基于自抗扰控制系统的直流母线电压波动抑制的研究

发布时间：2020-11-15 07:41

　　 由于船用吊机系统在进行工作时,驱动升降机构、变幅机构和回转机构的异步电机及逆变器将频繁动作,这会使直流母线电压出现峰谷现象。为了避免对吊机系统造成冲击,则需为其配备一个储能系统作为中转站来暂时储存电能,再由储能系统来向电网输送较为稳定的电能,从而达到使电网的电能质量提高的要求。此外,电力系统在生产电和使用电上拥有同时性,若发出的电量大于同一时刻吊机系统中负载需要的电量则会造成电能的浪费,同时母线电压会升高,若发出的电量小于同一时刻负载所需的电量则电网电压将会下降,影响工作。因为母线电压和储能系统这二者之间能量的流动是相互的,所以可进行直流和直流之间变换的双向DC/DC变换器就是储能系统中不可或缺的部分,储能系统的充放电的工作都将由双向DC/DC变换器来进行相应的操控。由此,来实现对直流母线电压的波动抑制。本文在研究了船用吊机系统中直流母线电压波动原因的基础上,对多种储能方式进行了研究,选取了蓄电池储能方式为本课题的储能系统中的储能方式,并对储能装置的几种充电方法进行了研究。设计了适合于本课题的双向DC/DC变换器拓扑结构。并对其控制方法进行了研究,选出了自抗扰控制技术来对变换器进行控制。研究了自抗扰控制技术的原理。设计了合适的自抗扰控制器。对储能装置的剩余容量的估算方法进行了研究,选择安时计量法来作为本课题中储能装置剩余容量的估算算法,并通过仿真验证了其方法的准确性。并根据课题要求对三相电压型PWM整流器交流侧的电感和直流侧的电容进行了设计。在MATLAB/Simulink仿真系统中搭建出了基于自抗扰控制系统的双向Buck-Boost变换器稳压系统和基于PI控制系统的双向Buck-Boost变换器稳压系统,并给出了二者负载电压波形的对比仿真图像。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46;U665
【部分图文】：

图 4.1 安时计量法仿真模型图中，I 为蓄电池的充电电流，U 为蓄电池而端电压。XL 模块是根据公式（4-4）设计的充放电效率模块，用来计算蓄电池充放电效率。常数模块用来设置蓄电池的初始剩余容量，图中的剩余容量设置为 30%。SOC 为安时计量法估算所得的蓄电池剩余容量，并和 Battery 模块输出 C 端分离出来的剩余容量信号作比较，来验证设计算法的精确度。4.2.2 仿真分析蓄电池在充电时其剩余容量的变化主要和充电电流的大小有关，下面分别从充电电流 I 为 10A 和 15A 两种状态来验证设计的安时计量法算法的估算效果。我们分别在电流为 10A 和 15A 两种情况下，初始剩余容量 SOC0分别为 10%、30%、50%时进行估算波形与参考波形进行比较。1.当充电电流为 10A 时，

2.2 仿真分析蓄电池在充电时其剩余容量的变化主要和充电电流的大小有关，下面分别从充流 I 为 10A 和 15A 两种状态来验证设计的安时计量法算法的估算效果。我们分别流为 10A 和 15A 两种情况下，初始剩余容量 SOC0分别为 10%、30%、50%时进算波形与参考波形进行比较。1.当充电电流为 10A 时，（a）估算 SOC 波形 （b）参考 SOC 波形图 4.2 初始剩余容量 SOC=10%的仿真波形

（a）估算 SOC 波形 （b）参考 SOC 波形图 4.4 初始剩余容量 SOC=50%的仿真波形通过对图 4.2、图 4.3、图 4.4 的对比我们可以发现，图 4.4 中在 5s 时曲线的增率发生了变化，而图 4.2、图 4.3 在整个充电过程中曲线的斜率没有变化。这是由 4.4 中蓄电池的初始剩余容量较大，端电压比较大，剩余容量以较大斜率增长。 后蓄电池两端电压达到 630V，充电电流减小，剩余容量以一个较小斜率进行增长图 4.2 和图 4.3 中，初始剩余容量较小，蓄电池端电压较低，在整个充电过程中，一直都没有达到 630V，剩余容量以恒定斜率增长。通过左右两侧图的对比可以看出，当蓄电池的初始剩余容量 SOC0分别为 10%%、50%时，本节设计的安时计量法估算出的 SOC 曲线和蓄电池输出的 SOC 参考趋势相同。充电结束后，蓄电池的剩余容量变化量如下表所示表 4.1 充电电流为 10A 时蓄电池 SOC 变化情况初始剩余容量SOC（%） 估算 SOC 变化量（%） 参考 SOC 变化量（%）
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本文编号：2884514