船舶光伏并网发电系统运行特性研究

【摘要】：太阳能是地球上资源较为丰富的可再生能源，分布广泛、取之不尽且无污染绿色环保的特点使之成为现今存在的化石能源的最佳替代品。太阳能发电技术在船舶上应用的想法在国际上很早就被提出，但在以柴油机、燃气轮机、蒸汽轮机为主机的大中型船舶中的应用却很少。但随着科技进步，太阳能电池成本的降低和效率的提高，太阳能船舶将具有很好的发展前景，也是未来绿色船舶的研究热点之一，因此对太阳能船舶的研究是当今世界一个重要的课题。 太阳能光伏发电系统分为独立（离网）光伏发电系统和并网光伏发电系统两种，光伏并网发电系统与船舶电力系统相结合进行并网运行时能够提高能源利用率及船舶电网可靠性，本文主要研究船舶并网光伏并网发电系统。依托工信部高技术船舶科研项目“太阳能在大型运输船舶上应用的前期研究”，并针对“中远腾飞”船舶平台及船舶电力系统的具体特点，本文搭建了一套基于Matlab/Simulink的船舶太阳能光伏并网系统仿真模型，进行了船舶典型工况和故障的仿真实验，为太阳能光伏系统在船舶上的具体应用以及可行性提供一定的设计依据，主要做了以下几方面工作： 首先，根据太阳能光伏电池的发电原理，构建了太阳能光伏电池的仿真模型；分析MPPT原理，利用扰动观察法和Boost变换电路对太阳能光伏电池的最大功率点跟踪进行了仿真分析。其次，对光伏并网逆变器的多种控制策略做了比较分析，采用了三角波比较控制方式作为并网逆变器的控制策略，并使用SPWM调制方式。在此基础之上，构建了光伏并网控制策略模型，并仿真分析了系统的光伏并网控制策略。再次，参考船舶电力系统的具体特点，分别对船舶电力系统中原动机及调速器系统、同步发电机及励磁系统以及船舶负载建立了相应的模型。参考具体参数，仿真分析了船舶电力系统在运行过程中的特性。最后，结合所建立的光伏发电系统和船舶电力系统模型，建立一套船舶光伏并网发电系统的模型，仿真分析船舶光伏并网发电系统船舶负载的突加、突卸和单三相故障等对船舶光伏并网发电系统暂态电能质量的影响，仿真结果表明所建立的模型能够模拟船舶光伏并网发电系统的运行过程，真实反映实船的典型工况和故障，保证船舶电力系统的稳定运行。 【关键词】：光伏并网 最大功率跟踪 船舶电力系统 并网仿真 暂态电能质量
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U665.12
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 研究背景及意义9
• 1.2 国内外太阳能光伏发电技术的发展现状9-10
• 1.3 国内外太阳能船舶的现状与发展前景10-12
• 1.4 论文研究内容12-14
• 第2章 船舶光伏并网发电理论研究14-24
• 2.1 太阳能光伏发电系统简介14-16
• 2.1.1 太阳能光伏发电系统的组成14-15
• 2.1.2 太阳能光伏发电系统的类型15-16
• 2.2 太阳能光伏电池理论研究16-18
• 2.2.1 太阳能光伏电池发电原理16-17
• 2.2.2 太阳能光伏电池基本特性17-18
• 2.3 太阳能光伏逆变器理论研究18-22
• 2.3.1 并网逆变器的电路原理18-20
• 2.3.2 最大功率点跟踪控制20-22
• 2.4 船舶光伏并网稳定性22-24
• 第3章 光伏发电系统建模仿真24-43
• 3.1 光伏电池建模24-27
• 3.1.1 光伏电池数学模型24-25
• 3.1.2 光伏电池仿真研究25-27
• 3.2 MPPT 仿真研究27-34
• 3.2.1 扰动观察法28-29
• 3.2.2 Boost 变换电路29-31
• 3.2.3 MPPT 仿真31-34
• 3.3 光伏逆变器并网控制策略仿真研究34-39
• 3.3.1 SPWM 调制方式34-36
• 3.3.2 光伏并网控制策略建模36-39
• 3.4 仿真算例分析39-43
• 第4章 船舶电力系统建模仿真43-62
• 4.1 船舶电力系统概述43-45
• 4.1.1 船舶电力系统的组成及特点43-44
• 4.1.2 船舶电力系统建模思路44-45
• 4.2 原动机及调速器系统建模45-48
• 4.2.1 原动机数学模型45-46
• 4.2.2 调速器系统数学模型46-47
• 4.2.3 原动机及调速器系统仿真模型47-48
• 4.3 同步发电机及励磁系统建模48-55
• 4.3.1 同步发电机工作原理48-50
• 4.3.2 同步发电机的数学模型50-51
• 4.3.3 同步发电机转子运动方程51-52
• 4.3.4 同步发电机输出功率方程52-53
• 4.3.5 励磁系统数学模型53-55
• 4.3.6 同步发电机及励磁系统仿真模型55
• 4.4 船舶负载建模55-57
• 4.5 仿真算例分析57-62
• 第5章 船舶光伏并网系统暂态电能质量研究62-76
• 5.1 船舶光伏并网发电系统整体仿真模型62-64
• 5.2 船舶光伏并网系统暂态电能质量特性分析64-65
• 5.2.1 船舶电能质量简介64-65
• 5.2.2 船舶光伏并网系统的稳定性65
• 5.3 负载对船舶光伏并网系统暂态电能质量影响65-69
• 5.4 三相故障对船舶光伏并网系统暂态电能质量影响69-71
• 5.5 单相故障对船舶光伏并网系统暂态电能质量影响71-73
• 5.6 三相不平衡对船舶光伏并网系统暂态电能质量影响73-76
• 第6章 总结与展望76-78
• 6.1 总结76
• 6.2 展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-81

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