舰船综合电力系统建模与模型降阶理论研究

为解决舰船综合电力系统因高阶非线性复杂元件居多而难以定量分析系统稳定性的问题，本项目拟建立综合电力系统复杂元件建模及模型降阶理论。通过研究多脉波不控整流器、多套多相电机的通用建模方法及数学模型，彻底解决该类复杂元件的数学建模问题，完善综合电力系统元件建模理论；通过研究多脉波不控整流器等效为六脉波不控整流器、多套多相电机等效为单套多相电机的降阶条件及方法，建立综合电力系统元件级模型降阶理论；以降阶前后系统静态稳定性、暂态稳定性不变为前提，分别提出并验证小扰动、大扰动下舰船综合电力系统的降阶条件，并给出降阶前后系统动态特性的误差定量计算方法，从而建立综合电力系统的系统级模型降阶理论。该项目的研究将为舰船综合电力系统现有各模块的研制及系统分析奠定坚实的理论和技术基础，具有重大的科学意义和实用价值。

综合电力系统将传统舰船上相互独立的机械推进和电力系统融为一体，大幅提高了舰船的战技性能，成为未来舰船动力平台的发展方向。定量的系统分析和计算是开展综合电力系统方案论证、设备选型、系统运行控制等的基础。目前，国内虽然在综合电力系统的特种电机建模和数值计算方面取得了较大的进展，但针对综合电力系统的定量分析计算仍存在部分设备模型不完善、系统时域仿真计算效率低、稳定性量化评估计算量大等问题。. 为解决这些问题，本项目首先通过将不控整流器近似为可控整流器与Boost斩波器级联的系统，建立了多脉波不控整流器在直流侧电流断续和连续模式下的动态大信号数学模型，解决了现有不控整流器动态数学模型无法描述直流侧电流断续工作模式的问题；其次，将现有多相电机数学模型推广至一般，建立了三种不同形式多套多相电机的通用数学模型，完善了综合电力系统元件建模理论；第三，研究了综合电力系统元件级模型简化方法，建立了多套多套电机及其配套电力电子装置的降阶模型，提高了这些复杂元件的电磁暂态时域仿真计算效率；第四，利用奇异摄动理论、矩阵特征值扰动定理和非线性系统稳定域边界二次近似方法，提出了能保证降阶前后系统稳定性不变的多时间尺度线性系统和非线性系统的模型降阶条件与方法，能为综合电力系统的定量分析提供简化模型；最后，提出了一种基于降阶模型的非线性系统稳定性快速评估方法，能在保证评估精度的前提下，大幅提高系统稳定性评估效率。. 本项目的研究成果可为综合电力系统的精确定量分析、设计和计算提供理论和技术基础，还可推广应用于民用独立电力系统，具有重要的科学意义和实用价值。