摘 要

随着石油，天然气这类不可再生能源的不断减少，太阳能这种清洁的可再生能源将越来越受到人们的关注。太阳能的普及，将会让我们的环境更少的被污染，也能让我们的社会走持续性发展路线。随着光伏发电技术不断开发和研究，光伏电站的制作成本降低，它的发电效率提高，光伏电站慢慢结合船舶电力系统为负载供电。

光伏发电系统与船舶电力系统进行并网运行时，其吸收的辐射能转化为电能为系统供电，很大程度上减少了化石燃料的燃烧。但是光伏电站由于环境因素，使它不能像其他发电机一样稳定供电。环境的突变可能让它不能正常工作，会对系统的稳定性产生影响。本文 通过ETAP电力系统仿真分析软件，构建光伏并网船舶电力系统的模型，仿真分析光伏船舶电力系统出现负载突然增加，突然卸除和三相故障对系统暂态性的影响，仿真结果显示，系统模型能模拟光伏并网船舶电力系统的运行过程，真实反映出船舶运行时出现的常见工况，为保证船舶正常稳定运行提出依据。

关键词：光伏并网；ETAP；船舶电力系统；暂态性分析

Abstract

With the continuous reduction of the non renewable energy, such as oil, natural gas, solar energy this clean renewable energy will become more and more people's attention. The popularity of solar energy, will make our environment less polluted, but also allow us to take the sustainable development of the community. With the development and research of photovoltaic power generation technology, the production cost of photovoltaic power plant is reduced, its power generation efficiency is increased, and the photovoltaic power plant is gradually combined with the ship power system for load power supply.

When the photovoltaic power generation system is connected with the ship electric power system, the absorbed radiation energy can be converted into electric energy for the power supply system, which greatly reduces the burning of fossil fuels. But due to environmental factors, photovoltaic power plant can not be as stable as other generators. The mutation of the environment can make it not work properly, it will affect the stability of the system.I made the photovoltaic grid connected power system on ship model building by simulation of ETAP power system analysis software and make simulation and analysis of photovoltaic power system on ship load suddenly increases, suddenly effect of removable and three-phase faults on the transient performance of the system. Simulation results show that, the system model to the operation process of the simulation grid connected photovoltaic electric power system of ship, truly reflect the operation of the ship when common condition which guarantees based on the ship's normal and stable operation.

Key words: grid connected photovoltaic; ETAP; ship power system; transient analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 光伏发电的现状及发展趋势 1

1.3 太阳能船舶的现状及发展前景 2

1.4 论文研究内容 3

第2章 光伏并网发电基本理论 5

2.1 太阳能发电原理 5

2.2 光伏并网发电系统 5

2.2.1 光伏并网发电系统的组成 5

2.2.2 光伏系统运行模式 6

2.3 光伏电池理论研究 7

2.3.1 光伏电池数学模型 8

2.3.2 光伏电池的输出特性曲线 9

2.3.3 光伏电池的转化效率 9

2.4 并网光伏逆变器 9

2.4.1 并网光伏系统逆变器的结构 9

2.4.2 并网光伏系统逆变器的控制方法 10

第3章 船舶电力系统 11

3.1 船舶电力系统的组成及特点 11

3.1.1 船舶电力系统的组成 11

3.1.2 船舶电力系统的特点 11

3.2 船舶电力系统数学模型 12

3.2.1 柴油机简化数学模型 12

3.2.2 同步发电机的简化数学模型 13

3.2.3 励磁控制系统的数学模型 14

3.2.4 静态负载模型 15

3.2.5 三相异步电动机数学模型 16

3.3 本章小结 16

第4章 仿真分析 17

4.1 时域仿真分析法 17

4. 2 船舶暂态稳定性概述 17

4.3 ETAP仿真建模 18

4.3.1 ETAP简介 18

4.3.2 光伏发电系统模块 18

4.3.3 船舶电力系统建模 19

4.4 仿真分析 21

4.4.1 突加负荷的系统稳定性仿真 21

4.4.2 突卸负荷的系统稳定性仿真 22

4.4.3 三相故障下的系统稳定性仿真 24

4.5 本章小节 26

第5章 总结与展望 27

5.1 总结 27

5.2 展望 27

参考文献 28

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

然而，随着工业蓬勃发展，人类加大开采化石能源，化石能源正在逐渐走向枯竭。同时，化石燃料的燃烧对环境有着巨大的影响。一是全球气候变化。燃料中的碳转变为二氧化碳进入大气，使大气中二氧化碳的浓度增大，从而导致温室效应，改变了全球的气候，危害生态平衡。二是热污染。火电站发电所剩“余热”被排出到河流、湖泊、大气或海洋中，在多数情况下会引起热污染。例如，这种废热水进入水域时，其温度比水域的温度平均要高出7～8℃，以致明显改变原有的生态环境。据研究表明，倘若人们不减少化石燃料的使用，地球的化石能源将在未来300年里用尽，全球平均气温可能升高超过9摄氏度。所以，人们把目光转向了对环境无污染的清洁能源，而太阳能是人类可以利用的最丰富的能源。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。当今社会要走可持续发展，离不开这种清洁能源的使用，所以太阳能的开发成为了最热门的研究话题。陆上的太阳能发电应用较为普及，但是在船舶上的应用比较少，开发光伏船舶电力系统应用在船舶上能节约更多燃料，减少对环境的污染，所以近年来，人们一直不断开发创新着光伏船舶电力系统。

1.2 光伏发电的现状及发展趋势