基于直流电网的船舶电站高效控制策略研究

发布时间：2017-11-03 03:33

  本文关键词：基于直流电网的船舶电站高效控制策略研究

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【摘要】：如何在船上有限的空间内提供更多的电能是船舶电力推进领域一个永恒的话题。随着船舶电力系统的负荷逐年增加,对船舶电力系统的能量密度提出了新的挑战。近年来,国外一些电气公司纷纷推出了基于直流电网的船舶电力推进系统相关产品,该系统有燃油利用率高,所需空间小等优点,能显著提升船上能量密度。此外还有机械磨损小,震动和噪声小等优点,设备寿命更长,经济效益有明显改善,因此未来的应用前景比较广阔。然而国内在此领域尚没有相关产品推出,基于直流电网的船舶电站控制策略的相关研究也未见报道。本文通过仿真与实验的方法研究了基于直流电网的船舶电站的高效控制策略。为了建立基于直流电网的船舶电力推进系统的数学模型,首先对柴油机和转速调节器的数学模型以及励磁调节器的数学模型进行了仔细分析。在分析了典型柴油发电机组的油耗特性曲线、最大转矩曲线走势的基础上,提出了一种使柴油发电机组高效稳定运行的控制策略,即分区间目标控制策略。并在仿真模块中对此加以实现。在MATLAB中搭建了柴油机和转速调节器模块、励磁调节器模块、以及综合控制器等模块。在此基础上建立了基于直流电网的船舶电站单机仿真模型。根据水上船只各种航行工况的负载情况,及该航行工况在整个航行过程中所占的时间比例建立了航行工况表,按照该航行工况表对仿真负载进行合理设置。仿真结果验证了基于直流电网的船舶电力推进系统的经济性和可行性,对分区间目标控制策略的可行性也进行了有效考察。船舶电力系统为了兼顾负载总量和系统整体的效率问题,往往采用多机组并联的模式运行,根据负载的高低对发电机组进行投入或切除。通过分析多机组并联运行情况下功率的分配律,在单机仿真模型的基础上,搭建了基于直流电网的船舶电站双机并联仿真模型。仿真结果验证了基于直流电网的船舶电站多机组并联运行的可行性,也能够实现功率的平均分配。在仿真的基础上,搭建了基于直流电网的船舶电站的实物平台,通过实验验证了该船舶电站系统的可行性与可靠性,同时检验了本文所提出的分区间目标控制策略的可行性。通过对比同等负载在两种不同系统下的耗油量可以得出结论,采用了分区间目标控制策略的基于直流电网的船舶电站,其油耗率相比基于交流电网的船舶电站有明显降低,经济性明显,尤其适用于经常工作在低负载率下的船只。
【关键词】：船舶电站 直流电网 分区间目标控制 柴油发电机组 变速发电
【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】：2016
【分类号】：U665.12
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 船舶电力系统概述11-12
• 1.2 综合电力系统概述12
• 1.3 发展现状12-17
• 1.3.1 基于交流电网的船舶电力推进系统12-14
• 1.3.2 基于直流电网的船舶电力推进系统14-17
• 1.4 基于直流电网的船舶电站存在的问题17-19
• 1.4.1 船舶电站建模与仿真17-18
• 1.4.2 船舶电站控制策略18
• 1.4.3 多机组直流侧并联时功率交互振荡的问题18-19
• 1.5 本文主要研究内容19-20
• 第二章 基于直流电网的船舶电站及其控制系统建模20-37
• 2.1 原动机及转速调节器建模20-22
• 2.1.1 调速器的分类20-21
• 2.1.2 原动机与调速器数学模型21-22
• 2.2 同步发电机建模22-30
• 2.2.1 坐标变换理论23-27
• 2.2.2 标么化处理27-28
• 2.2.3 同步发电机数学模型28-30
• 2.3 励磁调节器建模30-33
• 2.3.1 励磁系统的分类30
• 2.3.2 励磁调节器的数学模型30-33
• 2.4 功率分配建模33-36
• 2.4.1 数学模型分析33-35
• 2.4.2 稳态功率的分配35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 分区间目标控制策略与综合控制器设计37-44
• 3.1 分区间目标控制策略的提出37-42
• 3.2 程序流程图42-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第四章 基于直流电网的船舶电站建模与仿真结果分析44-62
• 4.1 配套仿真模块的建模44-46
• 4.1.1 油耗计算模块44-45
• 4.1.2 负载模块45-46
• 4.1.3 运行模式控制模块46
• 4.2 单机系统仿真与分析46-54
• 4.2.1 单机仿真模型的建立46-47
• 4.2.2 单机模型仿真结果分析47-54
• 4.3 双机系统仿真与分析54-58
• 4.3.1 双机仿真模型的建立54-55
• 4.3.2 双机模型仿真结果分析55-58
• 4.4 分区间目标控制效果的仿真分析58-60
• 4.5 本章小结60-62
• 第五章 实验验证与分析62-69
• 5.1 实验平台与参数62-64
• 5.2 实验结果及分析64-67
• 5.3 本章小结67-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75

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本文编号：1134495