海洋環(huán)境下船用太陽能光伏系統(tǒng)特性研究

【摘要】：自上世紀90年代開始,基于各種船型平臺建成的太陽能光伏系統(tǒng)先后投入長期試驗研究或商業(yè)運營,其對于其它形式清潔能源的接入起到了很好的示范和指導作用。針對大型遠洋船舶而言,構建基于船舶電力系統(tǒng)的太陽能光伏系統(tǒng)需應對特殊的運行環(huán)境和應用平臺,主要涉及下述問題,包括： (1)海洋環(huán)境因素對于太陽能電池電力輸出特性的影響； (2)在不同光伏滲透率(功率比重)和并網(wǎng)運行控制策略條件下,基于船舶電網(wǎng)的太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)運行特性問題； 對此,本文以海洋環(huán)境下船用太陽能光伏系統(tǒng)的運行特性問題為基本立足點,主要進行了四個方面的研究工作： (1)針對太陽能光伏電池的理論和數(shù)學模型進行了對比分析,并以光伏電池的工程實用模型為基礎,在Matlab/Simulink仿真環(huán)境中建立了相應的仿真模型,實現(xiàn)了最大功率跟蹤控制和DC/AC逆變控制的模擬仿真； (2)圍繞海洋環(huán)境條件下的太陽能電池Ⅰ-Ⅴ輸出特性問題,分別從海洋環(huán)境影響因素分析、環(huán)境模擬和輸出特性對比實驗研究三個方面對影響機理問題進行研究。結合理論基礎和實驗數(shù)據(jù),建立了涉及多因素作用下太陽能電池輸出特性的改進能量守恒模型和基于數(shù)值關系的參數(shù)關聯(lián)模型； (3)以構建SPS2所涉及的相關技術規(guī)范為指導,基于Matlab/Simulink仿真軟件分別對船舶電力系統(tǒng)和光伏并網(wǎng)系統(tǒng)進行建模和仿真研究,進而以某型營運客滾船為參考對象,構建了基于實船的SPS2基本結構模型和通用仿真模型； (4)解析了環(huán)境因素介入條件下的光伏電網(wǎng)并網(wǎng)運行特性,并通過采用多模型切換的研究方法,著重針對簡化船舶電網(wǎng)、單發(fā)電機組和多發(fā)電機組船舶電網(wǎng)平臺上的電網(wǎng)運行特性問題進行了系列仿真對比研究。 本文研究工作中形成的基本結論如下： (1)針對船舶電力系統(tǒng)的基本發(fā)展態(tài)勢。船舶綜合電力系統(tǒng)可成為接入高滲透率太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基礎平臺,實船建造高滲透率船舶太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng),需以船舶入級規(guī)范為依托,參照陸地電網(wǎng)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的相關技術要求具體實施。單船多種清潔能源的綜合應用是船舶電力系統(tǒng)發(fā)展的最高形式,在具體實施過程中可充分借鑒智能電網(wǎng)技術框架下的微電網(wǎng)理論； (2)針對海洋多因素影響下的太陽能電池輸出特性。海洋環(huán)境因素是導致電池板工作過程中溫度升高和所接受輻照強度下降的關鍵因素,且環(huán)境因素的影響同時作用于這兩個過程之中,其直接導致太陽能光伏電池填充因素和光伏轉(zhuǎn)換效率的降低； (3)針對船舶太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。隨著光伏滲透率的提高,以最大有用功功率輸出為控制策略的太陽能光伏系統(tǒng)在并網(wǎng)瞬時對于船舶電網(wǎng)的沖擊作用增幅顯著。由于缺乏慣性機械系統(tǒng)作為能量緩沖,船舶太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)運行特性主要受逆變并網(wǎng)控制器執(zhí)行效能的影響,合理的并網(wǎng)運行控制策略對于船舶太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行起到?jīng)Q定性作用。在并網(wǎng)運行過程中,通過對同步發(fā)電機組原動機轉(zhuǎn)速和勵磁系統(tǒng)的控制,可對電網(wǎng)電壓、電流和頻率進行調(diào)節(jié)。在高滲透率光伏系統(tǒng)并網(wǎng)運行時,僅通過對勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié),對電網(wǎng)電壓的調(diào)節(jié)作用有限且不足以補償電網(wǎng)中無功負載的功率需求,需相應的同步補償機予以解決。 【關鍵詞】：海洋環(huán)境 船舶電力系統(tǒng) 光伏系統(tǒng) 并網(wǎng) 特性 船舶智能電網(wǎng)
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：U665.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-30
• 1.1 國內(nèi)外太陽能光伏發(fā)電技術的發(fā)展12-15
• 1.1.1 光伏電池技術發(fā)展歷程12-14
• 1.1.2 光伏系統(tǒng)裝機容量14-15
• 1.1.3 應用領域15
• 1.2 太陽能船舶的技術現(xiàn)狀15-22
• 1.2.1 國外太陽能船舶發(fā)展現(xiàn)狀16-20
• 1.2.2 國內(nèi)太陽能船舶發(fā)展現(xiàn)狀20-22
• 1.3 船用太陽能光伏技術所涉及的問題分析22-28
• 1.3.1 海洋環(huán)境下的太陽能光伏電池特性問題22-25
• 1.3.2 光伏系統(tǒng)與船舶電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行特性問題25-28
• 1.4 課題來源28-29
• 1.5 主要研究工作29-30
• 第2章 電力系統(tǒng)基礎理論研究30-52
• 2.1 船舶電力系統(tǒng)理論研究30-38
• 2.1.1 基本組成和特點30-32
• 2.1.2 船舶電站運行模式分析32
• 2.1.3 船舶電網(wǎng)結構分析32-35
• 2.1.4 船舶電站并網(wǎng)運行技術35-38
• 2.2 船舶綜合電力系統(tǒng)理論研究38-41
• 2.2.1 概念來源38
• 2.2.2 IPS系統(tǒng)構架38-41
• 2.2.3 IPS關鍵技術41
• 2.3 微網(wǎng)(Microgrid)理論41-51
• 2.3.1 基本概念41-44
• 2.3.2 多逆變器微電源并網(wǎng)模型44-47
• 2.3.3 微網(wǎng)逆變電源控制策略47-51
• 2.4 本章小結51-52
• 第3章 太陽能光伏電池電力特性理論研究與建模52-69
• 3.1 太陽能光伏電池發(fā)電原理52-53
• 3.2 理論和數(shù)學模型分析53-58
• 3.2.1 基于固體物理理論的半導體電學特性理論模型53-54
• 3.2.2 理想太陽能光伏電池數(shù)學模型54-56
• 3.2.3 實際太陽能光伏電池數(shù)學模型56-58
• 3.3 太陽能電池仿真模型及MPPT控制建模58-62
• 3.3.1 太陽能電池MPPT控制59
• 3.3.2 控制算法59
• 3.3.3 MPPT的實現(xiàn)過程59-62
• 3.4 太陽能電池DC/AC變換仿真建模62-68
• 3.4.1 逆變電路控制原理63-66
• 3.4.2 DC/AC的仿真實現(xiàn)66-68
• 3.5 本章小結68-69
• 第4章 海洋環(huán)境下太陽能光伏電池的輸出特性69-89
• 4.1 環(huán)境影響因素問題69-71
• 4.1.1 部分典型環(huán)境因素的作用機理分析69-71
• 4.1.2 海洋環(huán)境影響因素分析71
• 4.2 實驗平臺設計71-74
• 4.2.1 設計原則71-72
• 4.2.2 主體結構72-73
• 4.2.3 傳感器73
• 4.2.4 實驗對象范圍拓展73-74
• 4.3 太陽能電池輸出特性對比實驗74-83
• 4.3.1 簡化對比實驗74-76
• 4.3.2 數(shù)據(jù)誤差分析與處理方法76-78
• 4.3.3 系列對比實驗結果與分析78-83
• 4.4 海洋環(huán)境因素對光伏電池特性影響的數(shù)學模型83-88
• 4.4.1 改進的能量守恒模型83-86
• 4.4.2 參數(shù)關聯(lián)模型86-88
• 4.5 本章小結88-89
• 第5章 船舶光伏并網(wǎng)電力系統(tǒng)(SPS~2)技術規(guī)范分析與建模89-121
• 5.1 相關技術規(guī)范89-92
• 5.1.1 船舶入級規(guī)范89-90
• 5.1.2 基于分布式能源的微網(wǎng)技術標準90-91
• 5.1.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的技術規(guī)范91-92
• 5.1.4 綜合分析92
• 5.2 船舶電力系統(tǒng)建模與優(yōu)化92-109
• 5.2.1 原動機及調(diào)速器數(shù)學模型93-96
• 5.2.2 同步發(fā)電機及勵磁系統(tǒng)數(shù)學模型96-103
• 5.2.3 負載數(shù)學模型103-105
• 5.2.4 仿真算例分析105-109
• 5.3 光伏系統(tǒng)控制策略及模型109-117
• 5.3.1 濾波器設計110-111
• 5.3.2 PQ控制器設計111-113
• 5.3.3 仿真算例分析113-117
• 5.4 基于實船的SPS~2建模117-120
• 5.4.1 基于實船基本參數(shù)的SPS~2構建117-119
• 5.4.2 SPS~2通用仿真模型119-120
• 5.5 本章小結120-121
• 第6章 船舶光伏并網(wǎng)電力系統(tǒng)(SPS~2)的運行特性121-168
• 6.1 SPS~2仿真模型運行特性研究方法121-122
• 6.2 簡化船舶電網(wǎng)中SPS~2的并網(wǎng)運行特性122-132
• 6.3 單機組船舶電網(wǎng)中SPS~2的并網(wǎng)運行特性132-148
• 6.3.1 不同光伏滲透率的影響133-139
• 6.3.2 控制光伏滲透率對起始并網(wǎng)運行的影響139-144
• 6.3.3 發(fā)電機運行控制策略的影響144-148
• 6.4 多機組船舶電網(wǎng)中SPS~2的并網(wǎng)運行特性148-167
• 6.4.1 光伏系統(tǒng)離網(wǎng)運行時的SPS~2運行特性149-152
• 6.4.2 不同光伏滲透率的影響152-157
• 6.4.3 光伏并網(wǎng)運行時投入不同負載的影響157-163
• 6.4.4 電網(wǎng)中電路故障時的并網(wǎng)運行特性163-167
• 6.5 本章小結167-168
• 第7章 結論與展望168-171
• 7.1 主要成果和結論168-169
• 7.2 創(chuàng)新點169-170
• 7.3 研究展望170-171
• 參考文獻171-182
• 致謝182-184
• 攻讀博士期間發(fā)表的主要論文及參加的科研項目184-187

您可以在本站搜索以下學術論文文獻來了解更多相關內(nèi)容

復雜結構的艦船電力系統(tǒng)仿真算法研究    甄洪斌,莊勁武,張曉鋒,楊秀霞

中國智能電網(wǎng)的效益評估和政策機制研究    吳俊勇;

微網(wǎng)中分布式電源逆變器的多環(huán)反饋控制策略    王成山;肖朝霞;王守相;

船舶電力系統(tǒng)的數(shù)學建模和魯棒控制器設計    朱志宇;劉維亭;

太陽能發(fā)電技術與應用 第三講:最大功率點跟蹤技術    王健強;

“智能電網(wǎng)綜述”技術講座 第二講:國內(nèi)外智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略    吳俊勇;

基于改進瞬時無功理論的單相鎖相環(huán)    陳順;黃守道;王德強;陳國富;

基于MATLAB/Simulink的染料敏化太陽能電池輸出特性仿真    康姣;胡志強;周紅茹;殷克劍;

數(shù)字電力系統(tǒng)(DPS)    盧強

分布式發(fā)電對配電網(wǎng)電壓分布的影響    王志群,朱守真,周雙喜,黃仁樂,王連貴

微網(wǎng)多目標優(yōu)化運行及控制策略研究    崔明勇

微網(wǎng)系統(tǒng)的運行優(yōu)化與能量管理研究    張穎媛

分布式發(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)仿真方法研究    李鵬

基于微電網(wǎng)運行的光伏逆變電源若干關鍵技術研究    陳衛(wèi)民

微網(wǎng)及含分布式發(fā)電的配電網(wǎng)保護算法研究    韓奕

分布式光伏發(fā)電微電網(wǎng)供能系統(tǒng)研究    袁建華

光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其控制的研究    汪海寧

分布式微網(wǎng)電力系統(tǒng)中多逆變電源的并網(wǎng)控制研究    鞠洪新

船舶多模式電站與船舶電網(wǎng)電能質(zhì)量研究    許曉彥

任意條件下光伏陣列的輸出性能預測    翟載騰

積灰對光伏發(fā)電工程的影響研究    居發(fā)禮

船電系統(tǒng)中同步發(fā)電機的建模與仿真研究    陳成功

船舶柴油發(fā)電機系統(tǒng)仿真    韋韓英

船舶電力系統(tǒng)仿真研究    錢正林

光伏發(fā)電并網(wǎng)與微網(wǎng)運行控制仿真研究    楊文杰

微網(wǎng)的建模及并網(wǎng)運行方式研究    李春葉

船用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計及性能評估    孫玉偉

智能化變電站在工程設計中的實現(xiàn)    齊慧;戚振彪;呂勇;朱利民;

智能電網(wǎng)調(diào)度運行面臨的關鍵技術研究    王正風;高濤;

智能電網(wǎng)及國內(nèi)外發(fā)展概述    王正風;高濤;

智能電網(wǎng)的進展及關鍵技術的綜述    楊勁松;

日光溫室采光與下挖深度優(yōu)化設計    李霞;于賢昌;艾希珍;李清明;

三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真    陶曉峰;謝君;

變電站光伏直流系統(tǒng)的研究與應用    林航;陳曉明;

戶用PV系統(tǒng)設計    牟志平;

太陽能地板輻射采暖系統(tǒng)的應用研究    賀立三;劉振波;高林朝;高艷軍;

100kW風光互補電站設計    楊幫宇;

智能化變電站在工程設計中的實現(xiàn)    齊慧;戚振彪;呂勇;朱利民;

智能電網(wǎng)調(diào)度運行面臨的關鍵技術研究    王正風;高濤;

智能電網(wǎng)及國內(nèi)外發(fā)展概述    王正風;高濤;

智能電網(wǎng)的進展及關鍵技術的綜述    楊勁松;

太陽能空氣集熱器傳熱性能實驗研究    魏琪;趙俊;

智能電網(wǎng)的配電可靠性與電能質(zhì)量問題研究    劉媛媛;段義隆;李佳;

The Application Study of Multi-level Inverter in the PVMS    

一種基于dp/dv=0的最大功率跟蹤控制策略    榮延澤;劉士榮;毛軍科;李松峰;

非均勻輻射條件下光伏陣列建模及運行穩(wěn)定性分析    張淵明;孫彥廣;張云貴;

智能電網(wǎng)技術    劉東堯;

開關磁阻電機在船舶電力推進中的應用研究    許愛德

分布式電源的概率建模及其對電力系統(tǒng)的影響    王敏

光伏跟蹤系統(tǒng)智能控制方法的研究    徐曉冰

考慮分布式發(fā)電的配電網(wǎng)綜合負荷建模方法研究    錢軍

我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)投資風險及決策研究    朱震宇

變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)故障特性與保護技術研究    撖奧洋

一體化高壓電能計量裝置及其在智能配網(wǎng)中的應用    郭琳云

光伏產(chǎn)業(yè)國際競爭力研究    陳曉燕

納米流體輻射特性機理研究及其在太陽能電熱聯(lián)用系統(tǒng)中的應用研究    趙佳飛

永磁風力發(fā)電機分布式直流并網(wǎng)變流器的研究與實現(xiàn)    張洪陽

基于軟開關PWM技術的光伏逆變器的研究與設計    曹建

用于礦燈充電的獨立光伏系統(tǒng)研究    毛娟

太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器研究    李本元

基于ARM7的配電變電所和開閉所RTU研究    張維

太陽能LED照明系統(tǒng)控制器的設計    杜守增

河南太陽能熱水器與住宅一體化設計研究    劉磊

光伏發(fā)電系統(tǒng)自適應控制研究    李亭

船舶燃氣輪機—發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性研究    張叢輝

全電力推進船舶短期電力負荷預測研究    王嘉鈺

電力推進系統(tǒng)對船舶電網(wǎng)穩(wěn)定的影響研究    楊琳

光伏系統(tǒng)設計思路及注意事項    王潤波;

國內(nèi)外光伏發(fā)電的新進展    昌金銘;

光伏發(fā)電在我國電力能源結構中的戰(zhàn)略地位和未來發(fā)展方向    馬勝紅;趙玉文;王斯成;孔力;李安定;朱瑞兆;胡學浩;張正敏;白建華;

染料敏化太陽電池的研究進展    張玉香;戴松元;

我國民用光伏發(fā)電系統(tǒng)市場化分析    邵穎紅;希娜·次仁羅布;范晨卉;

太陽電池基本參數(shù)的實驗與分析    鐘水庫;劉長青;沈曉明;

徐州市近年來大氣降塵變化規(guī)律及趨勢    李昌平;李月娥;佘童;

基于可再生能源的分布式發(fā)電技術的應用及前景    白明;許敏;崔新雨;董紅海;

光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的研究與應用    張德海;鄭文英;王國強;

對本溪市降塵量的雙向預測    夏曉峰

智能微電網(wǎng)研究綜述    肖朝霞;方紅偉;張獻;

我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展    趙玉文;崔容強;

基于主從方式逆變器并聯(lián)方案的建模、分析和實現(xiàn)    李武華;何湘寧;

太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究    趙為

獨立光伏系統(tǒng)中蓄電池管理的研究    歐陽名三

風光柴蓄復合發(fā)電及其智能控制系統(tǒng)研究    茆美琴

動態(tài)相量理論在現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真中的應用    戚慶茹

基于狀態(tài)空間理論的PWM逆變電源控制技術研究    彭力

光伏發(fā)電系統(tǒng)及其控制的研究    鄭詩程

光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其控制的研究    汪海寧

單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的分析與研究    王飛

電力系統(tǒng)若干關鍵技術研究及應用    蘇勝新

分布式微網(wǎng)電力系統(tǒng)中多逆變電源的并網(wǎng)控制研究    鞠洪新

船舶電站的實用性能研究    盛健

船舶電力系統(tǒng)的故障診斷專家系統(tǒng)研究    季曉慧

船舶柴油發(fā)電機系統(tǒng)仿真    韋韓英

船舶多種發(fā)電方式聯(lián)合運行的仿真研究    包文俊

60000噸油輪電力系統(tǒng)建模及仿真    孫才勤

具有組合功能的智能化通用正弦逆變電源的研制    劉慧文

基于DSP2407的光伏方陣仿真電源的設計與研究    張熙霖

船舶電站多種發(fā)電方式聯(lián)合運行的仿真研究    王知磊

船舶電力推進系統(tǒng)仿真    汪勇

分布式發(fā)電系統(tǒng)孤島效應的研究    姚丹

船舶電力系統(tǒng)的監(jiān)測與繼電保護應用研究    卞根發(fā);

船舶電工的現(xiàn)狀與發(fā)展上的若干問題    格·伊·基達因柯;張洪鏘;

船舶電力系統(tǒng)中高次諧波的探討    肖樂明

船舶電力系統(tǒng)故障演變與對策    馮茂巖

基于Petri網(wǎng)的船舶電力系統(tǒng)故障診斷    張海艷;夏飛;

基于博弈論的船舶電力系統(tǒng)脆性負熵流分析    劉明;周俊;

船舶電力系統(tǒng)的供電連續(xù)性及其實現(xiàn)    顧益民;

船舶電力網(wǎng)繼電保護測試系統(tǒng)的研究    翁石光;卞根發(fā);

基于新型推進變壓器的船舶電力系統(tǒng)研究    薛佳;

中小型船廠船舶電氣施工工藝淺述    王援朝

基于M340 PLC的船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)研究    薛士龍;劉荀;

粒子群算法求解船舶電力系統(tǒng)故障重構問題    王征;王永驥;

兩節(jié)點船舶電力系統(tǒng)的全階數(shù)學模型及仿真    周峰;黃從武;徐國順;

船舶電力系統(tǒng)短路電流計算及仿真    王曉;孫才勤;

船舶直流電網(wǎng)短路故障限流器的研制    楊鋒;毛海濤;莊勁武;楊華;

船舶電力系統(tǒng)浮動頻壓節(jié)能技術的研究與應用    吳志良;郭晨;

船舶柴油發(fā)電機與異步電動機建模及其系統(tǒng)仿真    施偉鋒;聶益文;

負載變化對艦船綜合全電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響    李冬麗;趙躍平;朱永權;

數(shù)字勵磁控制技術在船舶中的應用探討    吳浩峻;武云晶;

關于加強修造船技術人員對船舶自動化設備的管理、調(diào)試、維修技術的探討    趙殿禮;吳浩峻;

優(yōu)化船舶電力系統(tǒng)設計需多方合力    記者 吳秀霞

奇樂電氣研發(fā)船用自動轉(zhuǎn)換開關    齊樂

ABB發(fā)力造船裝備    本報記者 王潔

部分高校院所科技成果信息發(fā)布    鄭柯

ABB獲2400萬美元船配訂單    川渝

船舶電力系統(tǒng)的非線性魯棒控制研究    孟杰

船舶電力系統(tǒng)建模仿真及動態(tài)穩(wěn)定性研究    孫才勤

粗糙集理論及粗糙混合智能方法在船舶電力系統(tǒng)中的應用研究    張騰飛

粒子群算法的研究及其在船舶工程中的應用    劉宏達

船舶多模式電站與船舶電網(wǎng)電能質(zhì)量研究    許曉彥

關于船舶電力系統(tǒng)研究的一些探索    施偉鋒

微電網(wǎng)故障重構方法研究    黎恒烜

海洋環(huán)境下船用太陽能光伏系統(tǒng)特性研究    孫玉偉

船舶電力推進模擬平臺的研究    羅成漢

船舶電力系統(tǒng)混沌控制的研究    馬敏

船舶電力系統(tǒng)的建模與模糊控制研究    見可可

混沌控制理論在船舶電力系統(tǒng)中的應用    沈宗慶

船舶電力系統(tǒng)的分析與設計    張江龍

船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究    王浩亮

船舶電力系統(tǒng)建模與控制    羅樂

基于專家系統(tǒng)的船舶電力系統(tǒng)故障診斷    顧兆丹

船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究    馬振佳

基于模糊理論的船舶電力系統(tǒng)故障診斷    劉啟萌

船舶電力系統(tǒng)仿真與穩(wěn)定性實現(xiàn)    陸兵