船舶轴带发电机逆变器并联运行控制策略研究

论文摘要

在船舶运行成本中,燃料消耗费用占到了50%～60%,如何减少船舶燃料消耗,降低船舶营运成本,已成为当今航运企业面对的主要问题之一。由于轴带发电机采用主机驱动,具有降低燃料消耗,减少辅机维护和保养费用,改善机舱环境等优点,而且完全能满足船舶正常航行的电力需求。因此,轴带发电机作为船舶节能的主要装置,在船舶上得到越来越广泛应用。在安装多台轴带发电机的船舶上,轴带发电机并联运行,为船舶设备提供电能。轴带发电机一般采用整流—逆变的方式获得恒压恒频的电能,这样轴带发电机的并联,也就主要指轴带发电机逆变器的并联。并联运行时,要求轴带发电机逆变器输出的幅值、频率、相位保持一致,否则将出现较大环流。抑制逆变器并联出现的环流,对船舶轴带发电机正常工作有重要影响,这也是当今逆变器并联技术所面对的主要困难。这种研究不仅可以应用于轴带发电机逆变器并联,同时对于风能、太阳能、潮汐能等可再生资源发电的问题也具有广泛应用意义。本文针对并联环流抑制的问题,首先研究了单台逆变器电压电流双闭环控制方式,使得单台逆变器输出波形动态响应快,稳态精度高;其次分析环流产生的原因,在多种并联控制策略中,根据课题研究的实际情况,重点分析了基于有功功率和无功功率控制的并联策略,通过仿真验证这种并联控制策略对减小环流有明显效果;最后采用TI公司TMS320LF2407A型DSP为数字控制芯片,通过调节输出基准正弦波幅值、相位实现有功功率和无功功率控制的并联策略。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 轴带发电机
• 1.2.1 轴带发电机介绍
• 1.2.2 轴带发电机优点
• 1.2.3 轴带发电机类型
• 1.2.4 定桨距晶闸管轴带发电机
• 1.2.5 基于SPWM轴带发电机系统
• 1.3 逆变器数字控制技术介绍
• 1.4 仿真软件MATLAB介绍
• 1.5 研究内容
• 第2章 逆变技术
• 2.1 现代逆变技术简介
• 2.2 逆变分类
• 2.3 逆变意义
• 2.4 逆变器主要电路形式
• 2.4.1 单相半桥逆变电路
• 2.4.2 单相全桥逆变电路
• 2.5 正弦脉宽调制技术（SPWM）
• 2.6 逆变器模型结构选择
• 2.6.1 逆变器主电路结构选择
• 2.6.2 逆变器控制方式选择
• 2.7 电压电流双闭环控制逆变器模型分析
• 2.7.1 双闭环传递函数
• 2.7.2 稳定性分析
• 2.7.3 输出滤波器参数设计
• 2.7.4 电流电压双闭环控制器参数设计
• 2.7.5 电压电流双闭环控制器仿真
• 第3章 逆变并联技术
• 3.1 逆变并联技术发展
• 3.2 并联逆变器之间的环流
• 3.3 输出滤波器对环流的影响
• 3.4 逆变器并联方法介绍
• 3.4.1 集中控制方案
• 3.4.2 主从控制方案
• 3.4.3 分布式控制方法
• 3.4.4 无互联线控制方式
• 3.5 基于有功功率和无功功率控制的逆变器并联策略
• 3.5.1 传统的基于有功功率和无功功率控制的逆变器并联策略
• 3.5.2 改进的基于有功功率和无功功率控制变器并联策略
• 3.6 有功功率和无功功率控制并联策略的MATLAB仿真
• 第4章 逆变器并联系统的实现
• 4.1 系统功能图
• 4.2 DSP硬件平台构成
• 4.3 功率检测与计算
• 4.4 调节同步信号的控制
• 4.5 基准正弦波调节
• 4.5.1 基准正弦波的生成
• 4.5.2 基准正弦波的幅值调节
• 4.5.3 基准正弦波的相位调节
• 4.6 DSP之间通讯
• 4.6.1 CAN通讯协议介绍
• 4.6.2 CAN通讯在并联系统中应用
• 4.7 程序实现
• 4.7.1 系统模块初始化
• 4.7.2 信号采集程序与功率计算
• 4.7.3 产生正弦波信号程序
• 4.8 DSP控制电路实物图
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历