船舶电力推进系统关键应用技术的研究

摘要

近几十年来，随着电力电子技术的发展，大功率交流电机的变频调速技术的日趋成熟，使得船舶电力推进系统在机动性、可靠性、运行效率和推进功率等方面都有了突破性的进展。相对于传统机械动力直接推进方式，电力推进系统有着其无与伦比的优势：操纵性好、控制简单、结构紧凑、布置灵活、节省舱室空间、安全性、经济性好。正是由于电力推进系统的这些优点，使船舶电力推进技术的应用领域不断扩大。然而目前国内众多船厂对电力推进船舶的研究力度不够，设计建造经验欠缺。
　　 电力推进船舶的主要特征是将推进动力与船舶日常用电结合于一个配电系统内，采用推进电机代替了传统的机械动力主机，并且配套大容量的非线性负载：推进电机变频器。因此，电力推进系统的关键应用技术为电力推进系统与船体的匹配设计、系统的控制策略、电力推进配电系统的分析与计算。论文基于某型采用电力推进系统的船舶，对关键的应用技术进行了研究，主要的方法和手段包括：
　　 （1）根据船舶主尺度参数要求以及航速要求，采用了海军系数法来进行实船的推进电机功率计算，选定推进电机型号，并通过图谱设计法确定螺旋桨的主要特征参数，以船舶、螺旋桨和电机的特性曲线为基础分析推进电机与船桨的匹配特性。
　　 （2）从系统功能与结构出发，运用图、表和曲线的方法对系统的控制策略进行分析、研究。主要的研究对象为系统的联锁保护策略、与电站系统的协调控制策略、速度控制策略、功率控制策略以及变频器的DTC控制策略。
　　 （3）针对电力推进配电系统的分析与计算：采用标准IEC61363-1 的短路电流计算方法，补充了大电机的判断原则以及电机的等效原则，选取690V 配电中心的典型短路点，进行短路电流计算，运用短路电流计算结果来分析短路保护设定策略；针对电力推进配电系统的谐波畸变问题，定义几种典型的船舶运行工况，以系统的配置以及各组件的等效电路为基础，构建系统等效电路图，运用SIMSEN 软件来进行配电系统谐波分析，形成690V 和400V 汇流排处的电压波形，验证系统配置的谐波滤波器能否达到预定的滤波效果。
　　 最后通过船模水池试验和航行试验对上述技术关键的分析与计算进行了验证，达到了预定的效果。

目录

第一章 绪论

第二章 电力推进装置与船体的匹配设计与分析

第三章 电力推进系统的控制技术

第四章 电力推进配电系统分析与计算

第五章 系统验证与分析

总结

参 考 文 献

致 谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

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