动力定位船PMS功率再分配控制方法研究

摘要

随着陆地资源的日益减少和人们对海洋资源的日益关注,海洋船舶技术正以日新月异的速度发展着。其中动力定位技术作为船舶定点作业与循迹航行所必不可少的技术成为越来越多的学者争相研究的课题。船舶电站作为支持船舶动力定位功能的一项必须部分,为船舶定位提供动力来源。电力系统运行的稳定性直接影响到船舶的动力定位能力。这需要其上的电站功率管理系统(PMS)拥有很好的控制能力,以使得在船舶在恶劣海况进行动力定位时,PMS能够有效地减少由推进器带负载差异所产生的电网波动。针对此种情况,提出了一种新的控制算法——功率再分配控制(PRC),来有效地减小电网系统中的功率与频率的波动。
　　本文以“海洋石油299”船舶为例,对动力定位船舶的功率管理系统进行了系统地分析,同时通过仿真验证了功率再分配控制算法的控制效果。论文主要内容如下:
　　1.详细分析了动力定位船舶电力系统中各个单元的机械与电磁特性。结合目标船,即动力定位船舶的电力系统特点分别对柴油机及调速系统,对同步发电机及其励磁系统和异步电动机的数学模型进行了分解与简化,以使其更便于仿真运算。利用MATLAB/SIMULINK仿真软件对各个电力模型进行仿真构建,为之后的算法验证仿真提供基础。
　　2.结合动力定位船舶特性,对其功率管理系统进行分析与设计。用三类负荷法估算动力定位船舶的负载情况并对超过带载能力部分进行负载限制控制。基于动力定位船舶对运行可靠性的严格要求,对其进行冗余度设计,确定电力系统的布局,功率大小,供电设备与用电器台数等。同时对配电安全性提出相应要求。
　　3.基于目标船的PMS设计情况,通过Qt语言工具设计推进器电站的监控系统。监控系统能够实时监控并显示推进器动力系统中柴油机,发电机,推进器和电网总线的功率与在线状态并通过图表与形象化的图形变换表示出来。监控系统的软件实现为后面控制算法的应用提供了实物基础。
　　4.分析归纳常用的电站PMS控制方法,在此基础上提出功率再分配控制算法来达到增加电网稳定性的目的。功率再分配控制方法会实时跟踪从电力推进器到功率系统的动态反馈,并根据电网频率波动将每个推进器的功率再分配到额定值左右,从而很好地减小电网的功率频率波动,维持电网稳定。通过MATLAB/SIMULINK对电力系统的仿真,对不同的控制方法的控制特性进行比较,总结PRC算法在保持PMS电网稳定性方面的突出贡献。

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第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 船舶电站功率管理系统(PMS)概述

1.3 本文研究内容及研究现状

第2章 PMS的推进器及动力系统模型

2.1 柴油机与调速系统

2.2 同步发电机与励磁系统

2.3 推进器特性与建模

2.4 本章小结

第3章 动力定位船舶PMS特性与设计

3.1 动力定位船舶负载估算

3.2 DP船的推进器负载限制控制

3.3 冗余度与可靠性设计

3.4 DP船功率管理系统设计

3.5 本章小结

第4章 PMS功率再分配方法研究

4.1 常规控制方法介绍

4.2 功率再分配控制原理

4.3 PMS及功率再分配算法仿真

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢