海洋环境下船用太阳能光伏系统特性研究

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1、独创性声明IIHIIIMIIIJlHIIIIIIlilJllY2363221本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文使用授权书纠3．f一年本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送

2、交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。(保密的论文在解密后应遵守此规定)研究生(签名)导师(签名)：芗奸日期：黝伊∥节武汉理工大学博士学位论文摘要自上世纪90年代开始，基于各种船型平台建成的太阳能光伏系统先后投入长期试验研究或商业运营，其对于其它形式清洁能源的接入起到了很好的示

3、范和指导作用。针对大型远洋船舶而言，构建基于船舶电力系统的太阳能光伏系统需应对特殊的运行环境和应用平台，主要涉及下述问题，包括：(1)海洋环境因素对于太阳能电池电力输出特性的影响；(2)在不同光伏渗透率(功率比重)和并网运行控制策略条件下，基于船舶电网的太阳能光伏并网系统运行特性问题；对此，本文以海洋环境下船用太阳能光伏系统的运行特性问题为基本立足点，主要进行了四个方面的研究工作：(1)针对太阳能光伏电池的理论和数学模型进行了对比分析，并以光伏电池的工程实用模型为基础，在Matlab／Simulink仿真

4、环境中建立了相应的仿真模型，实现了最大功率跟踪控制和DC／AC逆变控制的模拟仿真；(2)围绕海洋环境条件下的太阳能电池I．V输出特性问题，分别从海洋环境影响因素分析、环境模拟和输出特性对比实验研究三个方面对影响机理问题进行研究。结合理论基础和实验数据，建立了涉及多因素作用下太阳能电池输出特性的改进能量守恒模型和基于数值关系的参数关联模型：(3)以构建SPS2所涉及的相关技术规范为指导，基于Matlab／Simulink仿真软件分别对船舶电力系统和光伏并网系统进行建模和仿真研究，进而以某型营运客滚船为参考对

5、象，构建了基于实船的SPS2基本结构模型和通用仿真模型：(4)解析了环境因素介入条件下的光伏电网并网运行特性，并通过采用多模型切换的研究方法，着重针对简化船舶电网、单发电机组和多发电机组船舶电网平台上的电网运行特性问题进行了系列仿真对比研究。本文研究工作中形成的基本结论如下：(1)针对船舶电力系统的基本发展态势。船舶综合电力系统可成为接入高渗透率太阳能光伏发电系统的基础平台，实船建造高渗透率船舶太阳能光伏并网系统，需以船舶入级规范为依托，参照陆地电网光伏并网系统的相关技术要‘论文研究得到了国家建设高水平大

6、学公派研究生项目(留金发[201113005)、交通运输部应用基础研究项目(编号：2010．329．811—060)、交通运输部行业联合科技攻关项目(编号：2010．353-420．050)、湖北省自然科学基金杰出青年基金项目(编号：2010CDA085)和武汉市青年科技晨光计划项目(编号：201050231043)的资助。武汉理工大学博士学位论文求具体实施。单船多种清洁能源的综合应用是船舶电力系统发展的最高形式，在具体实施过程中可充分借鉴智能电网技术框架下的微电网理论；(2)针对海洋多因素影响下的太阳能

7、电池输出特性。海洋环境因素是导致电池板工作过程中温度升高和所接受辐照强度下降的关键因素，且环境因素的影响同时作用于这两个过程之中，其直接导致太阳能光伏电池填充因素和光伏转换效率的降低；(3)针对船舶太阳能光伏并网系统。随着光伏渗透率的提高，以最大有用功功率输出为控制策略的太阳能光伏系统在并网瞬时对于船舶电网的冲击作用增幅显著。由于缺乏惯性机械系统作为能量缓冲，船舶太阳能光伏并网系统的并网运行特性主要受逆变并网控制器执行效能的影响，合理的并网运行控制策略对于船舶太阳能光伏并网系统的稳定运行起到决定性作用。在

8、并网运行过程中，通过对同步发电机组原动机转速和励磁系统的控制，可对电网电压、电流和频率进行调节。在高渗透率光伏系统并网运行时，仅通过对励磁系统的调节，对电网电压的调节作用有限且不足以补偿电网中无功负载的功率需求，需相应的同步补偿机予以解决。关键词：海洋环境；船舶电力系统；光伏系统；并网；特性；船舶智能电网武汉理工大学博士学位论文AbstractSinceitsstartinthe1990s．thesolarshipbuiltb