MMC在船舶中压直流电力系统中的应用

在船舶中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统中,为解决功率为36 MW的发电机电压的整流问题,建立适用于船舶MVDC电力系统的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)模型。在空间矢量控制方法的基础上,加入桥臂电压控制。在直流电压为5kV及负载不同的情况下,应用MATLAB/Simulink对该模型进行仿真,验证模型和控制方法的有效性。基于此,研究该模型在不同直流电压(5~30 kV)等级下的性能表现。仿真结果表明:在36MW/5 kV的额定工况下MMC存在效率低的问题;直流电压等级对MMC输出直流电压的纹波影响不大,但对MMC的效率有明显的影响。     

基于DAB变换器的舰船中压直流混合储能系统端电压限制

为解决脉冲负载投切对舰船中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统的冲击,引入基于双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的锂电池-超级电容混合储能系统。鉴于传统功率分配策略无法实现对超级电容端电压的主动限制的缺点,引入混合储能系统功率比的概念,建立锂电池功率传输与超级电容功率传输之间的联系;结合DAB变换器电压变比匹配度,提出一种新型动态补偿功率分配策略;采用直接功率控制在MATLAB/Simulink中进行仿真。结果表明,这种策略能有效平复脉冲负载投切对直流母线的冲击,实现闭环功率分配,对超级电容端电压进行主动限制,从而新型动态补偿功率分配策略的有效性得到验证。     

超级电容储能在船舶中压直流系统能量管理中的应用

为使大功率脉冲负载能够安全地接入船舶中压直流系统,平滑需求脉冲功率,减小脉冲负载造成的母线电压巨幅振荡,提高能量利用率,在对双有源全桥变换器进行输入并联输出串联（Input Parallel Output Series, IPOS）模块化设计的基础上,针对船舶中压直流系统脉冲负载,建立超级电容储能系统.为防止超级电容出现过度充电及过度放电的现象,最大限度地利用其容量,提出最小值功率控制策略.应用MATLAB/Simulink对超级电容正常工作、过度充电和过度放电3种情况进行仿真.仿真结果表明：最小值功率控制策略能够明显减小大功率脉冲负载造成的母线电压巨幅振荡,对超级电容端电压最大值及最小值实现精确限制.     

中压混合型模块化多电平变换器的载波移相调制策略

由于半桥子模块与全桥子模块的载波移相调制策略不同,两者混合而成的模块化多电平变换器(modular multilevel converter, MMC)不能直接沿用原来的调制策略;在船舶中压直流电力系统中,由于变换器模块数较少,交流输出电压的波形质量相对较差。基于上述原因,通过载波相位角的合理配置,提出一种改进型载波移相调制策略。该策略不仅能够增加交流输出电压的电平数,而且不局限于某种特定的拓扑结构。通过仿真验证其有效性和通用性,验证结果显示它是一种适用于中压混合型MMC的通用调制策略。     

基于改进NLM的模块化多电平变换器在船舶岸电系统中的应用

随着船舶功率需求的不断增加,船舶岸电系统也从低压岸电系统向高压岸电系统发展,基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter, MMC)设计6.6 kV/60 Hz的船舶高压岸电系统。针对传统最近电平逼近调制(nearest level modulation, NLM)策略下MMC输出电压质量低、环流谐波含量大及船舶岸电系统稳定性差的问题,提出采用改进NLM策略、无差拍环流抑制策略和虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制技术相结合的新型控制方法。对所设计的MMC-VSG船舶岸电系统模型和控制方法进行仿真。仿真结果表明,所提出的控制方法能有效提高船舶岸电系统的电能质量,且系统稳态性能和动态性能良好,可为船舶高压岸电系统的设计提供一定的参考。     

基于MMC的虚拟同步发电机技术在船舶与岸电无缝并网中的应用

鉴于船舶与岸电在并网时存在较大冲击电流,以及模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)控制的岸电离网运行时对突发状况响应速度较慢的问题,采用改进的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)技术结合模型预测控制(model predictive control, MPC)算法,对岸电电源输出电流、环流、子模块电容电压进行分层预测控制,实现船舶与岸电的无缝并网。采用MATLAB/Simulink建立MMC VSG并网仿真模型,模拟船舶与岸电并网及突加负载等工况。对所提出的控制策略和算法的有效性进行验证,结果表明,利用所提出的控制策略能实现VSG离网与并网的无缝切换;与经典控制方法相比,所提出的控制策略的动态响应速度提升了5倍。     

一种适合船舶中压直流电力系统的MMC并联结构

鉴于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)桥臂额定电流难以满足船舶中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统逐渐增大的功率传输需求,设计一种适用于船舶MVDC大功率电力系统的MMC并联结构。应用MATLAB/Simulink,分别在MMC并联结构和MMC基本结构下,建立MMC-MVDC电力系统仿真模型。仿真结果表明,在传输同样大的功率时,采用MMC并联结构的桥臂电流明显比采用MMC基本结构的桥臂电流小,能克服MMC子模块中IGBT元件额定电流较小的障碍。