电力推进船舶能量管理系统控制策略研究与实时仿真

摘要

近十几年来,电力推进船舶以其设备运行高效经济、机舱布置紧凑灵活、推进功率大、船舶操纵性和舒适性好等显著特点,不仅在大型船舶和特种船舶中占有越来越大的份额,而且在豪华游轮、车客渡船以及近海客货船中也充分显示出其广阔的应用前景。由于电力推进技术具有诸多明显优势,所以它已成为21世纪船舶动力发展的主要方向。能量管理系统(Power Management System，以下简称 PMS)是电力推进船舶的关键控制系统之一,主要完成供电分系统中发电机组控制和分配惯管理电能等功能,为电力推进系统和其它用电设备提供可靠、稳定的电力能源。
　　当船舰采用电能作为动力来源时，时刻保持电网频率的稳定十分重要，频率的波动不仅会对发电设备本身造成危害，更重要的是不能满足船舶用电设备对电能质量的要求，影响船舶和电力系统的安全运行，因此如何在能量管理系统中设计合适的算法来减小波动维持频率的稳定是关键所在。本文在前人调频调压的算法上进行改进，得出一种在船舶用电设备功率变化时使电网频率更加稳定的控制算法。
　　本文首先介绍了电力推进系统的发展史以及它在军事和民品上的应用，然后引出了能量管理系统，并介绍了PMS在国内外的发展情况，通过对PMS在船舶电力系统中重要性的阐述得出了必须对PMS进行深入研究的结论。
　　要对 PMS进行深入研究，首先就必须要了解整个电力系统的组成然后对各个分系统进行数学建模。包括柴油机模型，调速系统模型，同步发电机模型，异步电动机模型和励磁系统模型并简单介绍了调速原理。
　　接下来对能量管理系统进行更加深入的探索和研究，介绍了能量管理系统的结构和主要的功能，并为能量管理系统是如何对功率和频率进行调节画出了主要功能的流程图。接下来介绍了现存的虚有差控制算法，并在此算法的基础上进行改进，设计了一套更为先进的算法。
　　最后介绍了 RTLAB软件和实验仿真设备，对柴油机及其调速系统模型正确性进行验证并把改进后的算法放置于模型中运行，对比前人的算法和自己的算法的实验结果，再通过在实验场地对两机组并联运行相关试验数据这两方面证明了改进算法的可行性与正确性。
　　本课题着眼于船舶电力系统，使用改进后的算法在能量管理系统中对船舶电网进行控制，提高了船舶运行的稳定性，对船舶及船员的安全都起到了重要的作用，并通过数值仿真及物理实验进行验证，更好地提高了可信度。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1课题的选题背景及意义

1.2 国内外研究和发展现状与发展趋势

1.3主要研究内容和论文结构

第2章研究对象分析

2.1总体组成结构

2.2电站分系统

2.3电力推进分系统

2.4能量管理系统

2.5本章小节

第3章 系统的数学模型

3.1柴油机调速系统

3.2主要性能指标

3.3柴油机及其调速控制系统数学建模

3.4同步发电机模型

3.5电动机模型建立及参数测定

3.6本章小节

第4章能量管理系统及控制策略

4.1能量管理系统概述

4.2典型能量管理系统的结构和功能分析

4.3船舶能量管理系统硬件架构研究

4.4船舶能量管理系统软件架构研究

4.5能量管理系统控制流程

4.6推进电机转速与功率关系介绍

4.7现存主流控制策略

4.8电力推进船舶PMS算法改进

4.9本章小节

第5章 模型验证与控制策略仿真

5.1 RT-LAB实时仿真介绍

5.2RT-LAB仿真模型

5.3在RT-LAB上运行模型

5.4系统描述

5.5实验验证

5.6本章小节

总结与展望

本文总结

进一步的研究与展望

参考文献

攻读硕士期间发表学术论文

致谢