论文题目：基于模糊控制的船舶电力系统谐波抑制研究
摘要：随着现代电力技术、自动化控制技术和计算机技术的不断发展,中大功率的变流装置在船舶电力系统中的应用越来越广泛。大功率变流装置的应用,会产生大量的谐波,污染船舶电网,若不进行有效的谐波治理,将严重影响船舶电网的供电品质和船舶电气设备的安全运行。因此,分析和研究谐波产生的机理,找到有效消除或抑制谐波的方法,一直是船舶电力系统中重要的课题之一。本文主要研究内容如下:对船舶电力系统谐波治理的国内外现状进行了深入的学习和综述,分析了船舶电力系统谐波抑制主要方法的优缺点以及谐波产生的原因和机理。通过分析确定了系统总体设计的框架和思路,即采用有源电力滤波的总体研究方案。该方案的主要研究关键在于谐波的有效检测与处理,以及有源滤波的控制算法。对船舶电力系统的发电机、异步电机及船桨进行数学建模。在此基础上,构建船舶电力系统总仿真图,且对其进行ip-iq谐波检测。仿真结果证明搭建的船舶电力系统具有较高的谐波含量和较高的电流畸变程度,其结构满足对谐波抑制的研究。提出一种基于模糊控制的并联型有源电力滤波器。讨论了传统并联型有源电力滤波器的结构组成和工作原理,采用传统PID控制和模糊PID控制两种策略,并通过仿真进行控制效果验证。仿真结果表明,基于模糊PID控制策略的有源电力滤波器对船舶电力系统谐波抑制效果更佳,效应更快,实时性更好。对并联型有源电力滤波器电流跟踪控制电路环节采用遗传算法,采用神经网络控制器ANFIS与PI控制的相互切换,优化电力器件的开关状态。仿真结果表明,采用ANFIS与PI控制结合的混合控制策略比模糊PID控制策略,对船舶电力系统谐波抑制效果更好,不但系统的响应时间更快,而且电网电流的谐波畸变率也大为减小。
关键词：船舶电网;谐波检测;有源电力滤波器;模糊PID控制;自适应神经模糊控制
学科专业：电气工程
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究意义
1.3 国内外研究现状与发展趋势
1.3.1 主动型谐波抑制方案的研究现状和发展趋势
1.3.2 被动型谐波抑制方案的研究现状和发展趋势
1.3.3 主动型与被动型谐波抑制方案研究现状总结
1.4 研究内容和研究方法
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究思路
1.4.3 研究方法
1.5 本章小结
第2章 船舶电网谐波产生和危害
2.1 电力推进船舶电力系统的基本结构
2.1.1 发电系统的建模
2.1.2 异步电机的建模
2.1.3 船桨系统的建模
2.2 船舶电网中的谐波源
2.2.1 发电设备
2.2.2 变流设备
2.2.3 船用变压器
2.3 谐波的危害
2.3.1 对船舶电网的危害
2.3.2 对电力电容器的危害
2.3.3 对电机的危害
2.3.4 对船用照明设备的危害
2.3.5 对船用通讯设备的危害
2.3.6 对船用测量表计的影响
2.4 谐波的定义
2.5 谐波治理标准
2.6 本章小结
第3章 有源电力滤波及仿真模型
3.1 并联型有源电力滤波器
3.1.1 并联型有源电力滤波器
3.1.2 并联型有源电力滤波器工作原理
3.2 谐波电流检测方法
3.2.1 瞬时无功功率理论
3.2.2 电网谐波电流检测算法
3.3 仿真
3.3.1 船舶电力系统仿真结构
3.3.2 同步发电机以及励磁绕组系统仿真模型
3.3.3 推进电机及其螺旋桨负载仿真模型
3.3.4 谐波检测仿真
3.4 本章小结
第4章 APF模糊PID控制
4.1 PID控制原理
4.2 模糊控制的基本理论
4.2.1 模糊集合
4.2.2 隶属函数
4.2.3 模糊控制系统的组成
4.3 模糊PID控制器
4.3.1 PID参数模糊自整定
4.3.2 隶属度函数及控制规则
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有源电力滤波器仿真模型
4.5 仿真结果与分析
4.5.1 PID控制有源电力滤波器的仿真
4.5.2 模糊PID控制有源电力滤波器的仿真
4.5.3 仿真结果对比与分析
4.6 本章小结
第5章 APF神经模糊PI控制
5.1 智能控制理论
5.2 神经模糊控制器
5.2.1 典型ANFIS结构
5.2.2 BP算法
5.2.3 神经模糊控制器的结构
5.3 直流侧电压调节器
5.4 电流跟踪控制电路
5.4.1 神经网络结构
5.4.2 遗传算法
5.4.3 优化开关状态
5.5 建模与仿真
5.5.1 常规PI控制的有源电力滤波器的建模与仿真
5.5.2 ANFIS控制器建模与仿真
5.5.3 ANFIS结合PI的控制器建模与仿真
5.5.4 智能控制开关信号发生电路的建模与仿真
5.5.5 混合控制在改变转速时的性能分析
5.5.6 仿真结果与对比
5.6 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
详细摘要