基于整流发电机故障诊断的电力推进系统保护研究

发布时间：2020-04-19 16:12

【摘要】：整流发电机在船舶电力推进系统中起到主要的电能来源作用,它在正常运行过程中可靠程度、故障后的快速诊断和影响以及故障后的保护都直接影响着船舶的安全稳定运行。所以基于整流发电机故障诊断对电力推进系统的保护,得到了国内外学者们的关注并且成为了研究的重点,具有一定的实际工程意义。本文针对以下几个方面进行了深入研究。第一,基于环形网络结构的船舶电力推进系统,构建了原动机及其调速系统、十二相同步整流发电机及其励磁系统以及推进系统的仿真模型,实现了整流发电系统单机、船舶电力推进系统在不同工况的仿真运行,仿真结果正确并为后续研究奠定了基础。第二,针对发电机整流输出侧短路故障和整流元件开路故障,深入研究了其故障机理和故障特征。针对发电机输出侧短路故障,推导了空载运行状态下输出侧短路电流的表达式,在此基础上进行了仿真验证。针对整流元件开路故障,将其分为五小类故障,并对直流侧输出电压和交流侧相电流进行了仿真对比。通过仿真分析总结了上述两大类故障后对推进系统产生的影响。第三,针对发电机整流输出侧短路以及整流元件开路两大类故障,分别采用小波分析和BP神经网络以及小波分析和RBF网络的方法对当前故障分属于哪一类别进行诊断,然后利用发电机交流侧十二相相电流对故障的二极管进行有效定位。第四,设计了一种新型直流限流式断路器,重点分析了拓扑结构、工作原理、控制原理和参数设计四个方面,在此基础上构建了仿真模型并进行验证。为保证可持续的对负载供电,基于新型直流限流式断路器,对船舶电力推进系统保护方案进行了设计,仿真验证了保护方案行之有效。第五,基于实时性、故障诊断以及保护等要求,在SQL Server、LabVIEW、MATLAB和Veristand等的基础上,完成了船舶电力推进系统故障诊断与保护实时模拟仿真平台的搭建,并以实例证实了实时模拟仿真平台的实用性。
【图文】：

框图,原动机,调速系统,框图

1 2gp gdJ Kp M Mdtω+ ω= (2-7)在忽略输出转矩滞后时间 Td、空载损耗的情况下，由速度特性和调整特性可得：1 1 1 1 12 0 0( )9.55 / 9.55 /2 /60dd d dM K n d aL t T K n d aLM M M M P n P nω πn= + + ≈ + += + = + ≈=(2-8)将公式(2-7)代入公式(2-8)则可以得到：1 1gdp ggd PJ Kp K n d aLdtωωω+ = + + (2-9)其中：τ 为柴油机的冲程系数；Vl是气缸容积；K 为阻尼系数；n 为转速；L 为执行器的输出轴位移；pp代表整流发电机极对数；M0, M2, Md分别为空载力矩、阻力矩、电磁力矩；pe, Pd分别代表平均有效压力和输出电磁功率。2.2.3 原动机的调速系统设定值、转速控制器、伺服机构、转速传感器和原动机五个部分[51]共同构成了原动机及其调速系统，它的框图结构如图 2.3 所示。伺服机构

框图,船桨,模型框图

0.13en n ≥ 0 00.22 / 00.22ps se p sep pevv v v vv vω ≤ = < ≤ > (2船在运行过程中将会承受来自水、空气的阻力作用，其中水阻力占主要部分。对较低的情况而言，其所受阻力 R 与船速间的关系如下所示：2sR = rv(2船桨运动方程的表达式为：( ) (1 )sdvm m P - t Rdt+ Δ = (2各式中：ρ 为海水密度；Dp为直径；r 为阻力系数；n 和 Pe分别为螺旋桨的转速推力；m 和 Δ m分别为船体和随船运动的附着水质量， Δ m≈(5%～15%)m；下e 为额定值。综上所述，船桨模型的框图如图 2.9 所示：' ' '' 3 2 '2M =K ρD v JTLn
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U672;TM31

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