全电推进舰船燃气轮机发电机组动态仿真及控制

发布时间：2020-05-31 14:54

【摘要】：随着海面舰船对机动性、经济性、安静性等方面要求的提高,舰船综合电力推进系统应运而生。全电力推进舰船主机与所有负载以电气结构相连,负载的波动直接影响主机的工作特性乃至整船的运行稳定性。高能武器的投入、大功率设备的起停、推进系统的工况变化等等都有会造成瞬时的负荷突变,对舰船电网产生较大的冲击负荷。而船舶电网是一个孤立运行并且容量小的电网,相较于地面电网而言对负载扰动的敏感性更强。因此,为了保证舰船电力系统的稳定性和可靠性,对燃气轮机发电系统的调速性能提出了更高的要求。本文首先在Matlab/Simulink平台建立了包括燃气轮机发电系统、电力变换模块、典型的电力负载模块(推进系统、电磁轨道炮、以及日用负载)、以及船桨运动模块在内的完整舰船电力系统。然后对典型负载不同工作状态下的功率特性进行仿真和分析,如启动过程、加速及减速过程、电磁轨道炮充电及弹射过程等。通过仿真分析对负载的扰动情况有了一定的认识,为下一步燃气轮机发电机组控制系统的建立打下基础。进而分别分析对比了传统的机械推进及电站用燃气轮机与用于全电推进舰船燃气轮机控制方式的异同,并建立了针对本文研究对象的燃气轮机控制系统。基于该系统分别在不同的舰船电力负载扰动下进行仿真,并观察控制效果。通过仿真发现,多数情况下该套控制策略调速性能良好,而对某些大负荷的扰动下恢复稳定所需时间长,动态过程燃机转速跌落大。因此从燃气轮机控制系统角度引入了负载动态前馈及基于燃油量预估的前馈环节,通过提前增加油量来平抑电网的波动;在物理结构方面,增加了利用机电转化关系的飞轮储能装置,并对其工作模式切换策略展开了研究。通过仿真发现,加入这两种手段后,负载扰动下船舶综合电力系统的稳定性均有一定提升。
【图文】：

(a) (b)图 2-2 压气机流量特性曲线((a)图为导叶角全开，(b)图为导叶角全关)此基础上，根据转子转速及压比，分别计算当前时刻导叶角全开态下压气机的流量，再根据经过控制后得到的导叶角开度进行线到实际的压气机流量特性，该计算模块如图 2-3 所示。对于压气块也采用类似的方式，在此不再赘述。

起动逻辑在MATLAB中的实现
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U674.703

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 谭松林;何泽夏;毛根旺;;国外电推进技术的新进展[J];火箭推进;2001年04期

2 聂万胜,庄逢辰;航天器电推进技术现状与发展趋势[J];装备指挥技术学院学报;2003年01期

3 ;全电推进卫星余震尚存[J];卫星与网络;2013年05期

4 张世良;;第十七届国际电推进会议简介[J];真空与低温;1985年02期

5 吴汉基;第25届国际电推进会议召开[J];中国空间科学技术;1997年06期

6 周以蕴;美国卫星厂商竞相开发电推进技术[J];国际太空;1998年08期

7 李云;;国外全电推进卫星发展分析[J];国际太空;2014年03期

8 毛根旺,韩先伟,杨涓,何洪庆;电推进研究的技术状态和发展前景[J];推进技术;2000年05期

9 一林;电推进技术应用日益广泛[J];国际太空;2003年05期

10 吴汉基,蒋远大,张志远;电推进技术的应用与发展趋势[J];推进技术;2003年05期

相关会议论文 前10条

1 刘江;赵宏;;卫星电推进应用技术现状及发展[A];全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议论文集[C];2006年

2 蒋光林;郭秉毅;潘海林;;电推进氙气流量控制机构[A];全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议论文集[C];2006年

3 杨福全;张天平;周海燕;耿海;江豪成;周必磊;;离子电推进在小行星探测器上的应用研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会论文集（中册）[C];2012年

4 陈益峰;秦晓刚;杨生胜;李得天;柳青;汤道坦;史亮;王俊;;电推进应用诱发的空间等离子体分布特性研究[A];中国真空学会2012学术年会论文摘要集[C];2012年

5 张天平;张雪儿;周昊澄;于文熙;;载人深空探测使命电推进技术研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第十届学术年会论文集[C];2013年

6 夏广庆;孙安邦;朱国强;朱雨;霍超;;法国电推进技术的研究与发展[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年

7 张天平;龙建飞;孙明明;;深空探测使命中电推进应用综述[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会论文集（中册）[C];2012年

8 颜则东;张剑锋;庄建宏;姚日剑;杨生胜;;深空电推进羽流诊断技术研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会论文集（中册）[C];2012年

9 黄建国;赵华;任琼英;易忠;刘国清;孟立飞;张超;刘业楠;;螺旋波电推进火星超低轨道维持技术研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会论文集（上册）[C];2012年

10 颜则东;张剑锋;柏树;杨生胜;;电推进羽流污染物分析[A];第三届空间材料及其应用技术学术交流会论文集[C];2011年

相关重要报纸文章 前6条

1 本报通讯员 郭兆炜 刘之辉 本报记者 付毅飞;中国航天大步迈向电推进时代[N];科技日报;2014年

2 索轩;中国航天器将步入电推进时代[N];中国航天报;2014年

3 胡逢超;电推进时代还有多远[N];中国航天报;2014年

4 彭维峰 温正;电推进:叩开下一代航天器的大门[N];中国航天报;2014年

5 记者 伏润之;航天510所离子电推进技术取得突破性进展[N];甘肃日报;2014年

6 杭观荣 上海空间推进研究所博士;空中运输工具掀起绿色革命[N];文汇报;2014年

相关博士学位论文 前5条

1 徐宁;舰用燃气轮机非连续转子热致变形及振动特性研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

2 卢可;新型燃气轮机再热联合循环发电关键技术研究[D];华北电力大学(北京);2017年

3 杨大林;全电推进卫星轨道设计与控制若干关键技术研究[D];南京航空航天大学;2016年

4 李铁磊;船舶燃气轮机装置分布式集成仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2014年

5 曹磊;盐雾腐蚀条件下燃气轮机压气机性能衰退研究[D];哈尔滨工程大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 王鑫龙;射频离子微推进器的设计与实验研究[D];东北大学;2013年

2 屈会力;新型磁流体发电系统法拉第型电推进研究[D];东南大学;2016年

3 李爽;电推进技术在GEO卫星轨道控制中的应用研究[D];国防科学技术大学;2015年

4 王婷;电推进羽流电磁效应分析[D];西安电子科技大学;2015年

5 梁伟;基于同步轨道转移任务的多模态电推进系统性能分析[D];哈尔滨工业大学;2013年

6 范周琴;电推进发动机羽流流场DSMC/PIC混合算法研究[D];国防科学技术大学;2006年

7 孟颖;表面介质阻挡放电及其在电推进上的应用[D];北京理工大学;2015年

8 屈];基于虚拟仪器技术的MPT测量系统[D];西北工业大学;2002年

9 刘智光;包钢热电厂燃气—蒸汽联合循环发电（CCPP）工程设计分析与优化运行研究[D];天津大学;2016年

10 张强;SPT壁面和等离子体换热的数学模拟和实验研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

，

本文编号：2690027