Variable Voltage-based Power Management of DC Microgrids : With Focus on Shipboard Power Systems

Yli vuosisadan ajan AC-sähkönjakelu on ollut laivojen sähköjärjestelmien vakiintunut standardi. Kasvavat vaatimukset polttoainetehokkuudelle ja päästövähennyksille ohjaavat kuitenkin kehitystä kohti tehoelektroniikkaan perustuvaa DC-jakelua. DC-mikroverkot mahdollistavat säädettävänopeuksisten generaattoreiden, energian varastoinnin ja uusiutuvien energialähteiden tehokkaamman integroinnin, mutta perinteiset ohjausstrategiat pohjautuvat AC-jakelun periaatteisiin, keskittyen jäykkään jännitteen säätelyyn järjestelmän joustavuuden ja vikasietoisuuden kustannuksella. Tämä väitöskirja esittää vaihtelevaan jännitteeseen perustuvan tehon-hallintastrategian DC-mikroverkoille, parantaen vikasietoisuutta ja autonomista jännitteenhallintaa. Toisin kuin keskitetyt menetelmät, strategia hyödyntää DC-jännitteen luonnollista vaihtelua, mahdollistaen hajautetun ja itseohjautuvan toiminnan. Kuormainvertterit, jotka eivät perin-teisesti osallistu jännitteensäätöön, tukevat verkon vakautta ali- ja ylijännitesäätimiensä avulla. Tämä mahdollistaa kuormien itsenäisen tuen jännitelähteille, estäen lähteiden ylikuormitukset ja sähkökatkot. Tutkimuksen keskeiset kontribuutiot ovat: (1) matemaattinen mallinnus-paradigma, joka kuvaa DC-mikroverkon ja kuormainvertterien jännitesäätäjien toimintaa; (2) uudet ali- ja ylijännitesäädinalgoritmit, jotka mahdollistavat sujuvan rinnakkaistoiminnan muiden jännitettä ylläpitävien laitteiden kanssa; (3) uudet varaustilan tasapainotusalgoritmit energian varastoinnille, jotka toimivat yhteen ohjausstrategian kanssa ja takaavat häiriöttömän jännitetason; (4) strategian suorituskyvyn arviointi laivakäytössä, sisältäen tehonsyötön priorisointiin ja sähkökatkojen estämiseen liittyviä sovelluksia. Mallinnus- ja kenttätestitulokset osoittavat, että esitetty hallintastrategia parantaa selvästi DC-mikroverkkojen vikasietoisuutta, energiatehokkuutta ja luotettavuutta merisovelluksissa. Tulokset viittaavat siihen, että menetelmä voi toimia vahvana vaihtoehtona perinteisille keskitetyn hallinnan järjestelmille, tarjoten skaalautuvan ja autonomisen ratkaisun tulevaisuuden laivasähköjärjestelmille.