1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 目的与意义
近年来，随着人类社会和全球经济的高速发展，人们对于能源的需求量不断提高，传统不可再生能源，如：石油、煤炭、天然气等的消耗量也不断増加，大量不可再生能源的应用，对全球的气候和环境造成了一系列的负面影响，如：温室效应、酸雨、臭氧空洞等，且不可再生能源的储量有限，终有枯竭的一天，不可能为人类社会和经济的发展提供永久的动力。煤炭、石油等化石能源消费剧増，不断增长的能源需求与日益紧缺的传统化石能源以及随之而来的环境污染问题使得新型清洁能源的开发利用日益受到重视，绿色船舶已经成为了未来船舶的发展方向。目前，随着光伏发电、风力发电、燃料电池、储能等分布式电源技术水平的不断提高，其成本逐步下降，新能源在船舶上应用的研巧和开发己经成为了新型绿色船舶发展的必然趋势。作为解决海上新能源发电大规模接入船舶电力系统的有效手段，船舶微电网的研巧具有重要的现实意义。一方面船舶微电网使得大型船舶上规模化利用海上新能源成为可能，为实现海上交通的节能减排提供了强大的技术平台；另一方面船舶微电网将进一步推进我国造船行业的发展，将船舶微电网与船舶综合电力系统相结合，对于建设和完善船舶智能电网有着积极的促进作用。目前关于船舶微电网的研巧，国内外尚处于起步阶段，许多理论问题和关键技术还有待于解决和优化，例如船舶微电网多模式运行与无缝切换问题、船舶微电网暂态稳定性问题、船舶微电网的功率潮流与保护技术等。因此，对船舶微电网展开深入研究具有重大的理论和现实意义。根据不同的控制目的，微源逆变器有不同的控制策略。
1.2 国内外研究现状
由于负载对供电电源电压等级，供电电能质量等要求，微源（太阳能、风能等）提供的电源一般不能直接驱动负载工作，而需要通过微源逆变器接入船舶微电网，进而对负载供电。微源逆变器作为微源和船舶微电网间的连接设各，应起到电能变换、输出功率控制、保证供电电能质量等功能。微源逆变器的结构类型决定了其功能。微源逆变器按照网侧输出相数不同，可分为单相微源逆变器和Ｈ相微源逆变器，前者多用于户用型光伏发电系统ｆＷ，后者的应用相对比较广泛；逆变器可分为隔离型和非隔离型。隔离型微源逆变器适用于微源提供的电压等级较低的应用场合，非隔离型微源逆变器由于省去了输出隔离变压器，可以减小系统的成本和体积，同时，也有利于电能转换效率的提高。另外按功率级数，微源逆变器又可分为单级型和多级型对于单级式微源逆变器，其微源的最大功率跟踪，直流电压变换和逆变输出控制需要同时实现，结构比较简单，但输出电压等级会受到微源电压等级的限制，且控制比较复杂，实际中多用于小功率微源系统。

目前，逆变器的控制策略主要有 4 种，输出功率（pq）控制，恒压恒频（V/f）控制和下垂（Droop）控制和虚拟同步发电机（VSG)。ＰＱ控制即恒定输出功率控制，此控制策略的目的是使微源逆变器的输出功率保持恒定值，恒等于有功和无功的给定值。PQ 控制的实现方式有两种，一种是基于微源逆变器输出电流控制的输出功率控制方法; 恒压恒频控制的目的是使微源逆变器输出电压的幅值和频率维持在给定值; 下垂控制的目的是，使微源逆变器拥有类似于同步发电机的输出特性。采用下垂控制的微源逆变器能够根据自身信息，实现并联运行时功率的合理分配，实现微源逆变器的即插即用和系统的冗余设计。特别适合于组建船舶微电网的情况。虚拟同步发电机（ＶＳＧ）控制对于小型船舶，由各种新能源发电装置组成的微电网可作为船舶的主电网，为船舶主推进电机及其他负载供电。考虑到新能源发电装置的运行状况受天气及船舶航行状态的影响较大，此类船舶微电网需要配备容量较大的储能单元。对于大中型船舶，由新能源发电装置组建的微电网可作为船舶主电网的辅助能源，提高船舶电网运行的稳定性和可靠性：或在船舶主电网发生故障时，微电网作为船舶的应急电源，为应急负载供电，提高船舶运行的安全性。船舶电力系统中，一般选择同步发电机作为发电装置。

目前，对于 VSG 控制技术，我国和外国的学者都提出了很多种设计理念。欧洲 VSYNC项目的目的是利用储能系统使电网稳定性得到改善，根据此项目，目前有两所大学提出了电流控制型 VSG 技术方案，它们分别是德国克劳斯塔尔工业大学和比利时鲁汉大学。前者主要是模仿了同步发电机的外特性，但没有模仿同步发电机的电压调节特征。比较之下，后者的“VISMA(virtual synchronous machine)”技术对同步发电机的特性的体现得更加透彻。但是，电流控制型 VSG 相当于电流源，不能为系统的运行提供频率和电压的支持。学者们提出了电压控制型 VSG 技术方案来使电流控制型 VSG 更加完善。日本大阪大学 Toshifumi Ise 教授、合肥工业大学丁明教授还有英国利物浦大学钟庆昌教授等研究团队是比较典型的电压控制性 VSG 技术研究团队。其中，丁明教授、Toshifumi Ise 教授的观点主要是在同步发电机机电暂态模型的基础上提出的。该技术方案不但模拟了同步发电机的转子惯量而且模拟了系统调频特性，使得系统频率的稳定性大幅提高;同时，在控制电压方面，对电压和无功之间的关系着重考虑，使电压可以稳定输出。钟庆昌教授等提出了 Synchroverter 概念，他们从 VSG 交流侧的动态模型着手，对同步发电机的电磁暂态和机电暂态特征都予以考虑，使 VSG 在物理和数学模型上可以实现与同步发电机很好的等效。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究内容
了解船舶微源的基本概念及发展动态，选取一种船舶新能源作为研究对象，研究其工作原理及特征表现。研究不同拓扑结构逆变器工作原理及其应用范围，根据所船舶新能源对象的特征选取合适的逆变器，建立逆变器数学模型，设计控制方案，并分析逆变器并网条件，研究逆变器并网控制策略，设计逆变器并网控制系统，最后在simulink 仿真平台中建立船舶微源逆变器并联系统仿真模型，针对船舶电力系统特点做仿真实验，验证所搭建的船舶微源逆变器模型的正确性及所设计的控制系统能满足船舶规范的要求。
1.建立轴带发电机数学模型（包含逆变器）；
2.研究逆变器并网控制策略（功率分配），设计逆变器并网控制系统；
3.最后在 simulink 仿真平台中建立船舶微源逆变器并联系统仿真模型，针对船舶电力系统特点做仿真实验，验证所搭建的船舶微源逆变器模型的正确性及所设计的控制系统能满足船舶规范的要求。
2.2 技术方案
1.在不同坐标系下建立轴带发电机数学模型，在建立的微源逆变器数学模型的基础上，对逆变器的控制方法进行研究；
2.采用 vsg 研究逆变器并网控制策略，设计逆变器并网控制系统；
3.在 matlab/simulink 中建立船舶微源逆变器并联系统的仿真模型，根据上述研究结果，得出结论，并优化控制策略绪论，

绪论，整理研究对象的目的及意义含国内外现状，

建立轴带发电机数学模型（包含逆变器），
研究逆变器并网控制策略（功率分配），设计逆变器并网控制系统，

3. 研究计划与安排

1-3周：查阅国内外文献，完成开题报告；

4-5周：翻译5000以上汉字的英文资料，翻译基本准确；

6 周： 研究逆变器工作原理并建立逆变器数学模型；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]叶丹.低碳经济对我国航运业的影响.水运管理，2010. 32(9): 17-19.

[2]赵殿礼，张春来.船舶电气设备与系统.大连:大连海事大学出版社，2008, 11

[3] azmy a m，erlich i. impact of distributed generation on the stability of electrical power systems，2005