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(yùn)行控制研究

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【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(bǔ)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(jī)性和不可控性,其大規(guī)模接入會(huì)對(duì)船舶電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重的負(fù)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(shí)意義。本文以多逆變器型船舶微電網(wǎng)為研究對(duì)象,以多模式運(yùn)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(dòng)抑制問題、并聯(lián)微源的負(fù)荷分擔(dān)控制問題及多模式運(yùn)行的無縫切換問題,主要研究工作如下：針對(duì)微電網(wǎng)模式切換及負(fù)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(xiàng)補(bǔ)償由狀態(tài)變化引起的不確定性擾動(dòng),減小了滑模切換函數(shù)增益的取值；詳細(xì)給出了滑模控制的穩(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(shí)使得逆變器在擾動(dòng)情況下具備較強(qiáng)的魯棒性和動(dòng)態(tài)性能。圍繞多支撐型微源并聯(lián)運(yùn)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(fù)阻抗的改進(jìn)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(duì)環(huán)流及功率分配的影響,在逆變器拓?fù)浼半妷洪]環(huán)的基礎(chǔ)上,利用虛擬負(fù)電阻抵消等效阻抗中的阻性成分,利用虛擬電感實(shí)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(dòng)態(tài)微分補(bǔ)償項(xiàng)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(dòng)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(shí)確保了孤島模式下微電網(wǎng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)性能。針對(duì)微電網(wǎng)多模式穩(wěn)定運(yùn)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(gè)層次的微電網(wǎng)分層控制方法。文中詳細(xì)闡述了分層控制的組成及功能；重點(diǎn)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(shí)現(xiàn)方法,并對(duì)其電能質(zhì)量改善及穩(wěn)定性進(jìn)行了分析；針對(duì)微網(wǎng)管理層,重點(diǎn)研究了多模式運(yùn)行的控制過程及并網(wǎng)模式下定功率控制的實(shí)現(xiàn)方法。所提分層控制實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)多模式運(yùn)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(shí)該方法還有效解決了傳統(tǒng)微源逆變器間難以實(shí)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(shí)驗(yàn)研究平臺(tái),并在其簡化模型的基礎(chǔ)上,對(duì)船舶微電網(wǎng)多模式運(yùn)行及不同負(fù)荷工況進(jìn)行了綜合仿真。詳細(xì)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(duì)微電網(wǎng)供電的影響、電機(jī)負(fù)荷對(duì)微電網(wǎng)暫態(tài)的影響以及非線性負(fù)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(fù)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(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)荷功率的精確分配,具有良好的功率輸出動(dòng)、靜態(tài)性能。
【關(guān)鍵詞】：船舶微電網(wǎng) 自適應(yīng)滑模控制 負(fù)荷功率分配 分層控制 多模式運(yùn)行控制
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(diǎn)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(diǎn)40-41
• 2.2 逆變器拓?fù)浼皠?dòng)態(tài)模型41-44
• 2.2.1 DSPC拓?fù)浼皠?dòng)態(tài)模型42-43
• 2.2.2 GCPC拓?fù)浼皠?dòng)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(jì)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(jì)設(shè)計(jì)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(fù)阻抗的多DSPC微網(wǎng)負(fù)荷分擔(dān)控制研究62-92
• 3.1 逆變器功率分配機(jī)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(jī)理63-65
• 3.1.2 逆變器等效輸出阻抗對(duì)功率分配的影響機(jī)理65-67
• 3.2 虛擬負(fù)阻抗設(shè)計(jì)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(fù)阻抗設(shè)計(jì)方法71-73
• 3.2.4 兩相靜止坐標(biāo)系下虛擬負(fù)阻抗的實(shí)現(xiàn)73-74
• 3.3 基于虛擬負(fù)阻抗的改進(jìn)下垂控制策略74-82
• 3.3.1 等效輸出阻抗不匹配對(duì)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(dòng)態(tài)特性的改進(jìn)下垂控制策略78-79
• 3.3.4 小信號(hào)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(jìn)下垂控制的并聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(duì)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(duì)微電網(wǎng)暫態(tài)特性影響118-121
• 5.3.2 負(fù)荷突變對(duì)微電網(wǎng)暫態(tài)特性影響121-123
• 5.4 電機(jī)負(fù)荷條件下微電網(wǎng)暫態(tài)運(yùn)行仿真123-133
• 5.4.1 三相異步電機(jī)負(fù)荷模型124-126
• 5.4.2 電機(jī)負(fù)荷直接起動(dòng)及轉(zhuǎn)矩變化對(duì)微電網(wǎng)暫態(tài)的影響126-131
• 5.4.3 電機(jī)負(fù)荷降壓起動(dòng)對(duì)微電網(wǎng)暫態(tài)的影響131-133
• 5.5 非線性負(fù)荷條件下微網(wǎng)暫態(tài)運(yùn)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(xiàn)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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7 王t，

本文編號(hào)：730954