第1章绪论

为了解决好环境保护和有限资源这两大问题，越来越多的国家及地区重视新能源发电技术的开发。目前新能源在发电领域已经取得了可喜的成果，其中风力发电和太阳能光伏发电最为突出[4]。太阳能是所有化石能源及多种可再生能源之源，被认为是最理想的可再生清洁能源。近几年，太阳能供电领域已由起初的偏远、不发达地区及特殊应用场所，发展到并入大电网，其角色逐渐地由补充能源转变为替代能源[5]。在国外，2007年当时最大的太阳能发电站在葡萄牙正式运转，可满足8000个家庭的用电需要。韩国也建成了亚洲最大的太阳能发电站，功率达到2.2MW。在中国，北京、深圳先后建成了多个大功率光伏发电及并网系统[6]。风能在可再生能源中的开发前景最为人们看好。近几年，世界风力发电装机容量每年正以40%的速度增长,预计2020年将达到、甚至超过1.8亿-4.7亿kW。

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第2章船舶并网逆变器拓扑及数学模型

2.1船舶并网逆变器拓扑结构

逆变器主电路的拓扑结构要依据其将要使用的场合、工作条件、功率级别等来选择。并网逆变器通常位于交流母线与直流母线之间，直流侧的电压由各DC-DC装置、蓄电池以及能量管理系统维持恒定。因而船舶并网逆变器只需确保其交流侧满足并网条件，不必再控制其直流侧的电压，由此，可以选择逆变器结构为单级型。由于船舶的特殊工作环境，其大电网采用三相三线制接法，因此船舶并网逆变器作为大功率并网设备，必须也要满足船舶电网的线制要求。鉴于船舶对逆变器器件成本、体积及控制复杂程度的要求，选定元器件个数少、拓扑结构简单的三相全桥拓扑形式，如图2.1所示。

2.2 LCL滤波的逆变器的数学模型

为了分析及控制方便，利用坐标变换，将各相变量从三相对称静止坐标系变换到两相静止坐标系下。三相对称静止坐标系与两相静止坐标系的空间位置关系如图2.6所示，在同一坐标平面内a、b、c各坐标轴间依次相差120°,两相静止坐标系的a轴与三相静止坐标系的a轴重叠且正方向相同，两相静止坐标系的P轴超前a轴90°。本章首先分析了逆变器及滤波器不同拓扑结构的优缺点，其次结合船舶电力系统的特点选择了含有LCL滤波器的三相全桥拓扑结构，而后建立了其在两相静止坐标系下的数学模型，为后续并网逆变器的控制策略分析及研究提供了基础。

第3章船舶并网逆变器电流控制方法研究...... 18

3.1 LCL滤波器的谐振问题及传统抑制方法.............. 18

第4章船舶并网逆变器并网控制方法研究............ 29

4.1船舶电网稳态下逆变器并网控制方法. ..............29

4.2船舶电网电压骤降下逆变器并网控制方法 .........31

4.3船舶并网逆变器的锁相环设计 ............32

第5章仿真模型的建立与分析 .........38

5.1船舶并网逆变器仿真模型的建立............ 38

第5章仿真模型的建立与分析

5.1船舶并网逆变器仿真模型的建立

信号检测模块要检测的信号有电网电压、逆变器侧滤波电感电压、网侧滤波电感电流及电网电压相位，如图5.2所示。Multimeter检测逆变器侧滤波电感电压及网侧滤波电感电流。Three-Phase V Measurement检测电源线电压信号，经过CLARK变换后送入锁相环中。锁相环模块如图5.3所示。输入信号是两相静止坐标系下的电网电压信号，经过双二阶广义积分器后得到正序的基波信号，而后经过传统的基于同步旋转坐标系的锁相模块，分别得到电网电压相角、电网电压在同步旋转坐标系下d轴分量、电网电压峰值及两相静止坐标系下正序的电网电压正交信号。并网控制模块如图5.5所示。按序号顺序，并网控制模块的输入信号依次为有功功率给定值、无功功率给定值、电网电压在两相同步旋转坐标系下d轴分量及电网电压峰值。输出信号为两相静止坐标系下电流给定值。

5.2仿真结果与分析

图5.6给出了船舶电网电压为理想情况下的网侧单相滤波电感电流波形，当没有采用逆变器侧滤波电感电压前馈方案时，LCL滤波器的谐振问题使得输出电流波形难以稳定，在谐振频率处谐波成分很大（谐波次数约为29次）。图5.7和图5.8分别给出了电网电压理想情况下，增加逆变器侧电网电压前馈后的电压电流波形和电流频谱分析，可以看到，逆变器在网侧输出的电流的相位与电网电压同相，可以实现高功率因数并网，且输出电流的THD为2.41%。图5.9给出了电网电压畸变时，电网电压前馈后的网侧滤波电感电流波形及其频谱。可以看到，与图5.8相比，采用电网电压前馈前的电流THD为2.41%，采用电网电压前馈后的电流THD为1.84%，电网电压前馈效果明显。图5.10为釆用比例谐振和准比例谐振两种电流控制器对电流跟踪控制的效果比较，从图中可以看出：釆用比例谐振控制时当输入信号频率为49.5Hz时，系统存在误差；而釆用准比例谐振控制时，跟踪效果较好。

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总结与展望

在传统化石能源日渐枯竭、大气污染以及温室效应等气候问题日益严重的背景下，船舶应用可再生的清洁能源、实现并网发电，成为船舶发展的新方向。而新能源的并网发电离不开并网逆变器，可是现在在船舶上的应用还较少，因此研宄应用于船舶的并网逆变器显得尤为重要。针对船舶电力系统容量有限、电压及频率不稳定等特点.本文主要研究并设计了船舶并网逆变器控制策略，完成了以下几个方面的工作：(1)首先分析了逆变器及滤波器不同拓扑结构的优缺点，然后结合船舶电力系统的特点选择了含有LCL滤波器的三相全桥拓扑结构。根据选定的并网逆变器拓扑结构，构建了其在两相静止坐标系下的数学模型。(2)在并网逆变器数学模型的基础上，阐述了LCL滤波器的谐振问题，分析并比较了几种抑制谐振方法。在不影响滤波效果的前提下，采取逆变器侧电感电压前馈的方案，将LCL滤波器的三阶系统降为一阶系统，简化了电流控制方法。并在此基础上，应用电网电压前馈方法，增强了系统对电网电压畸变的抗扰性能；在对比分析了不同电流控制器的基础上，选择了多谐振控制器，改善了系统对电网频率波动的抗扰性能，提高了对低频谐波的抑制效果。

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参考文献（略）