船舶光伏逆變器電壓矢量定向的電流隨動(dòng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于船舶電力系統(tǒng)領(lǐng)域與電力電子變換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種船舶光伏逆變器電壓矢量定向的電流隨動(dòng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭和環(huán)境污染問(wèn)題的日益加劇，及船舶大型化、自動(dòng)化趨勢(shì)的日趨顯著和依靠電力驅(qū)動(dòng)與控制的大功率船用設(shè)備比例不斷提高，能源問(wèn)題成為制約船舶電力系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸，需要研宄將效率高、無(wú)環(huán)境污染、總量大、分布廣的可再生新能源逐步替代傳統(tǒng)能源的綠色船舶技術(shù)?；诖昂Ｉ虾叫刑攸c(diǎn)，太陽(yáng)能是最直接、最經(jīng)濟(jì)和最有效的新能源，但存在電力供應(yīng)不穩(wěn)定、不連續(xù)、隨氣候條件變化等缺陷。為了提高船舶供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與靈活性，將新能源與傳統(tǒng)化石能源相結(jié)合所構(gòu)成的船舶多能源電力系統(tǒng)，可滿足船舶能源大幅增長(zhǎng)的需求，改善環(huán)境污染，而船舶光伏逆變器是實(shí)現(xiàn)將新能源并入船舶交流電網(wǎng)的關(guān)鍵。
[0003]相對(duì)于陸地電網(wǎng)，船舶電力系統(tǒng)的容量較小，大功率推進(jìn)負(fù)荷、變頻裝置、非線性負(fù)荷較多，一些與船舶電力系統(tǒng)容量相近的大容量用電設(shè)備在啟動(dòng)過(guò)程中，影響同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)及原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，從而造成船舶電網(wǎng)電壓和頻率波動(dòng)，降低電網(wǎng)電能質(zhì)量。而電能質(zhì)量的下降，不但會(huì)造成能耗的增加，還會(huì)降低電力系統(tǒng)的可靠性和船舶運(yùn)行的安全裕度。同時(shí)，發(fā)電機(jī)除提供船舶負(fù)載有功功率外，還需提供其所需的無(wú)功部分，故降低了發(fā)電機(jī)有功功率的輸出，發(fā)電機(jī)的利用率不高。
[0004]若直接把陸電電網(wǎng)中分布式并網(wǎng)逆變器控制方法應(yīng)用于船舶電網(wǎng)，最大限度地利用新能源發(fā)電，不足電量由發(fā)電機(jī)提供，將存在如下問(wèn)題:①太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電對(duì)天氣的依賴性較強(qiáng)，供電可靠性不高 '②太陽(yáng)能與風(fēng)能這兩種新能源的發(fā)電量不固定，使得發(fā)電機(jī)運(yùn)行范圍大、效率低，發(fā)電機(jī)易造成更大的能量消耗；③負(fù)載變化范圍大，船舶電網(wǎng)的電壓與頻率波動(dòng)及發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率損耗等固有問(wèn)題無(wú)法得到根本性解決，且逆變器的加入可能會(huì)進(jìn)一步惡化船舶電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
[0005]因此，尋求一種適用于船舶電網(wǎng)特性的光伏逆變器控制方法，對(duì)于有效提高逆變器供電電流質(zhì)量、改善電網(wǎng)電能質(zhì)量、提高船舶發(fā)電機(jī)組利用率將具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種船舶光伏逆變器電壓矢量定向的電流隨動(dòng)控制方法，該方法應(yīng)用于船舶多能源電力系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合中，適應(yīng)性更強(qiáng)、綜合特性更優(yōu)越。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種船舶光伏逆變器電壓矢量定向的電流隨動(dòng)控制方法，該方法應(yīng)用于船舶的太陽(yáng)能與發(fā)電機(jī)雙電源供電，即將逆變器與發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，為船舶負(fù)載提供電能，將發(fā)電機(jī)輸出電流設(shè)定為額定輸出電壓時(shí)最大效率點(diǎn)處對(duì)應(yīng)值，且與輸出電壓同相位，負(fù)載電流與所設(shè)定的發(fā)電機(jī)電流相減后，作為逆變器輸出電流的基準(zhǔn)，通過(guò)電流閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)輸出電流的穩(wěn)定與快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出電流為所設(shè)定的電流值。
[0008]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述方法的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下，
51:設(shè)ABC為船舶電網(wǎng)三相靜止坐標(biāo)系，α β為兩相靜止坐標(biāo)系，dq為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，且q軸超前d軸90° ;
52:在步驟SI獲得的dq兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，通過(guò)對(duì)船舶電網(wǎng)電壓鎖相使得發(fā)電機(jī)輸出電流預(yù)設(shè)值//與洞相位，將dq兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸設(shè)定為與船舶電網(wǎng)電壓佚量同步旋轉(zhuǎn)，使得//同樣與d軸同步旋轉(zhuǎn)，故C在q軸上的直流分量^為零；
53:船舶電網(wǎng)電壓礙船舶交流負(fù)載產(chǎn)生的負(fù)載電流Tl經(jīng)dq變換后，其d軸、q軸的直流分量iu、I分別與步驟S2獲得的J/的d軸、q軸直流分量ied、ie(1相減后，得到逆變器基準(zhǔn)電流在d軸、q軸直流分量iQ/、i0；;
54:在步驟S3獲得的逆變器基準(zhǔn)電流在d軸、q軸直流分量4；、4；分別與逆變器輸出電流A的d軸、q軸直流分量iM、相減后，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器，分別生成d軸、q軸的基準(zhǔn)電壓信號(hào)《/、<，再將dq兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的流分量變換到α β靜止坐標(biāo)系下α軸、β軸的直流分量U:、?/，通過(guò)SVPWM后，生成逆變器功率器件開關(guān)信號(hào)Sx (χ=Α、Β或C)，且有Sx=I時(shí)，逆變器上橋臂開關(guān)器件化導(dǎo)通、下橋臂開關(guān)器件&截止，^x=O時(shí)，上橋臂開關(guān)器件化截止、下橋臂開關(guān)器件么導(dǎo)通；
55:通過(guò)步驟S4獲得的Α、B、C三相開關(guān)信號(hào)Sk' &、各，對(duì)逆變器功率器件開關(guān)狀態(tài)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏逆變器輸出電流的控制。
[0009]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述逆變器為光伏逆變器，所述發(fā)電機(jī)為柴油發(fā)電機(jī)。
[0010]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明方法，既能夠?qū)⑿履茉串a(chǎn)生的直流電壓變換成與船舶電網(wǎng)電壓相匹配且穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)正弦交流電流，同時(shí)還可以提高船舶電網(wǎng)電能質(zhì)量與發(fā)電機(jī)利用率，具有雙向功率流、控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出電流紋波小、負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、應(yīng)用前景廣泛等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明方法應(yīng)用于船舶多能源電力系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合中，適應(yīng)性更強(qiáng)、綜合特性更優(yōu)越。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明船舶電網(wǎng)側(cè)連接圖。
[0012]圖2是本發(fā)明原理波形圖。
[0013]圖3是本發(fā)明控制方法實(shí)現(xiàn)原理框圖。
[0014]圖4是控制器的參考坐標(biāo)系。
[0015]圖5是本發(fā)明控制系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0017]本發(fā)明一種船舶光伏逆變器電壓矢量定向的電流隨動(dòng)控制方法，該方法應(yīng)用于船舶的太陽(yáng)能與發(fā)電機(jī)雙電源供電，即將逆變器與發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，為船舶負(fù)載提供電能，通過(guò)鎖相環(huán)、電流誤差控制器并通過(guò)電壓矢量定向與坐標(biāo)系變換的方法實(shí)現(xiàn)，將發(fā)電機(jī)輸出電流預(yù)設(shè)為額定輸出電壓時(shí)最大效率點(diǎn)處對(duì)應(yīng)值，且與輸出電壓同相位，負(fù)載電流與所發(fā)電機(jī)預(yù)設(shè)電流相減后，作為逆變器輸出電流的基準(zhǔn)，通過(guò)電流閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)輸出電流的穩(wěn)定與快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出電流即為電流預(yù)設(shè)值。
[0018]本發(fā)明船舶光伏逆變器基于電壓矢量定向的電流隨動(dòng)控制方法，其基本思路是:通過(guò)對(duì)逆變器功率開關(guān)占空比的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)電流的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，保證逆變器輸出等效阻抗與船舶負(fù)載阻抗之和具有不變的電阻特性，使發(fā)電機(jī)持續(xù)工作在最大效率點(diǎn)處，且不存在無(wú)功損耗。這種控制策略的實(shí)質(zhì)是利用并網(wǎng)逆變器來(lái)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償船舶負(fù)載對(duì)電網(wǎng)的影響，使得發(fā)電機(jī)對(duì)負(fù)載變化不敏感，從而大大降低負(fù)載對(duì)船舶電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，間接實(shí)現(xiàn)供電質(zhì)量的提高。對(duì)于逆變器輸出與新能源發(fā)電二者功率不一致問(wèn)題，可通過(guò)在并網(wǎng)逆變器前端并接大電容和船舶電池來(lái)解決。
[0019]采用本發(fā)明控制方法使得逆變器在實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能與發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的同時(shí)，提高船舶電網(wǎng)