC的参数研究

在中压直流船舶综合电力系统中,换流器是其关键组成部分,但随着船舶电力系统电压等级的提升,传统换流器已经不能满足系统的需求。模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）作为一种新型换流器,可以代替传统换流器。首先对MMC的原理进行介绍,结合中压直流船舶电力系统的参数设计合适的MMC,并从子模块的电容电压波动、系统有功功率响应时间、抑制系统谐振和抑制系统内部环流4个方面对子模块电容和桥臂电感值进行选取,最后经过Matlab/Simulink仿真验证方案的可行性。     

基于MMC的船舶中压直流电力系统控制策略的研究

针对全桥模块化多电平换流器在船舶中压直流(Medium voltage DC, MVDC)电力系统中缺乏系统级的建模与控制问题,本文搭建了基于MMC 的船舶MVDC 电力系统模型,说明了该系统的框架结构与运行原理,提出了电压与无功外环,电流内环的双闭环控制策略,进一步验证了该系统发生直流侧短路故障时的故障限流能力,最后采用直流电压下垂控制并网方案,实现了双机有效的并联运行。通过Matlab/Simulink 的仿真分析,表明该系统具有良好的稳态特性和动态性能。     

模块化多电平变换器的两种调制策略研究

调制策略是研究模块化多电平变换器(MMC)的基础,也是影响MMC输出特性的重要因素。本文研究分析了两种调制策略:载波移相调制和载波层叠调制的原理以及在MMC中的实现方法。通过在Matlab/Simulink平台上的仿真,验证了载波移相调制更利于MMC各子模块电容电压的均衡,并且能使MMC获得更好的谐波特性。     

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。     

船舶电力系统谐波干扰抑制方法分析

传统船舶电力谐波干扰抑制方法的扰动抑制效果可靠性不高,易造成逆变器输出谐波的紊乱调节。为解决上述问题,设计一种新型的船舶电力系统谐波干扰抑制方法。通过谐波电力计算、谐波电压计算2个步骤,完成船舶电力系统谐波功率分析。在此基础上,通过船舶电压定向矢量控制、电力谐波的拓扑分析、干扰检测子计算3个步骤,完成新型电力系统谐波干扰抑制方法的搭建。设计对比实验结果表明,与传统方法相比应用新型船舶电力系统谐波干扰抑制方法后,扰动抑制效果的可靠性得到大幅提升,有效避免逆变器输出谐波紊乱调节事件的发生。     

基于不对称全桥型MMC的船舶永磁电机推进系统仿真

为优化中压推进电机调速性能,利用模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)作为推进电机变频器。采用不对称全桥型子模块拓扑,并设计相应的不对称全桥型MMC电机变频调速系统应用于船舶电推系统。在Matlab/Simulink环境下,分析船舶在不同工况下的螺旋桨工作特性以及不对称全桥型MMC调速性能。仿真结果表明,不对称全桥型MMC应用于船舶推进电机调速系统具有良好的控制精度及动态响应能力,采用分级运行模式对推进系统进行启动、停车以及倒车过程,可以减缓MMC电容电压波动,提高系统工作性能。     

基于混合型逆变器控制的船舶电力系统谐波抑制研究

船舶电力系统结构简单容量小,所带的非线性负载复杂,电网中谐波含量较高,对电网和设备带来了危害。以降低谐波为目标,本文采用了一种混合型逆变器控制系统。通过独立地对大功率低开关频率逆变器与小功率高开关频率逆变器进行载波调制,实现了交流驱动与谐波抑制。分析了系统的数学模型,介绍了控制策略。在Matlab软件中搭建了混合型逆变器控制系统的仿真模型,并与传统型逆变器控制系统进行了对比。仿真结果表明:混合型逆变器能够有效减少特征谐波和高次谐波,在船舶电力系统中有良好的应用前景。     

一种三电平H桥逆变电路低调制比时的窄脉冲补偿方法

为了保证电力电子开关器件工作在其安全工作区,开关器件均有其最小要求的开通和关断时间。基于H桥单元拓扑结构的NPC三电平逆变器中的窄脉冲会导致逆变器的输出电压和电流发生严重畸变,因此必须对这种窄脉冲进行抑制和补偿。现有的解决方法在系统低调制比时会改输出电压的基波幅值,存在窄脉冲抑制不彻底和增加低次谐波的输出含量的缺点。基于此,本文提出了一种适用于H桥单元拓扑结构的NPC三电平逆变器的窄脉冲补偿方法,对该方法进行了详细的理论分析,阐明了该方法在载波层叠SPWM调制和载波移相SPWM调制中的内在联系。在逆变器的低调制比时,该方法不会改变逆变器输出电压的基波幅值,也不会增加输出的低次谐波含量。仿真和系统试验结果证明了该方法的正确性和有效性。     

基于遗传算法船舶新能源并网逆变器LCL滤波器设计

在节能减排的趋势下,人们开始探求开发新能源作为辅助动力并入船舶电网。船舶电网是一个有限电源系统,电网谐波含量较高。新能源并网接口是逆变器,采用的脉冲宽度调制(PWM)技术使并网逆变器产生高频谐波电流注入船舶电网,容易造成船舶电网不稳定。需在逆变器后端加上能够滤除高频谐波的LCL型滤波器,而陆地上传统的并网逆变器LCL滤波器参数设计的试凑法很难满足船舶新能源逆变并网要求。鉴于此采用遗传算法对船舶电网侧LCL滤波器各参数优化设计的方法,综合考虑船舶电网LCL型滤波器的约束条件选择出最优解。仿真结果表明,采用遗传算法优化参数的滤波器对逆变器输出谐波进行有效抑制,为船舶新能源并网提供理论支撑。     

一种基于比例-谐振(PR)控制的MMC环流抑制策略

环流是模块化多电平变换器(MMC)的固有属性,其存在让子模块电容电压波动幅度增大,并导致桥臂电流畸变且峰值增加,影响系统的运行特性。传统的基于二倍频负序旋转坐标变换的环流抑制策略控制环节繁琐且有一定局限性。本文分析了一种基于比例-谐振(PR)控制的环流抑制策略,该策略控制环节简洁、适用于任意相数的MMC系统。最后通过Matlab/Simulink平台上的仿真,证明了策略的有效性。     

基于SAPF的船舶电力系统谐波抑制

为避免大量强非线性负载的使用给船舶电力系统带来严重谐波污染,提出采用并联型有源电力滤波器(SAPF)实现船舶电力系统的谐波抑制。在建立船舶电力系统仿真平台的基础上,从分析船舶典型强非线性负载的谐波成分入手,设计并联型有源滤波器的谐波电流检测模块和补偿电流跟踪控制模块。仿真结果证明并联型有源滤波器对船舶电力系统谐波抑制的有效性。     

船舶光伏逆变器LCL滤波电路结构设计与参数优化方法

本文针对光伏发电系统与柴油发电机组构成的混合动力船舶,研究其电力系统结构及光伏逆变器PQ控制策略;针对光伏逆变器中LCL滤波器固有的谐振尖峰、及传统滤波电容串电阻降低高频谐波抑制能力的问题,提出了网侧电感并联L-R的无源阻尼LCL电路结构,并通过所该电路结构数学模型进行了频率特性与谐波抑制能力研究,揭示了其优良的高频谐波抑制特性,并获得该电路结构的参数优化方法。仿真结果表明,所提出的电路结构及参数优化方法在大为降低谐振峰值的同时,提高了对高频谐波的抑制能力。所提出的电路结构及参数优化方法在船舶光伏逆变器的应用领域具有广泛应用前景。     

小波包和神经网络的船舶电力系统谐波检测方法

随着船舶电力系统中接入越来越多的电力电子设备,谐波污染现象变得愈发严重。当前的谐波检测还无法实现较小的谐波频率、相位、幅值检测误差,提出小波包和神经网络相结合的船舶电力系统谐波检测方法。设计由微处理器、信号采集板、上位机构成的船舶电力系统信号采样装置,实施电力系统电流信号与电压信号的采样。通过小波包算法提取采集信号高频部分的有效值。基于神经网络思想设计Elman神经网络谐波检测器,实现船舶电力系统谐波检测。其中在输出层中通过主成分分析方法实施神经网络的输出优化,并实施Sigmoid激励函数的改进,以降低检测误差。测试结果表明,该方法平均谐波频率检测误差、平均谐波相位检测误差、平均谐波幅值检测误差的区间均值分别为0.16 Hz,0.20°,0.12 V,整体误差很低,同时克服了基波分离延时问题。     

基于SVPWM五相三电平H桥逆变器中点电位控制研究

针对多相三电平H桥逆变器的电压矢量数量多,难以应用传统的空间矢量PWM算法的问题,提出了一种简化的五相三电平H桥逆变器空间矢量PWM算法。该方法采用相移SPWM思想,将五相三电平H桥逆变器作为两个由单桥臂组成的五相分别予以控制。分析选择合理的工作电压矢量及开关作用顺序,计算了开关周期内的各工作电压矢量的作用时间;不同开关状态下,针对中点电位分析的基础上,提出利用冗余矢量对中点电位进行控制,实现了电容电压的平衡。     

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。     

一种基于LCL输出滤波器的船用逆变器研究

针对高功率密度、高体积重量比的船舶电力系统应用场合,研究基于LCL输出滤波器的电路结构与电流瞬时值控制策略,为船舶多能源供电系统中逆变器与同步发电机并联供电的实现提供技术方案。通过逆变器建模与解耦、控制器数学模型的建立与系统的仿真,获得了控制策略实现及参数确定的方法。仿真结果表明,所设计的船用逆变器与同步发电机并联构成的供电系统,具有稳定性高、动态特性好、供电质量优、发电机利用率高等优良性能。     

MMC在船舶中压直流电力系统中的应用

随着船舶自动化程度的不断提高,船载电力设备的数量和功率也在不断增加,一方面提高了船舶的运行质量,另一方面也对船舶电力系统的性能提出了更高的要求。为了满足日益增大的电力功率需求,传统的船舶低压电力系统逐渐被中压直流电力系统所取代。中压直流电力系统具有稳定性高、输电损耗小等优点,目前获得了较广泛的应用。本文针对船舶中压直流电力系统的变流与功率优化问题,开发了一种基于MMC多电平换流器的船舶中压直流电力控制系统,并详细介绍了中压直流电力系统和MMC多电平换流器拓扑结构的原理,具有重要的意义。     

基于虚拟同步发电机的船舶光伏并网逆变控制策略

在船舶电力系统中集成并网型太阳能光伏系统,当传统恒功率(PQ)控制策略光伏逆变器与船舶电站并联运行时,存在惯性小、阻尼低且不易实现光伏能量合理调度等问题。针对PQ控制策略存在的缺陷,提出一种基于虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)的光伏并网逆变控制策略,在控制算法中引入功-频下垂特性和虚拟转动惯量,使并网逆变器具有与同步发电机相似的输出下垂特性及惯性阻尼;利用PSCAD/EMTDC建立船舶光伏电-船电并网电力系统仿真模型,分别对PQ和VSG模式下的电网频率/电压波动、光伏并网逆变器和同步发电机组承担的有功功率/无功功率进行分析,研究系统参数的暂态变化。结果表明:采用VSG控制策略能有效抑制系统频率波动,实现光伏并网功率的自动调节,并显著提高电网的稳定性。     

一种新型H桥五电平有源中点钳位逆变器控制策略

保持母线中点电位和悬浮电容电压的稳定是H桥型五电平有源中点钳位型逆变器稳定工作的前提。针对上述问题,本文在载波层叠调制策略的基础上,分析不同开关状态对悬浮电容电压的影响,通过选择合适的冗余开关状态实现悬浮电容电压的稳定;对于母线中点电位平衡控制问题,提出了修正H桥左右桥臂参考波电压比例分配实现平衡控制,最后通过Matlab/Simulink仿真结果验证所提控制策略的有效性。