基于自适应滑模的船舶微电网多模式运行控制研究

发布时间：2017-08-24 11:08

  本文关键词：基于自适应滑模的船舶微电网多模式运行控制研究

  更多相关文章： 船舶微电网 自适应滑模控制 负荷功率分配 分层控制 多模式运行控制

【摘要】：随着化石能源的枯竭及环境问题的日趋严重,降低化石能源在船舶中的供电比重,引入清洁能源补充和替代化石燃料已成为大势所趋。然而由于间歇性能源的随机性和不可控性,其大规模接入会对船舶电力系统的安全和稳定性带来严重的负面影响。因此作为解决海上新能源发电大规模接入船舶的有效手段,船舶微电网的研究具有重要的理论和现实意义。本文以多逆变器型船舶微电网为研究对象,以多模式运行控制为目标,着眼于解决分布式微源接入的暂态扰动抑制问题、并联微源的负荷分担控制问题及多模式运行的无缝切换问题,主要研究工作如下：针对微电网模式切换及负荷突变过程中,微源逆变器可能存在的过压过流及不稳定现象,提出基于自适应三阶滑模变结构的闭环控制策略,并将该策略分别应用到支撑型微源逆变器电压闭环和并网型微源逆变器定功率控制中。该策略在传统比例微分二阶滑模的基础上,利用积分环节消除逆变器输出的稳态误差,利用自适应观测项补偿由状态变化引起的不确定性扰动,减小了滑模切换函数增益的取值；详细给出了滑模控制的稳定性分析和参数选取方法。最后,仿真结果表明所提控制方法能够有效改善微源逆变器输出的电能质量,同时使得逆变器在扰动情况下具备较强的鲁棒性和动态性能。围绕多支撑型微源并联运行的环流抑制及功率分担控制问题,提出一种基于虚拟负阻抗的改进下垂控制方法。该方法充分考虑了逆变器等效输出阻抗差异对环流及功率分配的影响,在逆变器拓扑及电压闭环的基础上,利用虚拟负电阻抵消等效阻抗中的阻性成分,利用虚拟电感实现并联等效阻抗的匹配；并结合变无功-电压下垂系数、动态微分补偿项及虚拟惯性环节,抑制由线路阻抗漂移及电力参数测量不准确造成的无功环流,改善系统功率分配的动态特性。仿真结果表明所提方法能够有效抑制微源间的功率环流,提高功率分配精度,同时确保了孤岛模式下微电网运行的动态性能。针对微电网多模式稳定运行及并／离网无缝切换控制问题,提出基于自主控制、协调控制、微网管理及配网调度四个层次的微电网分层控制方法。文中详细阐述了分层控制的组成及功能；重点研究了基于二次控制和预并列控制的协调控制层实现方法,并对其电能质量改善及稳定性进行了分析；针对微网管理层,重点研究了多模式运行的控制过程及并网模式下定功率控制的实现方法。所提分层控制实现了微电网多模式运行的优化管理及模式切换过程中控制策略的平滑过渡,使得微电网能够在保持就地控制能力的基础上还具有全局控制的功能,同时该方法还有效解决了传统微源逆变器间难以实现功率精确分配、电能质量较差等问题。在所提控制策略基础上,构建了包含间歇性能源发电的船舶微电网结构和实验研究平台,并在其简化模型的基础上,对船舶微电网多模式运行及不同负荷工况进行了综合仿真。详细分析了并离网模式切换条件下微电网的暂态稳定性和电能质量、功率突变对微电网供电的影响、电机负荷对微电网暂态的影响以及非线性负荷条件下微电网的输出特性等。仿真结果表明本文所提控制方法在模式切换及不同负荷条件下均能够很好地维持微电网母线电压稳定,且具有较好的电能质量,暂态过程平稳、迅速,同时能够实现负荷功率的精确分配,具有良好的功率输出动、静态性能。
【关键词】：船舶微电网 自适应滑模控制 负荷功率分配 分层控制 多模式运行控制
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U665.1
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-17
• 第1章 绪论17-40
• 1.1 课题背景及选题意义17-18
• 1.2 船舶微电网的产生及发展现状18-25
• 1.2.1 微电网技术发展现状18-20
• 1.2.2 新能源发电在船舶上应用的发展现状20-23
• 1.2.3 船舶微电网的产生及特点23-25
• 1.3 微电网控制的研究现状25-36
• 1.3.1 逆变器闭环控制25-29
• 1.3.2 微源逆变器接口控制29-33
• 1.3.3 微电网协调控制33-36
• 1.4 论文整体研究思路36-38
• 1.5 本文主要研究内容38-40
• 第2章 基于自适应滑模的微源逆变器闭环控制研究40-62
• 2.1 微源逆变器分类及其特点40-41
• 2.2 逆变器拓扑及动态模型41-44
• 2.2.1 DSPC拓扑及动态模型42-43
• 2.2.2 GCPC拓扑及动态模型43-44
• 2.3 基于自适应滑模变结构的DSPC电压控制策略44-55
• 2.3.1 三阶滑模变结构控制器44-47
• 2.3.2 自适应三阶滑模变结构控制器47-48
• 2.3.3 基于自适应三阶滑模变结构的DSPC闭环控制48-50
• 2.3.4 三阶滑模面系数选取50-51
• 2.3.5 仿真结果与分析51-55
• 2.4 基于自适应滑模变结构的GCPC定功率控制器设计55-61
• 2.4.1 自适应三阶滑模变结构控制器55-57
• 2.4.2 滑模面参数选取57
• 2.4.3 GCPC定功率控制器设计设计57-58
• 2.4.4 仿真结果与分析58-61
• 2.5 本章小结61-62
• 第3章 基于虚拟负阻抗的多DSPC微网负荷分担控制研究62-92
• 3.1 逆变器功率分配机理及并联环流分析62-67
• 3.1.1 逆变器并联环流产生机理63-65
• 3.1.2 逆变器等效输出阻抗对功率分配的影响机理65-67
• 3.2 虚拟负阻抗设计67-74
• 3.2.1 逆变器输出阻抗分析67-69
• 3.2.2 虚拟阻抗原理69-71
• 3.2.3 虚拟负阻抗设计方法71-73
• 3.2.4 两相静止坐标系下虚拟负阻抗的实现73-74
• 3.3 基于虚拟负阻抗的改进下垂控制策略74-82
• 3.3.1 等效输出阻抗不匹配对无功功率准确分配的影响74-76
• 3.3.2 基于变下垂系数的无功-电压控制方法76-78
• 3.3.3 考虑动态特性的改进下垂控制策略78-79
• 3.3.4 小信号建模及分析79-82
• 3.4 仿真结果与分析82-91
• 3.4.1 虚拟阻抗条件下逆变器输出功率特性84-87
• 3.4.2 基于改进下垂控制的并联系统运行仿真87-91
• 3.5 本章小结91-92
• 第4章 多DSPC组网的微电网分层控制92-110
• 4.1 基于分层控制的多DGSC微电网架构92-94
• 4.2 协调控制层94-104
• 4.2.1 二次频率控制96-98
• 4.2.2 二次电压控制98-100
• 4.2.3 微网预并列控制100-104
• 4.3 微网管理层104-108
• 4.3.1 微电网多模式运行管理105-107
• 4.3.2 并网功率控制107-108
• 4.4 本章小结108-110
• 第5章 船舶微电网多模式运行暂态仿真110-137
• 5.1 考虑分布式电源发电的船舶微电网系统结构110-113
• 5.2 微电网运行模式切换暂态仿真113-118
• 5.2.1 孤岛/并网模式切换113-115
• 5.2.2 并网/孤岛模式切换115-118
• 5.3 功率突变对微电网暂态特性的影响118-123
• 5.3.1 分布式微源启停及功率变化对微电网暂态特性影响118-121
• 5.3.2 负荷突变对微电网暂态特性影响121-123
• 5.4 电机负荷条件下微电网暂态运行仿真123-133
• 5.4.1 三相异步电机负荷模型124-126
• 5.4.2 电机负荷直接起动及转矩变化对微电网暂态的影响126-131
• 5.4.3 电机负荷降压起动对微电网暂态的影响131-133
• 5.5 非线性负荷条件下微网暂态运行仿真133-136
• 5.6 本章小结136-137
• 第6章 总结与展望137-140
• 6.1 论文工作总结137-139
• 6.2 展望139-140
• 参考文献140-149
• 攻读学位期间公开发表论文149-151
• 攻读学位期间科研成果151-152
• 致谢152-153
• 作者简介153

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本文编号：730954