能量回馈型四象限电力电子负载在船舶电力系统动模试验中的应用
发布时间：2021-06-14 23:40
随着船舶综合电力系统的发展,船用负载设备类型的增多导致交直流动模实验室无法真实模拟系统动态特性。为研究和分析能量回馈型四象限电力电子负载船舶电力系统动模实验的应用,通过分析四象限电力电子负载的拓扑结构和控制方式,在Matlab/Simulink仿真平台和动模实验室中分别进行了能量回馈型四象限电力电子负载相关功能试验,并解决了电力电子负载接入带来的系统振荡问题。仿真和试验结果表明,能量回馈型四象限电力电子负载能够模拟不同类型的负载以及不同电压、功率等级的电源,并且在模拟负载时,能够将吸收的电能高效地反馈回电网,不仅可以提高工作效率,还能够起到节约电能的目的。
【文章来源】：船舶工程. 2020,42(S1)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
四象限电力电子负载的基本原理2拓扑结构及控制方法2.1拓扑结构
能量回馈型四象限电力电子负载在船舶电力系统动模试验中的应用—325—际动模实验室设备容量搭建，设备主要参数为，同步发电机组380V/50Hz15kVA，四象限电力电子负载额定容量40kVA。图4动模实验室电力系统仿真模型图5表示空载时的电网电压和电流波形，从图5中可看到柴油发电机组电压波形呈现标准的三相正弦波。图6～图8分别在有功功率3kW设定值下，完成了功率因数1.00、0.90、0.83的测试结果，电力系统的电压、电流及功率变换情况如图6～图8所示，其中，横坐标表示时间，纵坐标表示电压、电流与功率的幅值大校观察图6发现，电感电流实际值能够完整地跟随电流参考值，并且随着有功功率的增加，系统电流保持与电网电压同相位，负载呈现纯阻性。如图7所示，随着无功指令值的给定，电流相位从与电网电压同相位移动到超前电网电压φ角，另外，实际测量的有功功率和无功功率值与设定值相同。图7所示的电流滞后于电网电压φ′角，此时负载呈现为感性，功率的动态变换满足设定值要求，并且在功率变换时，系统没有出现抖动，能够平稳的进入下一个稳态。上述仿真表明，从发电机输出端口来看，接在电网上的四象限电力电子负载能够同接干式负载具有一样的电压-电流特性，因此完全可以用四象限电力电子负载替代真实负载进行试验。图5空载情况下，电网电压、电流值a)电流参考值与测量值b)功率实际值c)电网电压实际值图6负载情况下，电力系统电压、电流、功率变化情况（有功3kW，功率因数1.00）a)电流参考值与测量值b)电压和电流实际值c)?
能量回馈型四象限电力电子负载在船舶电力系统动模试验中的应用—326—a)电压和电流实际值b)功率实际值图8负载情况下，功率与电网电压、电流实际值（有功3kW，功率因数0.83）3.2在船舶电力系统动模实验室的应用本节以理论研究与仿真研究为基础，在船舶电力系统动模实验室中验证能量回馈式四象限电力电子负载功能，动模实验室设备包括额定功率为15kVA的电动发电机组、干式负载、配电板以及四象限电力电子负载，实验室情况见图9。图9船舶电力系统动模实验室首先，对能量回馈式四象限电力电子负载模拟电源，干式负载功率设置为15kVA、功率因数0.9，试验波形见图10a)，从图10a)可看出，作为电压源时，四象限电力电子负载能够维持电网电压在380V，电流滞后电压一定相角。然后，将能量回馈式四象限电力电子负载设置为负载模式，测试其在不同有功功率、功率因数设置下的电压、电流波形以及系统稳定性。图10b)为四象限负载在有功功率设定值为5kW、功率因数0.8时的电压与电流波形，观察发现，电流滞后电压一定相角，另外，通过电能质量分析仪分析电压、电流畸变率较低，电流波形能够呈现完整的正弦波。图10c)测试了有功功率设定值为5kW、功率因数为0.7的电压与电流波形，分析图中必须发现，电流能够稳定的调节至电流参考值大小和相位，能够保持超前电网电压一定相角，并且负载特性呈现容性。图10d)测试了电压与电流同相位时的波形，电流能够按照设定值保持与电网电压同相位，使四象限负载呈现纯阻性。a)负载功率15kVA、功率因数0.9b)有功功率5kW、功率因数设定值0.8c)有功功率5kW、功率因数0.7d)?
【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率能量回馈型交流电子负载及其在电力系统动模实验中的应用[J]. 赵剑锋,潘诗锋,王浔. 电工技术学报. 2006(12)
[2]大功率交流电子负载的研究[J]. 潘诗锋,赵剑锋,王浔. 电力电子技术. 2006(01)
[3]ZVZCS电子负载的实现[J]. 崔莉,刘志刚,李宝昌. 电子工程师. 2002(11)
博士论文
[1]基于PWM技术的电子负载及其在电力系统动模实验中的应用[D]. 姜桂秀.天津大学 2010
硕士论文
[1]基于背靠背结构三相电力电子负载的研究[D]. 丁学超.哈尔滨工程大学 2016
[2]交流电子负载在功率负荷动态模拟实验中的设计与研究[D]. 韦映川.兰州交通大学 2013
[3]能馈型交流三相电力电子负载的设计与研究[D]. 马坤.华中科技大学 2011
本文编号：3230452
【文章来源】：船舶工程. 2020,42(S1)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
四象限电力电子负载的基本原理2拓扑结构及控制方法2.1拓扑结构
能量回馈型四象限电力电子负载在船舶电力系统动模试验中的应用—325—际动模实验室设备容量搭建，设备主要参数为，同步发电机组380V/50Hz15kVA，四象限电力电子负载额定容量40kVA。图4动模实验室电力系统仿真模型图5表示空载时的电网电压和电流波形，从图5中可看到柴油发电机组电压波形呈现标准的三相正弦波。图6～图8分别在有功功率3kW设定值下，完成了功率因数1.00、0.90、0.83的测试结果，电力系统的电压、电流及功率变换情况如图6～图8所示，其中，横坐标表示时间，纵坐标表示电压、电流与功率的幅值大校观察图6发现，电感电流实际值能够完整地跟随电流参考值，并且随着有功功率的增加，系统电流保持与电网电压同相位，负载呈现纯阻性。如图7所示，随着无功指令值的给定，电流相位从与电网电压同相位移动到超前电网电压φ角，另外，实际测量的有功功率和无功功率值与设定值相同。图7所示的电流滞后于电网电压φ′角，此时负载呈现为感性，功率的动态变换满足设定值要求，并且在功率变换时，系统没有出现抖动，能够平稳的进入下一个稳态。上述仿真表明，从发电机输出端口来看，接在电网上的四象限电力电子负载能够同接干式负载具有一样的电压-电流特性，因此完全可以用四象限电力电子负载替代真实负载进行试验。图5空载情况下，电网电压、电流值a)电流参考值与测量值b)功率实际值c)电网电压实际值图6负载情况下，电力系统电压、电流、功率变化情况（有功3kW，功率因数1.00）a)电流参考值与测量值b)电压和电流实际值c)?
能量回馈型四象限电力电子负载在船舶电力系统动模试验中的应用—326—a)电压和电流实际值b)功率实际值图8负载情况下，功率与电网电压、电流实际值（有功3kW，功率因数0.83）3.2在船舶电力系统动模实验室的应用本节以理论研究与仿真研究为基础，在船舶电力系统动模实验室中验证能量回馈式四象限电力电子负载功能，动模实验室设备包括额定功率为15kVA的电动发电机组、干式负载、配电板以及四象限电力电子负载，实验室情况见图9。图9船舶电力系统动模实验室首先，对能量回馈式四象限电力电子负载模拟电源，干式负载功率设置为15kVA、功率因数0.9，试验波形见图10a)，从图10a)可看出，作为电压源时，四象限电力电子负载能够维持电网电压在380V，电流滞后电压一定相角。然后，将能量回馈式四象限电力电子负载设置为负载模式，测试其在不同有功功率、功率因数设置下的电压、电流波形以及系统稳定性。图10b)为四象限负载在有功功率设定值为5kW、功率因数0.8时的电压与电流波形，观察发现，电流滞后电压一定相角，另外，通过电能质量分析仪分析电压、电流畸变率较低，电流波形能够呈现完整的正弦波。图10c)测试了有功功率设定值为5kW、功率因数为0.7的电压与电流波形，分析图中必须发现，电流能够稳定的调节至电流参考值大小和相位，能够保持超前电网电压一定相角，并且负载特性呈现容性。图10d)测试了电压与电流同相位时的波形，电流能够按照设定值保持与电网电压同相位，使四象限负载呈现纯阻性。a)负载功率15kVA、功率因数0.9b)有功功率5kW、功率因数设定值0.8c)有功功率5kW、功率因数0.7d)?
【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率能量回馈型交流电子负载及其在电力系统动模实验中的应用[J]. 赵剑锋,潘诗锋,王浔. 电工技术学报. 2006(12)
[2]大功率交流电子负载的研究[J]. 潘诗锋,赵剑锋,王浔. 电力电子技术. 2006(01)
[3]ZVZCS电子负载的实现[J]. 崔莉,刘志刚,李宝昌. 电子工程师. 2002(11)
博士论文
[1]基于PWM技术的电子负载及其在电力系统动模实验中的应用[D]. 姜桂秀.天津大学 2010
硕士论文
[1]基于背靠背结构三相电力电子负载的研究[D]. 丁学超.哈尔滨工程大学 2016
[2]交流电子负载在功率负荷动态模拟实验中的设计与研究[D]. 韦映川.兰州交通大学 2013
[3]能馈型交流三相电力电子负载的设计与研究[D]. 马坤.华中科技大学 2011
本文编号：3230452
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