船舶光伏逆变器电压矢量定向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，具体涉及一种船舶光伏逆变器电压矢量定向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，需要研宄将效率高、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，而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。
[0003]相对于陆地电网，船舶电力系统的容量较小，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在启动过程中，影响同步发电机的励磁控制系统及原动机转速控制系统的工作状态，从而造成船舶电网电压和频率波动，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。同时，发电机除提供船舶负载有功功率外，还需提供其所需的无功部分，故降低了发电机有功功率的输出，发电机的利用率不高。
[0004]若直接把陆电电网中分布式并网逆变器控制方法应用于船舶电网，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、风能发电对天气的依赖性较强，供电可靠性不高 '②太阳能与风能这两种新能源的发电量不固定，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；③负载变化范围大，船舶电网的电压与频率波动及发电机的无功功率损耗等固有问题无法得到根本性解决，且逆变器的加入可能会进一步恶化船舶电网的电能质量。
[0005]因此，寻求一种适用于船舶电网特性的光伏逆变器控制方法，对于有效提高逆变器供电电流质量、改善电网电能质量、提高船舶发电机组利用率将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船舶光伏逆变器电压矢量定向的电流随动控制方法，该方法应用于船舶多能源电力系统应用场合中，适应性更强、综合特性更优越。
[0007]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种船舶光伏逆变器电压矢量定向的电流随动控制方法，该方法应用于船舶的太阳能与发电机双电源供电，即将逆变器与发电机并联运行，为船舶负载提供电能，将发电机输出电流设定为额定输出电压时最大效率点处对应值，且与输出电压同相位，负载电流与所设定的发电机电流相减后，作为逆变器输出电流的基准，通过电流闭环控制实现输出电流的稳定与快速动态响应，进而实现发电机输出电流为所设定的电流值。
[0008]在本发明一实施例中，所述方法的具体实现过程如下，
51:设ABC为船舶电网三相静止坐标系，α β为两相静止坐标系，dq为两相旋转坐标系，且q轴超前d轴90° ;
52:在步骤SI获得的dq两相旋转坐标系下，通过对船舶电网电压锁相使得发电机输出电流预设值//与洞相位，将dq两相旋转坐标系的d轴设定为与船舶电网电压佚量同步旋转，使得//同样与d轴同步旋转，故C在q轴上的直流分量^为零；
53:船舶电网电压礙船舶交流负载产生的负载电流Tl经dq变换后，其d轴、q轴的直流分量iu、I分别与步骤S2获得的J/的d轴、q轴直流分量ied、ie(1相减后，得到逆变器基准电流在d轴、q轴直流分量iQ/、i0；;
54:在步骤S3获得的逆变器基准电流在d轴、q轴直流分量4；、4；分别与逆变器输出电流A的d轴、q轴直流分量iM、相减后，经PI调节器，分别生成d轴、q轴的基准电压信号《/、<，再将dq两相旋转坐标系下的流分量变换到α β静止坐标系下α轴、β轴的直流分量U:、?/，通过SVPWM后，生成逆变器功率器件开关信号Sx (χ=Α、Β或C)，且有Sx=I时，逆变器上桥臂开关器件化导通、下桥臂开关器件&截止，^x=O时，上桥臂开关器件化截止、下桥臂开关器件么导通；
55:通过步骤S4获得的Α、B、C三相开关信号Sk' &、各，对逆变器功率器件开关状态的控制来实现对光伏逆变器输出电流的控制。
[0009]在本发明一实施例中，所述逆变器为光伏逆变器，所述发电机为柴油发电机。
[0010]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:本发明方法，既能够将新能源产生的直流电压变换成与船舶电网电压相匹配且稳定的优质正弦交流电流，同时还可以提高船舶电网电能质量与发电机利用率，具有双向功率流、控制结构简单、输出电流纹波小、负载适应能力强、动态响应快、应用前景广泛等优点；本发明方法应用于船舶多能源电力系统应用场合中，适应性更强、综合特性更优越。
【附图说明】
[0011]图1是本发明船舶电网侧连接图。
[0012]图2是本发明原理波形图。
[0013]图3是本发明控制方法实现原理框图。
[0014]图4是控制器的参考坐标系。
[0015]图5是本发明控制系统示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0017]本发明一种船舶光伏逆变器电压矢量定向的电流随动控制方法，该方法应用于船舶的太阳能与发电机双电源供电，即将逆变器与发电机并联运行，为船舶负载提供电能，通过锁相环、电流误差控制器并通过电压矢量定向与坐标系变换的方法实现，将发电机输出电流预设为额定输出电压时最大效率点处对应值，且与输出电压同相位，负载电流与所发电机预设电流相减后，作为逆变器输出电流的基准，通过电流闭环控制实现输出电流的稳定与快速动态响应，进而实现发电机实际输出电流即为电流预设值。
[0018]本发明船舶光伏逆变器基于电压矢量定向的电流随动控制方法，其基本思路是:通过对逆变器功率开关占空比的控制实现对并网电流的动态调节，保证逆变器输出等效阻抗与船舶负载阻抗之和具有不变的电阻特性，使发电机持续工作在最大效率点处，且不存在无功损耗。这种控制策略的实质是利用并网逆变器来动态补偿船舶负载对电网的影响，使得发电机对负载变化不敏感，从而大大降低负载对船舶电网电能质量的影响，间接实现供电质量的提高。对于逆变器输出与新能源发电二者功率不一致问题，可通过在并网逆变器前端并接大电容和船舶电池来解决。
[0019]采用本发明控制方法使得逆变器在实现太阳能与发电机并联运行的同时，提高船舶电网