电推船能量管理冗余控制器设计

发布时间：2017-10-24 04:25

  本文关键词：电推船能量管理冗余控制器设计

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【摘要】：电力电子技术飞速发展,推动了船用电力架构变革,使得船舶能量转换的面貌彻底改变。电推船主要由发电系统、配电系统、推进系统、调速控制系统和监控系统组成,其全部设备或者绝大部分设备都需要用电或者采用电力传动。电力推进、大功率设备等高耗能负载的出现,使得电推船电力的产生、分配、管理变得相当复杂。与常规动力船舶相比,电推船电力系统网络结构发生了较大变化。因此需要采用集中式控制、分布式管理的冗余监控模式。能量管理系统根据全船功率需求对每台发电机组进行监控并协调发电机的工作;对推进、脉冲、高功率设备进行负载综合计算分析和协调管理,采用基于系统分析之上的深层次能量(基于功率)管理方式,合理分配各种负载的电能。能量管理系统功能综合、信息分散,保持动力系统在当前操作下处于最佳运行状态,是监控系统的核心,是船舶控制设备的评判部件,对综合全电力系统的最佳操作与控制优化,具有重要作用。因此,能量管理系统应具有较强的实时性和较高的可靠性,才能确保电推船供电系统在任何时候都能提供与用电需求相匹配的电能。本文在充分分析了现有冗余控制方案的基础上,结合容错系统、嵌入式系统和实时系统的优点,提出了热备冗余硬件方案。根据全电力推进船的能量管理控制系统特点,合理分配系统资源和控制功能优先级,基于角色分配、数据同步以及心跳同步设计了嵌入式冗余容错能量管理控制器。最后,本文基于半物理仿真试验,完成冗余容错能量管理控制器的功能和性能验证。试验证明了本文设计的能量管理控制器能实现冗余功能,当主控制模块发生故障时,备用模块快速切换获取控制权,实现机组优先级设置、最小发现机组数限制、负载管理等控制功能。本控制器可推广于电推船能量管理系统,具有较好的经济性和社会价值。
【关键词】：能量管理冗余控制 角色分配 同步
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U665.1;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 能量管理控制器国内外现状11-14
• 1.2.1 国外能量管理控制器发展现状11-13
• 1.2.2 国内能量管理控制器发展现状13-14
• 1.3 能量管理控制器发展趋势14-15
• 1.4 论文的研究内容15-16
• 1.5 论文组织结构16-17
• 第2章 电推船能量管理功能设计17-27
• 引言17
• 2.1 能量管理系统需求分析17-19
• 2.2 能量管理控制器功能设计19-26
• 2.2.1 控制方式与运行模式设置19-20
• 2.2.2 故障换机20
• 2.2.3 限制最小发电机组数量20
• 2.2.4 设置机组起动优先级20-21
• 2.2.5 自动增减机21-22
• 2.2.6 自动调频调载22-23
• 2.2.7 负载管理23
• 2.2.8 特殊控制23-25
• 2.2.9 监测报警25
• 2.2.10 冗余控制25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 电推船能量管理冗余控制器总体设计27-38
• 引言27
• 3.1 电推船能量管理控制器故障分析27
• 3.1.1 电推船能量管理控制器的故障来源27
• 3.1.2 电推船能量管理控制器的故障类型27
• 3.2 电推船能量管理控制器可靠性分析计算27-32
• 3.2.1 电推船能量管理控制器可靠性27-29
• 3.2.2 电推船能量管理控制器可靠性对比29-32
• 3.3 电推船能量管理冗余控制器系统设计原理32-36
• 3.3.1 冗余控制器原理框架32-33
• 3.3.2 冗余控制方式33-35
• 3.3.3 同步方式35-36
• 3.3.4 心跳同步36
• 3.4 本章小结36-38
• 第4章 电推船能量管理冗余控制器硬件设计38-52
• 引言38
• 4.1 电推船能量管理冗余控制器硬件总体设计38-40
• 4.1.1 控制器硬件架构38-39
• 4.1.2 控制器硬件组成39-40
• 4.1.3 控制器对外接口40
• 4.2 电推船能量管理冗余控制器硬件功能40-42
• 4.2.1 控制模块40-41
• 4.2.2 开关量输入模块41
• 4.2.3 开关量输出模块41
• 4.2.4 模拟量输入模块41
• 4.2.5 模拟量输出模块41-42
• 4.3 电推船能量管理冗余控制器模块化硬件详细设计42-51
• 4.3.1 控制模块42-43
• 4.3.2 开关量输入模块43-46
• 4.3.3 开关量输出模块46-47
• 4.3.4 模拟量输入模块47-49
• 4.3.5 模拟量输出模块49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 电推船能量管理冗余控制器软件设计52-80
• 引言52
• 5.1 电推船能量管理冗余控制器软件总体设计52-54
• 5.1.1 数据流向与接口52-53
• 5.1.2 软件架构53-54
• 5.2 电推船能量管理冗余控制器控制功能详细设计54-64
• 5.2.1 控制方式转换55-57
• 5.2.2 机组故障自动换机57
• 5.2.3 最小发电机组数量限制57-58
• 5.2.4 机组起动优先级设置58-59
• 5.2.5 自动增机/减机59-60
• 5.2.6 自动调频调载60-61
• 5.2.7 负载管理61-62
• 5.2.8 特殊控制62-63
• 5.2.9 任务实现63-64
• 5.3 电推船能量管理冗余控制器冗余功能详细设计64-79
• 5.3.1 初始化64-71
• 5.3.2 同步处理71-74
• 5.3.3 故障切换74-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第6章 系统功能验证80-97
• 引言80
• 6.1 系统功能验证测试环境建立80-81
• 6.2 系统冗余切换时间计算81-82
• 6.3 系统的测试试验82-95
• 6.3.1 试验准备82-83
• 6.3.2 功能试验83-95
• 6.4 本章小结95-97
• 第7章 总结展望97-100
• 7.1 工作总结97-98
• 7.2 工作展望98-100
• 参考文献100-104
• 作者攻读硕士期间发表的论文和科研成果104-105
• 致谢105

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本文编号：1087031