論文題目：基于模糊控制的船舶電力系統諧波抑制研究
摘要：隨著現代電力技術、自動化控制技術和計算機技術的不斷發展,中大功率的變流裝置在船舶電力系統中的應用越來越廣泛。大功率變流裝置的應用,會產生大量的諧波,污染船舶電網,若不進行有效的諧波治理,將嚴重影響船舶電網的供電品質和船舶電氣設備的安全運行。因此,分析和研究諧波產生的機理,找到有效消除或抑制諧波的方法,一直是船舶電力系統中重要的課題之一。本文主要研究內容如下:對船舶電力系統諧波治理的國內外現狀進行了深入的學習和綜述,分析了船舶電力系統諧波抑制主要方法的優缺點以及諧波產生的原因和機理。通過分析確定了系統總體設計的框架和思路,即采用有源電力濾波的總體研究方案。該方案的主要研究關鍵在于諧波的有效檢測與處理,以及有源濾波的控制算法。對船舶電力系統的發電機、異步電機及船槳進行數學建模。在此基礎上,構建船舶電力系統總仿真圖,且對其進行ip-iq諧波檢測。仿真結果證明搭建的船舶電力系統具有較高的諧波含量和較高的電流畸變程度,其結構滿足對諧波抑制的研究。提出一種基于模糊控制的并聯型有源電力濾波器。討論了傳統并聯型有源電力濾波器的結構組成和工作原理,采用傳統PID控制和模糊PID控制兩種策略,并通過仿真進行控制效果驗證。仿真結果表明,基于模糊PID控制策略的有源電力濾波器對船舶電力系統諧波抑制效果更佳,效應更快,實時性更好。對并聯型有源電力濾波器電流跟蹤控制電路環節采用遺傳算法,采用神經網絡控制器ANFIS與PI控制的相互切換,優化電力器件的開關狀態。仿真結果表明,采用ANFIS與PI控制結合的混合控制策略比模糊PID控制策略,對船舶電力系統諧波抑制效果更好,不但系統的響應時間更快,而且電網電流的諧波畸變率也大為減小。
關鍵詞：船舶電網;諧波檢測;有源電力濾波器;模糊PID控制;自適應神經模糊控制
學科專業：電氣工程
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 研究背景
1.2 研究意義
1.3 國內外研究現狀與發展趨勢
1.3.1 主動型諧波抑制方案的研究現狀和發展趨勢
1.3.2 被動型諧波抑制方案的研究現狀和發展趨勢
1.3.3 主動型與被動型諧波抑制方案研究現狀總結
1.4 研究內容和研究方法
1.4.1 研究內容
1.4.2 研究思路
1.4.3 研究方法
1.5 本章小結
第2章 船舶電網諧波產生和危害
2.1 電力推進船舶電力系統的基本結構
2.1.1 發電系統的建模
2.1.2 異步電機的建模
2.1.3 船槳系統的建模
2.2 船舶電網中的諧波源
2.2.1 發電設備
2.2.2 變流設備
2.2.3 船用變壓器
2.3 諧波的危害
2.3.1 對船舶電網的危害
2.3.2 對電力電容器的危害
2.3.3 對電機的危害
2.3.4 對船用照明設備的危害
2.3.5 對船用通訊設備的危害
2.3.6 對船用測量表計的影響
2.4 諧波的定義
2.5 諧波治理標準
2.6 本章小結
第3章 有源電力濾波及仿真模型
3.1 并聯型有源電力濾波器
3.1.1 并聯型有源電力濾波器
3.1.2 并聯型有源電力濾波器工作原理
3.2 諧波電流檢測方法
3.2.1 瞬時無功功率理論
3.2.2 電網諧波電流檢測算法
3.3 仿真
3.3.1 船舶電力系統仿真結構
3.3.2 同步發電機以及勵磁繞組系統仿真模型
3.3.3 推進電機及其螺旋槳負載仿真模型
3.3.4 諧波檢測仿真
3.4 本章小結
第4章 APF模糊PID控制
4.1 PID控制原理
4.2 模糊控制的基本理論
4.2.1 模糊集合
4.2.2 隸屬函數
4.2.3 模糊控制系統的組成
4.3 模糊PID控制器
4.3.1 PID參數模糊自整定
4.3.2 隸屬度函數及控制規則
4.4 模糊控制仿真模型
4.4.1 模糊PID控制仿真模型
4.4.2 模糊PID有源電力濾波器仿真模型
4.5 仿真結果與分析
4.5.1 PID控制有源電力濾波器的仿真
4.5.2 模糊PID控制有源電力濾波器的仿真
4.5.3 仿真結果對比與分析
4.6 本章小結
第5章 APF神經模糊PI控制
5.1 智能控制理論
5.2 神經模糊控制器
5.2.1 典型ANFIS結構
5.2.2 BP算法
5.2.3 神經模糊控制器的結構
5.3 直流側電壓調節器
5.4 電流跟蹤控制電路
5.4.1 神經網絡結構
5.4.2 遺傳算法
5.4.3 優化開關狀態
5.5 建模與仿真
5.5.1 常規PI控制的有源電力濾波器的建模與仿真
5.5.2 ANFIS控制器建模與仿真
5.5.3 ANFIS結合PI的控制器建模與仿真
5.5.4 智能控制開關信號發生電路的建模與仿真
5.5.5 混合控制在改變轉速時的性能分析
5.5.6 仿真結果與對比
5.6 本章小結
總結與展望
參考文獻
致謝
詳細摘要