适应船舶电力推进的变频启动和无功补偿一体化装置研究

发布时间：2017-09-05 06:46

  本文关键词：适应船舶电力推进的变频启动和无功补偿一体化装置研究

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【摘要】：电力推进系统是指利用功率变换器驱动推进电机来拖动螺旋桨运行的动力系统，相比于传统的机械推进方式，其在安全性、可操纵性、空间排布、隐蔽性等方面具有明显的优势，近年来，已被广泛应用于船舶动力系统中。目前，电力推进系统工作过程中存在以下几个问题亟待解决。首先，船舶电力系统的容量有限，相比于大电网，更容易受负载电流变化的影响，，尤其是异步推进电机的感性启动电流，易造成船舶电网电压跌落、频率下降等电能质量问题；其次，由于推进电机的励磁电流较大，船舶电网需提供大量无功功率，不仅降低船舶电网的功率传输效率，而且大量的无功交换会削弱船舶电网稳定性。综上，展开适应船舶电力推进系统的功率变换器的研究是具有理论和现实意义的。 本文提出一种适用于变频启动和无功补偿一体化的功率变换方法，该一体化功率变换装置同时具有矢量变频启动与无功功率动态补偿功能。本文重点研究了该功率变换装置的工作原理、控制策略及系统整体性能。 首先针对功率变换器的可行性进行分析；其次，针对功率变换器的矢量变频启动功能，本文采用基于异步推进电机动态数学模型的转子磁场定向矢量控制策略，实现转矩与励磁的解耦控制，改善推进电机启动性能；并利用基于卡尔曼滤波器的锁相环技术，实现功率变换器不同工况间的同步平滑切换；最后，以瞬时功率理论实现对电力推进系统无功电流的检测与补偿，建立船舶电网无功在线动态补偿的控制方案，改善船舶电网供电质量。 基于上述理论研究，在Matlab/Simulink仿真平台建立系统仿真模型，对该功率变换器进行系统仿真实验，验证该功率变换器的工作性能。在硬件电路设计与选型的基础上，搭建了基于TMS320F2812的硬件试验平台，完成了软件控制程序的编写与调试工作。实验结果验证了理论分析的准确性与可行性。
【关键词】：电力推进系统 功率变换器 变频启动 同步切换 无功功率动态补偿
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.14;U665.1;TM46
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的目的和意义9-10
• 1.2 船舶电力推进启动控制技术的研究现状10-13
• 1.2.1 船舶推进电机启动过程对船舶电网影响10
• 1.2.2 异步推进电机的降压启动法10-11
• 1.2.3 异步推进电机的恒压频比启动法11
• 1.2.4 矢量变频启动法11-12
• 1.2.5 直接转矩控制启动法12-13
• 1.3 船舶电网无功功率控制的研究现状13-14
• 1.3.1 无功功率对船舶电网的影响13
• 1.3.2 同步调相机方法13
• 1.3.3 晶闸管投切电容器13-14
• 1.3.4 静止无功发生器14
• 1.4 论文主要研究内容14-16
• 第2章 电力推进矢量控制启动系统的研究16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 异步推进电机的动态数学模型16-21
• 2.2.1 异步推进电机的动态建模17-20
• 2.2.2 旋转坐标系下的电机动态模型20-21
• 2.3 矢量变频启动的控制策略21-23
• 2.4 基于转子磁场定向的变频启动仿真分析23-24
• 2.5 本章小结24-26
• 第3章 一体化装置工况切换控制26-42
• 3.1 引言26
• 3.2 同步控制器的工作原理26-33
• 3.2.1 变频器/船舶电网切换过程的理论分析26-28
• 3.2.2 同步切换的控制策略28-29
• 3.2.3 船舶电网电参数提取策略研究29-32
• 3.2.4 变频器输出量的电参数提取策略研究32-33
• 3.3 同步控制器的数学建模与实现33-37
• 3.3.1 锁相环技术33-34
• 3.3.2 变频器的数学建模34
• 3.3.3 同步控制器的数学建模34-36
• 3.3.4 同步切换控制器的实现36-37
• 3.4 同步控制器的仿真分析37-40
• 3.4.1 基于 STF 滤波器的电网电压相位检测仿真分析37-38
• 3.4.2 变频器输出基波电压相位检测的仿真分析38-39
• 3.4.3 基于锁相环技术的变频器动态跟踪仿真分析39
• 3.4.4 同步切换动态仿真及分析39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 一体化装置无功补偿工况的研究42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 一体化装置 SVG 工况的工作原理与分析42-47
• 4.2.1 SVG 的等效电路42-44
• 4.2.2 SVG 的数学建模44-46
• 4.2.3 SVG 的稳定性分析46-47
• 4.3 无功电流的检测及控制策略研究47-50
• 4.3.1 基于瞬时无功功率理论的无功电流检测法47-48
• 4.3.2 电流控制策略研究48-50
• 4.4 一体化装置 SVG 工况的仿真分析50-52
• 4.4.1 直流母线电压控制策略仿真分析50-51
• 4.4.2 无功发生器的稳态仿真分析51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 一体化装置的硬件和软件设计53-66
• 5.1 引言53
• 5.2 系统硬件设计方案53-57
• 5.2.1 功率变换主电路的设计54-56
• 5.2.2 电压和电流检测电路的设计56-57
• 5.3 系统软件设计方案57-59
• 5.3.1 一体化装置控制系统主程序设计57-58
• 5.3.2 变频启动和无功补偿子程序流程图设计58-59
• 5.4 系统仿真和实验结果分析59-65
• 5.4.1 功率变换器系统仿真分析59-61
• 5.4.2 面向船舶电力推进系统的功率变换器主要实验结果分析61-65
• 5.5 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果71-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：796478