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近年来,随着世界贸易的快速增长和我国“一带一路”战略的有效推动,包括我国在内的世界航运业,普遍呈现出欣欣向荣的发展趋势。与此同时,船舶靠港所带来的环境问题也日益显著,引起了世界范围内各港口国家的关注。在此背景下,船舶岸电技术应运而生,该技术不仅能够使靠港船舶的污染物排放接近于零,还能够给港口带来可观的经济效益,减小船舶靠港的电能损耗与成本投入。目前,港口岸电的换流系统可以为船舶提供幅值可调的50/60Hz双频交流电压,其中,针对低压岸电换流器的拓扑研究和稳态运行控制已经较为成熟。相比之下,高压岸电换流器的拓扑结构选择更加丰富,控制策略也更加复杂,相关的体系研究还未获得大规模成熟的商业实践,亟待完善。另外,为了避免船舶靠岸时供电中断带来的经济损失,岸电平滑接入与解列船舶电网也一直是学界与业界重点解决的关键问题。针对上述问题,本文开展了如下工作:(1)围绕低压岸电换流系统展开研究。针对传统低压岸电换流系统普遍采用的双PWM变换器“背靠背”结构,建立两电平电压源型PWM整流器(Voltage Source Rectifier,VSR)和电压源型PWM逆变器(Voltage Source Inverter,VSI)的详细数学模型,结合网侧、直流侧以及负载侧的性能要求,对网侧滤波器、直流侧电容以及负载侧滤波器等主电路参数进行设计。在dq坐标系中,采用PI控制器,实现电压外环电流内环的双闭环控制策略,进而实现受控电压/电流的快速跟踪和无静差控制,满足岸侧整流器的单位功率因数运行要求和负载侧输出电压的高电能质量要求。通过仿真对低压岸电换流器的拓扑和稳态运行情况下的控制策略进行了有效性验证。(2)围绕高压岸电换流系统展开研究。选取模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为换流拓扑,分析MMC的基本工作原理,建立MMC的等效数学模型,完成包括桥臂电感、滤波电感和子模块电容在内的主电路参数设计,并确定MMC整流侧与逆变侧的双闭环控制策略。通过对多种调制策略工作原理、谐波水平以及适用场合等的分析对比,选择子模块数较少时谐波水平较低的载波移相调制方法;同时,分别采用二倍频环流抑制策略和子模块电容电压排序算法实现MMC内部环流抑制和子模块电容电压平衡控制。通过仿真对基于MMC的高压岸电换流系统拓扑结构和控制策略进行了有效性验证。(3)围绕岸电无缝接入与解列船舶电网的平滑切换技术展开研究。分析同步旋转坐标系下的锁相环基本原理,基于锁相环的精确锁相,实现岸电换流器输出电压与船舶电网间的相位同步。以岸电,船舶柴油发电机和船舶负载构成的电能供需系统为分析对象,针对船舶靠港、离港时负载被迫断电的痛点,分析岸电和船舶柴油发电机短时并联运行的数学模型,提出了一种基于相电压参考值的负载转移算法,实现船舶负载电源在岸电与船舶发电机之间连续、平滑的切换。通过仿真对控制算法的有效性进行了验证。(4)搭建以DSP TMS320F28069M和PLECS RT BOX为核心的硬件在环仿真平台,RT BOX用来实现硬件系统的半实物模拟,DSP用来实现半实物模型的实时采样与开关控制信号的产生,通过仿真平台对本文所提出的结构与控制策略进行了进一步验证。