船舶电力系统为全船提供电力,涵盖了电力的生成、输送、分配与使用的全过程,是船舶动力系统的重要组成部分。随着船舶日趋大型化及海洋工程设备应用的复杂化,船舶电力系统的容量也在日益增大,同时,系统中经常会有大负载设备投入使用,这些设备对瞬时电能的需求非常大,这就要求船舶电力系统能够提供瞬时的脉冲功率,否则,将会引起电网电压的大幅度低落,严重者造成电网的崩溃。常规的电力系统一般很难面对这样复杂的工况,迫切需要对现有的电力系统进行升级。目前广泛采用的方案是引入储能系统作为脉冲负荷的缓冲,以此弥补发电机供电的不足,从而提高船舶电力系统的安全性与稳定性。储能系统、发电机组通过功率变换器连接到公共直流母线上,考虑到为功率变换器设计性能优越的控制器也是维持直流母线电压稳定性的重要手段,因此,本文重点对功率变换器的控制策略展开研究,全文的主要内容如下:1.首先建立船舶直流微电网中发电机、电压源型整流器、混合储能系统、船舶电力推进系统等组件的数学模型,为接下来控制策略设计与仿真实验做准备,接着,综合考虑发电机的爬坡功率、母线负载变化率、蓄电池与超级电容的特性等因素对船舶能量管理系统进行设计,让发电机按照最大爬坡功率进行出力,剩余的功率通过频率解耦的方式分配到蓄电池与超级电容上。2.针对船舶系统中可能出现推进系统突加、减速以及脉冲负载不定期接入使用的复杂工况,设计了一款基于预设性能的终端滑模控制器用于稳定船舶直流母线电压。首先在直流母线电压控制环路中引入预设性能控制,利用预设性能函数对直流母线电压的跟踪误差进行约束,使其能按预定的速度收敛,且最终稳定在预设的边界之中。在电流控制环中,设计终端滑模控制器以保证电流跟踪的快速性与准确性。接着依据Lyapunov稳定性理论证明了控制系统的渐进稳定性。最后,通过仿真验证了所提控制策略的有效性,并与传统的反推、终端滑模控制策略作对比,进一步凸显了所设控制器的优越性。3.针对终端滑模控制带来的抖振以及模型中参数的不确定性问题,设计了一款基于预设性能的自适应分数阶滑模控制策略。首先,为了同时兼顾直流母线电压跟踪的动态与稳态性能,在直流母线电压的控制环路中引入预设性能控制,使得误差按照预定的速度进行收敛,同时满足稳态误差要求。其次,为了解决终端滑模带来的电压抖振,在电流控制环路中设计了一款新颖的分数阶滑模控制器。另外考虑到数学模型中的参数时常受到系统功率变化以及外界不可控因素的影响而发生变化,参数的不确定性也是影响控制精度不容忽略的因素,因此本文利用自适应率对未知参数进行在线辨识,与此同时,为了保证被估计参数的有界性,引入投影算子对自适应率进行实时修正。最后,通过对比仿真验证了所设控制策略在改善船舶直流母线电压稳定性方面的有效性与优越性。