多能源船舶电力系统中逆变器的电流随动控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于船舶电力系统领域与电力电子变换技术领域，特别是一种多能源船舶 电力系统中逆变器的电流随动控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着传统化石能源的日益枯竭和环境污染问题的日益加剧，及船舶大型化、自动 化趋势的日趋显著和依靠电力驱动与控制的大功率船用设备比例不断提高，能源问题成为 制约船舶电力系统发展的瓶颈，需要研究将效率高、无环境污染、总量大、分布广的可再生 新能源逐步替代传统能源的绿色船舶技术。基于船舶海上航行特点，太阳能是最直接、最经 济和最有效的新能源，但存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件变化等缺陷。为了提高 船舶供电系统的稳定性与灵活性，将新能源与传统化石能源相结合所构成的船舶多能源电 力系统，可满足船舶能源大幅增长的需求，改善环境污染。
[0003] 相对于陆地电网，船舶电力系统通常采用S相S线制，电网容量较小，且与大电网 无公共连接点，大功率推进负荷、变频装置、非线性负荷较多，一些与船舶电力系统容量相 近的大容量用电设备巧日侧推器）在启动过程中，会造成船舶电网电压和频率波动，从而降 低电网电能质量。而电能质量的下降，不但会造成能耗的增加，还会降低电力系统的可靠性 和船舶运行的安全裕度，该些也是船舶电网与分布式微电网不同之处。从船舶电力系统角 度来看，船舶电网电压的稳定性是由同步发电机的励磁控制系统所决定，船舶电网频率的 稳定性是由原动机转速控制系统所决定。大的电压暂降会引起异步电动机定子绕组的温度 升高，从而加速绝缘老化，缩短电动机的使用寿命，严重时会烧坏电动机。同时，电压暂降会 导致输电线路输送功率的降低，易造成系统频率的不稳定。从船舶电网电能质量角度来看， 非线性负载造成的电网谐波与S相不平衡负载是影响船舶电网电能质量的两个重要原因， 它不仅依赖于发电装置所发电能的质量，而且依赖于电力负载的用电质量，传统的=相四 线电制、通过中线平衡各相不平衡性的方法难W适用于相S线电制为主的船舶电力系 统中。
[0004] 船舶光伏逆变器是实现将新能源并入船舶交流电网的关键，它作为能量传输的通 道，承担着电压电流转换、与船舶电网匹配等功能，实现可再生能源的利用、能源消耗与碳 排放量的降低。然而考虑到船舶铺设面积受限、光伏电池电能转化率不高的现状，用太阳能 做为船舶动力源还不够现实。若直接把陆电电网中分布式并网逆变技术应用于船舶电网， 最大限度地利用新能源发电，不足电量由发电机提供，将存在如下问题；①太阳能发电对天 气的依赖性较强，供电可靠性不高；②发电量的不固定使得发电机运行范围大、效率低，发 电机易造成更大的能量消耗；⑨负载变化较大，船舶电网电压与波动及发电机组无功功率 的损耗等船舶固有问题无法得到根本性改善，且逆变器的加入可能进一步恶化电网的电能 质量。显然，对于船舶光伏与柴电混合供电系统，研究具有电路结构简洁、功率密度高、变换 效率高、成本低、适用于船舶电网特性的逆变器，是船舶电力系统中将电力电子学逆变技术 和新能源联合供电技术相结合的前沿研究课题。
[0005] 因此，寻求一种适用于W太阳能、柴油发电机和储能系统组成的多能源船舶交流 电力系统且具有无功补偿、带不平衡性负载能力的多功能逆变器控制方法，对于提高太阳 能与发电机利用率，提高逆变器供电电流质量，改善电网电能质量均具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种多能源船舶电力系统中逆变器的电流随动控制方法， 该方法极好地化解船舶对设备体积重量的受限与船舶电网电能质量的亟待提高之间的矛 盾，并从根本上降低船舶电网电压与频率的波动、提高柴油发电机有功功率的输出。
[0007] 为实现上述目的，本发明的技术方案是；一种多能源船舶电力系统中逆变器的电 流随动控制方法，该方法应用于W太阳能、柴油发电机和储能系统组成的多能源船舶交流 电力系统，即将逆变器与柴油发电机并联连接，为船舶负载供电，逆变器工作在独立运行、 与柴油发电机并联运行两种模式，即；当逆变器独立运行时，控制船舶电网电压为恒压恒 频，此时逆变器等效为电压源；当逆变器与柴油发电机并联运行时，逆变器实现对船舶电网 无功功率补偿、带不平衡负载及提供负载谐波电流功能，柴油发电机=相功率平衡，逆变器 输出电压由柴油发电机输出电压决定，此时逆变器等效为电流源。
[0008] 在本发明一实施例中，当逆变器与柴油发电机并联运行时，所述逆变器实现对船 舶电网无功功率补偿是通过给定逆变器输出有功功率与无功功率的值来确定输出电流基 准值的方法实现。
[0009] 在本发明一实施例中，当逆变器与柴油发电机并联运行时，所述逆变器实现船舶 电网带不平衡负载的具体过程如下， 531 ;逆变器A、B、CS相电流分相控制，且每相电流控制相对独立； 532 ;通过与负载具有相同的功率差的方法，由式（1)确定逆变器有功功率基准 這、《、马与无功功率基准么、这、狂；
【主权项】
1. 一种多能源船舶电力系统中逆变器的电流随动控制方法，该方法应用于以太阳能、 柴油发电机和储能系统组成的多能源船舶交流电力系统，即将逆变器与柴油发电机并联连 接，为船舶负载供电，其特征在于：逆变器工作在独立运行、与柴油发电机并联运行两种模 式，即：当逆变器独立运行时，控制船舶电网电压为恒压恒频，此时逆变器等效为电压源； 当逆变器与柴油发电机并联运行时，逆变器实现对船舶电网无功功率补偿、带不平衡负载 及提供负载谐波电流功能，柴油发电机三相功率平衡，逆变器输出电压由柴油发电机输出 电压决定，此时逆变器等效为电流源。
2. 根据权利要求1所述的多能源船舶电力系统中逆变器的电流随动控制方法，其特征 在于：当逆变器与柴油发电机并联运行时，所述逆变器实现对船舶电网无功功率补偿是通 过给定逆变器输出有功功率与无功功率的值来确定输出电流基准值的方法实现。
3. 根据权利要求1所述的多能源船舶电力系统中逆变器的电流随动控制方法，其特征 在于：当逆变器与柴油发电机并联运行时，所述逆变器实现船舶电网带不平衡负载的具体 过程如下， 531 :逆变器A、B、C三相电流分相控制，且每相电流控制相对独立； 532 :通过与负载具有相同的功率差的方法，由式（1)确定逆变器有功功率基准 芍、<、芎与无功功率基准ei、疼、疼；
式中A、A、毛、/1(=/^+仏+/1。）分别为负载A、B、C三相功率及总功率，Unv为逆 变器给定有功与无功功率； 533 :由步骤S32获得的有功功率基准<、?、芎与无功功率基准名、以、迄，结合对 船舶电网电压锁相后获得电压的频率/与相位必信息，获得A、B、C三相基波电流基准^、 g、|〗，逆变器实现带不平衡负载能力。
4. 根据权利要求1所述的多能源船舶电力系统中逆变器的电流随动控制方法，其特征 在于：当逆变器与柴油发电机并联运行时，所述逆变器实现为船舶电网提供负载谐波电流 的具体过程如下， 541 :负载电流iu、心、心通过有源滤波后获得基波电流ifA、ifB、，将基波电流ifA、 4s、4再与负载电流Ab、Ac相减，即可获得谐波电流基准4\、4s、 542 :将步骤S41获得的谐波电流基准iM、iM、分别与步骤S33的基波电流基准€、 g相加，即可获得逆变器A、B、C三相电流的基准，从而实现了逆变器对船舶电网提供负 载谐波电流补偿功能。
5. 根据权利要求1所述的多能源船舶电力系统中逆变器的电流随动控制方法，其特征 在于：当逆变器与柴油发电机并联运行时，在三相功率不平衡负载条件下，发电机输出三相 平衡功率。
【专利摘要】本发明涉及一种多能源船舶电力系统中逆变器的电流随动控制方法。该方法应用于以太阳能、柴油发电机和储能系统组成的多能源船舶交流电力系统，即将逆变器与柴油发电机并联连接，为船舶负载供电，逆变器工作在独立运行、与柴油发电机并联运行两种模式，即：当逆变器独立运行时，控制船舶电网电压为恒压恒频，此时逆变器等效为电压源；当逆变器与柴油发电机并联运行时，逆变器实现对船舶电网无功功率补偿、带不平衡负载及提供负载谐波电流功能，柴油发电机三相功率平衡，逆变器输出电压由柴油发电机输出电压决定，此时逆变器等效为电流源。本发明方法将有源与无源逆变技术相结合，解决多能源船舶电力系统中逆变器逆变技术关键问题，提高供电质量。
【IPC分类】H02J3-38, H02J3-24
【公开号】CN104810855
【申请号】CN201510256793
【发明人】王国玲, 俞万能, 许顺孝, 廖卫强
【申请人】集美大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月20日