电气化公路技术研究

交通是能源消纳的重要领域，其对社会能源结构的调整和节能减排具有重要的影响和带动作用。在陆路交通方面，轨道交通和小型客运车辆的电气化发展方向相对清晰，而公路货运尚无明确的技术路线。为充分利用清洁能源，减少化石能源在交通领域中的使用，发展并推广电气化公路技术，对重载卡车的蓄电池、燃料电池、混合动力3种电气化方案进行对比分析，结合卡车负载的特点，对不同电气化方案进行评估。研究融合新能源发电及并网、混合动力技术、智能驾驶技术的电气化公路技术，从车辆动力技术、供电线路、受电弓与计费、新能源并网、编组智能驾驶运行5个方面对电气化公路方案进行介绍，可以实现公路货运系统的绿色、安全、高效运行。以10公里线路电气化为例，进行规划和成本估算，构建单车和区域（或路段）电气化的运营成本计算模型，基于燃油消耗和阻力分析2种方法进行计算。对车辆购置及改装、基础设施建设、可再生能源发电、系统环保效益等4个方面进行技术分析与成本测算。从供能技术变革、商业模式和推广路线3个角度对电气化公路技术的未来推广进行论证展望。研究结果表明：电气化公路技术的应用与规模化能够带来巨大的经济与环境收益，其中的混合动力方案与架空线输电方案为面对未来可能的储能技术变革与无线输电普及打下重要的基础，提供了拓展空间，也是重载货车实现智能驾驶的重要步骤；与燃油驱动相比，电驱动百公里成本减少96元，单一重卡年运营成本减少18.8万元，百公里污染物（如：碳氧化物、氮氧化物等）均减少50%以上。     

一种适用于舰船综合电力推进系统的对称混合五电平拓扑及其控制策略

为了满足舰船中压直流综合电力推进系统对中压大容量推进变频器的需求,本文提出了一种适用于多相开绕组电机的对称混合五电平拓扑,每一相电路均由一个高频DC/DC单元和一个高压H桥单元组成。介绍了其工作原理和调制方法,针对其母线中点电压平衡问题,提出了一种微调PWM脉冲占空比的中点电压平衡控制方法。仿真结果表明该拓扑及其控制方法正确、有效。     

十二相不控整流发电机并联运行的建模与仿真

多相整流发电机因其直流供电品质高、可靠性高,在船舶电力推进中得到了越来越多的应用,整流发电机的并联运行对于提高船舶电力系统的容量和安全性具有重要意义。推导了十二相同步发电机的数学模型,在MATLAB/Simulink中建立了两台带不控整流的十二相同步发电机并联运行的仿真模型。探讨了两台并联运行发电机间功率分配的控制策略,设计了电压—电流下垂特性曲线和曲线截距的自动补偿,并将其应用到励磁控制系统中。通过仿真实验,验证了该控制系统的有效性。     

公路货运能耗及低碳化发展路径研究

能源与环境是当今世界各国共同关心的问题,交通运输业是能源消耗与污染排放的重要领域,发展新能源汽车是缓解能源危机、减少污染物排放的重要举措。近几年在国家政策的支持鼓励下,我国新能源汽车产业发展迅速,尤其是在乘用车领域,已有大量优秀的企业和产品,发展方向相对清晰,但其商用车领域尤其是公路货运的技术路线尚不明确。我国重型货车保有量约占汽车保有量的6.6%,但碳排放量占到50%以上,氮氧化物和颗粒物的排放量分别占到75%和50%以上,重型货车是节能减排的关键车型。分别分析实现重型货车电气化的3种可能方案——换电方案、氢燃料电池方案和电气化公路方案,可发现3种方案具有不同的特点,适用于不同的场景,3种方案在目前阶段也存在着各自的技术瓶颈。氢燃料电池方案在长途货运中有良好的应用前景,换电方案在线路不固定的短途货运中更具优势,电气化公路方案在线路固定的中短途运输中优于换电方案。     

十五相感应电机带螺旋桨负载的矢量控制仿真研究

推导了十五相电机的数学模型,并建立了其仿真模型。分析了螺旋桨非线性负载特性,建立了螺旋桨的数值仿真模型。进行了十五维广义派克变换的推导并研究了变换矩阵的物理意义,在此基础上设计了十五相电机转子磁场定向矢量控制策略。通过MATLAB/Simulink中的仿真实验,验证了多相电机模型和螺旋桨模型的合理性,也验证了多相电机矢量控制策略的有效性。     

10kV中压直流电力推进变频器拓扑与控制策略

为了满足10 kV舰船中压直流综合电力推进系统对于高效率、高功率密度中压推进变频器的需求,本文分析了现有多电平拓扑的特性与适应性,提出了两种适用于开绕组多相电机的10kV推进变频器拓扑结构:五电平有源中点箝位(ANPC)/H桥拓扑以及对称混合九电平拓扑。两种拓扑结构使用的悬浮电容和开关器件数量完全相等。本文分析了这两种拓扑的工作原理和调制策略,分别建立了开关函数模型,并得出了母线中点电压和悬浮电容电压在理想情况下均可保持自平衡的结论。分别搭建了这两种拓扑的小功率样机并进行了实验验证。