电力推进船舶能量管理系统控制策略研究

发布时间：2017-10-20 02:34

  本文关键词：电力推进船舶能量管理系统控制策略研究

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【摘要】：电力分配系统是所有安装的电力设备之间共同的连接点。启动和潮流，负载波动以及电网受谐波的干扰，使负载和发电机之间相互联系与相互影响。优化电力系统操作和控制对于安全操作和最小化燃油消耗是非常重要的。而能量管理系统（PMS）是船舶自动化系统和电力系统的重要组成部分，特别是电力推进船舶和动力定位船舶。PMS控制电力系统以实现最大化防失电能力和最小化燃油消耗，同时也能够通过保护设备防止故障和设备失灵来降低设备维修成本。PMS通过与其它控制系统的相互作用，能使船舶的性能得到最大发挥。 本文主要从发电机组配置控制，负载限制控制和快速减载控制技术方面进行研究。在确保充足和可靠的电力供应到船上的各种电力负荷的同时，降低运营成本，并在提高船舶自动控制水平方面做出了一点工作。本文主要进行了以下几方面的工作： （1）简述了能量管理系统的结构组成，包括结构特点、功能模块和建模要求。对电力系统进行建模，在保证仿真的实时性和精度方面，采用了能体现大负载波动影响的柴油机模型。由于发电机相对柴油机的反应速度更快，发电机的模型只采用了稳态模型，而整个电网则采用复矢量建模。同时分析了发电机配置控制的基本量化关系，发电机组启停和负载的关系，以及可用功率的计算方法。 （2）介绍了推进负载限制控制，描述了螺旋桨的负载特性，并进行了建模。对推力损失的外部环境影响和运行模式影响两个方面进行了介绍。分析了螺旋桨负载和电力系统动态关系，以此得出提高电网稳定性和限制螺旋桨负载的必要性，并进行了推进器加速度的负载限制控制器的研究。 （3）分析了大负载突变情况下发电机组的反应时间，并介绍了现有的四种不同的减载控制方法：基于可用功率的卸载系统、基于频率的卸载系统、基于事件快速减载系统和基于频率的快速相反馈减载系统。对四种减载控制进行了对比，介绍了其减载方法和策略的利弊。最后分析了两种不同的减载数量控制策略，并根据其对应不同负载量的情况下柴油机负载加载和减载需求时间进行优化。 （4）在综合考虑柴油机动态特性和推进器负载限制控制的基础上，根据功率重分配控制的方法，设计一种全局工况分布式的能更有效的减少电网频率和电压波动的控制策略，并与现存的速度控制策略进行对比，分析了其在提高电网稳定性方面的优势。该策略的主要方法是限制负载波动大的推进器向电网注入波动负载，，提高电力系统稳定性。
【关键词】：电力推进 快速减载 负载限制控制 功率重分配
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U665
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究的背景与意义10-11
• 1.2 电力推进船舶概述11-14
• 1.2.1 电力推进船舶的电力系统结构11-12
• 1.2.2 电力推进船舶的控制结构12-14
• 1.3 能量管理系统的研究现状14-16
• 1.3.1 能量管理系统控制策略14-15
• 1.3.2 能量管理控制策略现状及发展趋势15-16
• 1.4 论文的主要研究内容及技术路线16-19
• 1.4.1 论文的主要研究内容16-17
• 1.4.2 论文研究的研究方法和技术路线17-19
• 第2章 电力推进船舶能量管理系统基础19-36
• 2.1 能量管理系统的结构组成19-22
• 2.1.1 能量管理系统的结构特点19-20
• 2.1.2 能量管理系统功能模块20-21
• 2.1.3 能量管理系统建模要求21-22
• 2.2 电力系统建模22-29
• 2.2.1 柴油机模型22-24
• 2.2.2 发电机模型24
• 2.2.3 电力系统模型24-27
• 2.2.4 电力系统负载分配27-28
• 2.2.5 自动电压调节器（AVR）28-29
• 2.3 机组调度控制29-34
• 2.3.1 发电机瞬态负载29-30
• 2.3.2 发电机组启动与负载的关系30-32
• 2.3.3 发电机组负载控制启停关系32-33
• 2.3.4 可用功率33-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第3章 基于推进器负载限制控制策略研究36-47
• 3.1 螺旋桨负载特性模型36-37
• 3.2 推力损失影响37-40
• 3.2.1 外部环境影响37-38
• 3.2.2 运行模式影响38-40
• 3.3 螺旋桨负载和电力系统动态40-42
• 3.4 静态推进器负载限制控制42-46
• 3.4.1 推力负载波动关系42-43
• 3.4.2 推进器负载限制控制43-44
• 3.4.3 推进负载率限制44-45
• 3.4.4 基于推进器加速度的负载限制控制45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 基于快速减载系统控制策略研究47-58
• 4.1 发电机响应特性47-49
• 4.2 快速减载控制方法49-53
• 4.2.1 基于可用功率的卸载系统50
• 4.2.2 基于频率的卸载系统50-51
• 4.2.3 基于事件快速减载系统51-52
• 4.2.4 基于频率的快速相反馈减载系统52-53
• 4.3 减载数量53-55
• 4.3.1 过量瞬态阶跃负载减载（策略 1）54-55
• 4.3.2 全瞬态阶跃负载减载（策略 2）55
• 4.4 优化瞬态负载阶跃减载55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 全局工况分布式控制策略58-81
• 5.1 减少电网功率波动的方法58-60
• 5.1.1 负载扰动的分类58-59
• 5.1.2 减少电网波动的方法59-60
• 5.2 现场推进器控制的影响60-65
• 5.2.1 速度控制的影响60-62
• 5.2.2 功率控制的影响62-63
• 5.2.3 推进器综合控制概念63-65
• 5.3 现场的控制技术对电网加载存在的问题65-66
• 5.4 功率重分配控制66-70
• 5.4.1 功率重分配控制概念66-69
• 5.4.2 负载依赖 PRC 参数69-70
• 5.5 动态仿真及结果分析70-80
• 5.5.1 发电机组加载71-72
• 5.5.2 发电机组减载72-73
• 5.5.3 发电机组跳闸73-76
• 5.5.4 推进器功率波动76-80
• 5.6 本章小结80-81
• 第6章 总结与展望81-83
• 6.1 全文总结81-82
• 6.2 不足之处及后续研究展望82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-86

【参考文献】

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本文编号：1064781