深水钻井船功率管理系统的研究

发布时间：2017-09-01 08:21

  本文关键词：深水钻井船功率管理系统的研究

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【摘要】：目前,我国对石油消费的需求越来越大,已经跃居世界第二并且对石油的需求呈现逐年增长的趋势。因此,海洋油气的开发显得尤为重要。最近几年,海洋油气的开发已经逐渐从浅海向深海发展。而钻井船具有一些其他钻井平台没有的优点,如自航能力强,机动性好等。钻井船的一些独特优点使它成为海洋油气开发的主要设备。为了提高钻井船的稳定性,安全性,经济性,功率管理系统的研究显得十分重要。本文以3000米作业水深钻井船功率管理系统作为研究课题,为了实现功率管理系统的断电预防和燃料消耗最小这两个主要功能,把大功率负载作为研究对象,对柴油发电机组进行转速控制与负载分配。论文主要工作如下:(1)整理并归纳了功率管理系统的组成与功能,并进一步对深水钻井船功率管理系统的主要功能进行了研究、设计以及对钻井船电力系统进行了研究、设计。(2)对螺旋桨负载进行了分析与研究。先对螺旋桨建模分析,并对螺旋桨的典型工况进行Matlab/Simulink仿真研究,再从螺旋桨的功率特性进行计算分析,提出了基于加速度的推进器负载限制控制方法。然后给出了钻进船功率监控系统的结构框图和推进器的监控信号结构框图。最后,通过实验得到钻井船在7种不同工况下的负载变化特性曲线图,从而为PMS对发电机组在不同工况下做出相应的策略奠定基础。(3)对柴油发电机组的调速系统进行优化控制并对发电机组进行负荷分配。先对柴油发电机组的调速系统建立仿真模型,然后在Matlab/Simulink仿真中,对PID、积分分离PID、基于干扰观测器的PID这三种控制方法进行了比较,并通过Matlab/Simulink仿真结果说明了当采用基于干扰观测器的PID控制方法时,超调量得到明显的减小,转速控制效果得到了很大的改善。另一方面对发电机组启停与负载分配进行计算推导仿真并对发电机组的在线可用功率进行计算。(4)对电网断电故障的原因进行分析,然后对电网断电时发电机组应对策略分析,再从减负载方法的探讨来确定快速卸载方法,最后给出了电力系统的停电预防功能控制结构图。
【关键词】：钻井船 功率管理系统 转速控制 断电预防
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.381
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 课题研究的背景和意义12-13
• 1.2 钻井船功率管理系统的国内外研究现状13-15
• 1.2.1 钻井船的研究13-14
• 1.2.2 功率管理系统的研究14-15
• 1.3 本论文研究的内容与方法15-16
• 第2章 钻井船功率管理系统的组成及功能16-22
• 2.1 功率管理系统的组成与功能16
• 2.2 功率管理系统的设计和研究16-19
• 2.2.1 功率管理模式17
• 2.2.2 根据负载自动增机/减机17
• 2.2.3 机组投入和并联运行17
• 2.2.4 电力推进装置和钻井装置功率限制17-18
• 2.2.5 重载询问18
• 2.2.6 自动分级卸载及分级启动18
• 2.2.7 船电向岸电的转换18
• 2.2.8 人机界面监测功能18
• 2.2.9 断电恢复18-19
• 2.3 钻井船电力系统的设计和研究19-20
• 2.3.1 电源装置19
• 2.3.2 配电装置19
• 2.3.3 电力网19-20
• 2.3.4 负载20
• 2.4 本章小结20-22
• 第3章 大功率负载的分析与研究22-46
• 3.1 螺旋桨负载特性研究22-26
• 3.1.1 螺旋桨特性参数分析22
• 3.1.2 淌水螺旋桨的推力和转矩分析22-23
• 3.1.3 螺旋桨工作特性曲线23
• 3.1.4 伴流系数23-24
• 3.1.5 推力减额系数24-25
• 3.1.6 船舶运动过程中所受的阻力25-26
• 3.2 螺旋桨负载数学模型26-29
• 3.2.1 有界形式下的四象限螺旋工作特性26-27
• 3.2.2 推力系数和转矩系数的求值27-28
• 3.2.3 船机桨数学模型28-29
• 3.3 螺旋桨负载特性动态仿真29-33
• 3.4 推进器负载限制和功率监控系统的设计33-38
• 3.4.1 推进器功率系统动态特性34-35
• 3.4.2 推进器推力与转矩损失因素35
• 3.4.3 推进器负载限制控制器35-37
• 3.4.4 推进器功率监控系统的设计37-38
• 3.5 负载特性变化的实验数据分析38-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 柴油发电机组的转速控制与负载分配46-58
• 4.1 柴油发电机组转速控制研究46-50
• 4.1.1 柴油发电机转速控制原理分析46-47
• 4.1.2 干扰观测器的基本原理47-48
• 4.1.3 仿真结果分析48-50
• 4.2 发电机组负载分配控制研究50-55
• 4.2.1 基于负载状况的发电机组启停与负载分配50-54
• 4.2.2 在线可用功率的计算54-55
• 4.3 负载分配仿真55-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第5章 断电故障的预防控制58-68
• 5.1 钻井船电网断电故障原因分析及策略的研究58-59
• 5.2 电网断电时发电机组应对策略分析59-61
• 5.3 减少负载量分析61-63
• 5.3.1 减去过多的瞬时负载阶跃量62-63
• 5.3.2 减去瞬时加载的负载阶跃量63
• 5.4 快速卸载系统控制方法的研究63-65
• 5.4.1 基于有效功率卸载的方法63-64
• 5.4.2 基于频率卸载的方法64
• 5.4.3 基于突发事件的卸载方法64-65
• 5.5 断电预防65-66
• 5.6 本章小结66-68
• 总结与展望68-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文74-76
• 致谢76

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本文编号：770979