电力系统发电特性论文提纲

论文题目：全电力船舶中压直流电力系统稳定性控制技术研究

摘要：全电力船舶是我国未来船舶的重要发展趋势,其具有运行经济性好、操纵性强以及可靠性高等一系列的优点。全电力船舶中压直流电力系统中包含有大量的由电力电子变换器供电的恒功率负载,其工作时会向系统中引入等效的负增量电阻,进而会影响到系统的运行稳定性。稳定性是全电力船舶中压直流电力系统正常工作的先决条件,因而开展全电力船舶中压直流电力系统稳定性控制技术的相关研究具有十分重要的意义。本文针对全电力船舶中压直流电力系统稳定性技术的以下几个问题展开了研究:首先,针对全电力船舶的国内外发展现状以及中压直流电力系统稳定性分析与控制策略的研究现状进行了回顾,总结了当前系统稳定性、稳定性分析方法以及控制策略存在的问题,指明了全电力船舶中压直流电力系统稳定性控制技术研究的必要性,并给出了论文的整体研究思路框架,明确了本文的主要研究内容。其次,针对全电力船舶中压直流电力系统的结构组成及运行机理开展了分析研究,建立了船用燃气轮机及其调速系统动态特性数学模型、主发电系统数学模型、推进系统数学模型、区域负载系统数学模型以及配电系统数学模型,为接下来将要开展的全电力船舶中压直流电力系统稳定性控制技术研究提供了重要的系统特性数学模型基础。接着,针对全电力船舶中压直流电力系统的稳定性分析方法展开了研究。基于全电力船舶中压直流电力系统的端口阻抗特性给出了系统电压端及电流端分类方法,解决了原有系统中不固定电能流向带来的系统分类矛盾,并基于电压端及电流端分类方法进一步给出了全电力船舶中压直流电力系统Nyquist阻抗稳定性判据,奠定了系统的阻抗稳定性分析理论基础;接着开展了全电力船舶中压直流电力系统端口阻抗特性提取及分析研究,给出了基于系统数学模型的端口阻抗特性提取方法,并针对传统下垂控制作用下的发电系统以及直接转矩控制作用下的推进系统开展了端口阻抗特性提取研究,准确地获取到了全电力船舶中压直流电力系统的端口阻抗特性;开展了全电力船舶中压直流电力系统稳定性分析方法有效性的仿真验证研究,给出了直流母线电容参数摄动条件下的系统端口阻抗特性提取结果、系统的稳定性分析结果以及系统的动态特性仿真验证结果,通过比对系统稳定性分析及仿真结果,验证了全电力船舶中压直流电力系统稳定性分析方法的有效性。本文进一步开展了全电力船舶中压直流电力系统稳定性控制策略的相关研究,针对下垂控制作用下的全电力船舶中压直流电力系统直流母线电压的静态控制偏差问题,提出了一种全电力船舶主发电系统输出电压改进Ⅴ-Ⅰ下垂控制策略,设计了全电力船舶中压直流电力系统直流母线电压回调控制器,并采用Nyquist阻抗稳定性分析方法辅助设计了电压回调控制器参数,在保证全电力船舶中压直流电力系统稳定性的同时消除了直流母线电压的静态控制偏差。针对全电力船舶中压直流电力系统直流母线电压动态调节特性不佳的问题,提出了一种全电力船舶辅发电系统输出电压干扰估计前馈补偿控制策略,设计了全电力船舶中压直流辅发电系统负载电流非线性干扰观测器,估计出了辅发电系统负载电流大小;给出了全电力船舶辅发电系统干扰估计前馈补偿控制器,通过前馈补偿控制作用抵消掉了负载电流波动对直流母线电压动态调节特性的影响,提升了全电力船舶中压直流电力系统的电压动态调节特性。针对全电力船舶区域负载内线路电感引起的储能系统电压不稳定问题,提出了一种全电力船舶区域负载储能系统输出电压虚拟负电感控制策略,通过下垂控制方法向储能系统的端口阻抗特性中引入了一个虚拟的负电感,抵消了输电线路中实际存在的物理电感,提升了全电力船舶区域负载内的储能系统输出电压的稳定控制裕度。最后,开展了全电力船舶中压直流电力系统稳定性控制策略有效性的仿真验证研究,设计了全电力船舶中压直流电力系统稳定性控制策略仿真验证方案,基于APPSIM实时仿真系统构建了全电力船舶中压直流电力系统控制策略的仿真验证平台,并开展了全电力船舶中压直流电力系统多工况条件下的系统稳定性控制策略有效性仿真验证研究。所得的全电力船舶中压直流电力系统稳定性控制策略的仿真验证结果表明,在所提的系统稳定性控制策略作用下,全电力船舶中压直流电力系统可以在多种工况条件下维持稳定运行,所提的系统稳定性控制策略达到了预期的控制效果,进而验证了所提的全电力船舶中压直流电力系统稳定性控制策略的有效性。

关键词：全电力船舶;电力系统;稳定性控制;下垂控制;干扰估计补偿控制;虚拟负电感控制

学科专业：控制科学与工程

摘要

ABSTRACT

博士学位论文创新成果自评表

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 全电力船舶的发展概况

1.2.1 国外发展概况

1.2.2 国内发展概况

1.3 全电力船舶中压直流电力系统稳定性控制技术研究现状

1.3.1 全电力船舶中压直流电力系统稳定性分析方法研究现状

1.3.2 全电力船舶中压直流电力系统稳定性控制方法研究现状

1.4 当前存在的问题

1.4.1 全电力船舶中压直流电力系统的稳定性问题

1.4.2 全电力船舶中压直流电力系统的稳定性分析方法问题

1.4.3 全电力船舶中压直流电力系统的稳定性控制方法问题

1.5 本文主要研究内容

第2章 全电力船舶中压直流电力系统数学建模研究

2.1 引言

2.2 全电力船舶中压直流电力系统的结构及组成

2.3 全电力船舶中压直流电力系统数学模型

2.3.1 燃气轮机及其调速系统数学模型

2.3.2 发电系统数学模型

2.3.3 推进系统数学模型

2.3.4 区域负载系统数学模型

2.3.5 配电系统数学模型

2.4 本章小结

第3章 全电力船舶中压直流电力系统稳定性分析方法研究

3.1 引言

3.2 全电力船舶中压直流电力系统的阻抗稳定性判据

3.2.1 系统的电压端与电流端

3.2.2 Nyquist阻抗稳定性判据

3.3 全电力船舶中压直流电力系统的端口阻抗特性

3.3.1 基于系统数学模型的端口阻抗特性提取方法

3.3.2 传统下垂控制作用下的发电系统端口阻抗特性

3.3.3 直接转矩控制作用下的推进系统端口阻抗特性

3.4 全电力船舶中压直流电力系统稳定性分析方法有效性的仿真验证

3.4.1 直流母线电容参数摄动条件下的系统端口阻抗特性提取结果

3.4.2 直流母线电容参数摄动条件下的系统阻抗稳定性分析

3.4.3 直流母线电容参数摄动条件下的系统动态特性仿真验证结果

3.5 本章小结

第4章 全电力船舶中压直流电力系统稳定性控制策略研究

4.1 引言

4.2 全电力船舶主发电系统输出电压改进Ⅴ-Ⅰ下垂控制策略研究

4.2.1 全电力船舶主发电系统输出电压改进Ⅴ-Ⅰ下垂控制策略基本原理

4.2.2 全电力船舶主发电系统输出电压改进Ⅴ-Ⅰ下垂控制策略参数设计

4.2.3 全电力船舶主发电系统输出电压动态特性的对比仿真验证研究

4.3 全电力船舶辅发电系统输出电压干扰估计前馈补偿控制策略研究

4.3.1 全电力船舶辅发电系统输出电压的电压-电流双闭环控制策略

4.3.2 全电力船舶辅发电系统输出电压的干扰估计前馈补偿控制策略

4.3.3 全电力船舶辅发电系统输出电压动态特性的对比仿真验证研究

4.4 全电力船舶区域负载储能系统输出电压虚拟负电感控制策略研究

4.4.1 全电力船舶区域负载内线路电感引起的储能系统输出电压不稳定问题

4.4.2 全电力船舶区域负载储能系统输出电压虚拟负电感控制策略

4.4.3 全电力船舶区域负载储能系统输出电压虚拟负电感控制策略稳定性分析

4.4.4 全电力船舶区域负载储能系统输出电压动态特性的对比仿真验证研究

4.5 本章小结

第5章 全电力船舶中压直流电力系统稳定性控制仿真验证研究

5.1 引言

5.2 全电力船舶中压直流电力系统稳定性控制策略仿真验证方案设计

5.3 全电力船舶主发电系统改进Ⅴ-Ⅰ下垂控制仿真验证结果

5.3.1 启动工况下的主发电系统改进Ⅴ-Ⅰ下垂控制仿真验证结果

5.3.2 正航工况下的主发电系统改进Ⅴ-Ⅰ下垂控制仿真验证结果

5.3.3 急停工况下的主发电系统改进Ⅴ-Ⅰ下垂控制仿真验证结果

5.3.4 倒车工况下的主发电系统改进Ⅴ-Ⅰ下垂控制仿真验证结果

5.4 全电力船舶辅发电系统干扰估计前馈补偿控制仿真验证结果

5.4.1 启动工况下的辅发电系统干扰估计前馈补偿控制仿真验证结果

5.4.2 正航工况下的辅发电系统干扰估计前馈补偿控制仿真验证结果

5.4.3 急停工况下的辅发电系统干扰估计前馈补偿控制仿真验证结果

5.4.4 脉冲负载条件下的辅发电系统干扰估计前馈补偿控制仿真验证结果

5.5 全电力船舶区域负载储能系统虚拟负电感控制仿真验证结果

5.6 本章小结

结论

参考文献

致谢