本文關鍵詞：電力推進船舶能量管理系統(tǒng)控制策略研究

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【摘要】：電力分配系統(tǒng)是所有安裝的電力設備之間共同的連接點。啟動和潮流，負載波動以及電網受諧波的干擾，使負載和發(fā)電機之間相互聯(lián)系與相互影響。優(yōu)化電力系統(tǒng)操作和控制對于安全操作和最小化燃油消耗是非常重要的。而能量管理系統(tǒng)（PMS）是船舶自動化系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的重要組成部分，特別是電力推進船舶和動力定位船舶。PMS控制電力系統(tǒng)以實現(xiàn)最大化防失電能力和最小化燃油消耗，同時也能夠通過保護設備防止故障和設備失靈來降低設備維修成本。PMS通過與其它控制系統(tǒng)的相互作用，能使船舶的性能得到最大發(fā)揮。 本文主要從發(fā)電機組配置控制，負載限制控制和快速減載控制技術方面進行研究。在確保充足和可靠的電力供應到船上的各種電力負荷的同時，降低運營成本，并在提高船舶自動控制水平方面做出了一點工作。本文主要進行了以下幾方面的工作： （1）簡述了能量管理系統(tǒng)的結構組成，包括結構特點、功能模塊和建模要求。對電力系統(tǒng)進行建模，在保證仿真的實時性和精度方面，采用了能體現(xiàn)大負載波動影響的柴油機模型。由于發(fā)電機相對柴油機的反應速度更快，發(fā)電機的模型只采用了穩(wěn)態(tài)模型，而整個電網則采用復矢量建模。同時分析了發(fā)電機配置控制的基本量化關系，發(fā)電機組啟停和負載的關系，以及可用功率的計算方法。 （2）介紹了推進負載限制控制，描述了螺旋槳的負載特性，并進行了建模。對推力損失的外部環(huán)境影響和運行模式影響兩個方面進行了介紹。分析了螺旋槳負載和電力系統(tǒng)動態(tài)關系，以此得出提高電網穩(wěn)定性和限制螺旋槳負載的必要性，并進行了推進器加速度的負載限制控制器的研究。 （3）分析了大負載突變情況下發(fā)電機組的反應時間，并介紹了現(xiàn)有的四種不同的減載控制方法：基于可用功率的卸載系統(tǒng)、基于頻率的卸載系統(tǒng)、基于事件快速減載系統(tǒng)和基于頻率的快速相反饋減載系統(tǒng)。對四種減載控制進行了對比，介紹了其減載方法和策略的利弊。最后分析了兩種不同的減載數(shù)量控制策略，并根據其對應不同負載量的情況下柴油機負載加載和減載需求時間進行優(yōu)化。 （4）在綜合考慮柴油機動態(tài)特性和推進器負載限制控制的基礎上，根據功率重分配控制的方法，設計一種全局工況分布式的能更有效的減少電網頻率和電壓波動的控制策略，并與現(xiàn)存的速度控制策略進行對比，分析了其在提高電網穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢。該策略的主要方法是限制負載波動大的推進器向電網注入波動負載，，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。
【關鍵詞】：電力推進 快速減載 負載限制控制 功率重分配
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U665
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 研究的背景與意義10-11
• 1.2 電力推進船舶概述11-14
• 1.2.1 電力推進船舶的電力系統(tǒng)結構11-12
• 1.2.2 電力推進船舶的控制結構12-14
• 1.3 能量管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 能量管理系統(tǒng)控制策略14-15
• 1.3.2 能量管理控制策略現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢15-16
• 1.4 論文的主要研究內容及技術路線16-19
• 1.4.1 論文的主要研究內容16-17
• 1.4.2 論文研究的研究方法和技術路線17-19
• 第2章 電力推進船舶能量管理系統(tǒng)基礎19-36
• 2.1 能量管理系統(tǒng)的結構組成19-22
• 2.1.1 能量管理系統(tǒng)的結構特點19-20
• 2.1.2 能量管理系統(tǒng)功能模塊20-21
• 2.1.3 能量管理系統(tǒng)建模要求21-22
• 2.2 電力系統(tǒng)建模22-29
• 2.2.1 柴油機模型22-24
• 2.2.2 發(fā)電機模型24
• 2.2.3 電力系統(tǒng)模型24-27
• 2.2.4 電力系統(tǒng)負載分配27-28
• 2.2.5 自動電壓調節(jié)器（AVR）28-29
• 2.3 機組調度控制29-34
• 2.3.1 發(fā)電機瞬態(tài)負載29-30
• 2.3.2 發(fā)電機組啟動與負載的關系30-32
• 2.3.3 發(fā)電機組負載控制啟停關系32-33
• 2.3.4 可用功率33-34
• 2.4 本章小結34-36
• 第3章 基于推進器負載限制控制策略研究36-47
• 3.1 螺旋槳負載特性模型36-37
• 3.2 推力損失影響37-40
• 3.2.1 外部環(huán)境影響37-38
• 3.2.2 運行模式影響38-40
• 3.3 螺旋槳負載和電力系統(tǒng)動態(tài)40-42
• 3.4 靜態(tài)推進器負載限制控制42-46
• 3.4.1 推力負載波動關系42-43
• 3.4.2 推進器負載限制控制43-44
• 3.4.3 推進負載率限制44-45
• 3.4.4 基于推進器加速度的負載限制控制45-46
• 3.5 本章小結46-47
• 第4章 基于快速減載系統(tǒng)控制策略研究47-58
• 4.1 發(fā)電機響應特性47-49
• 4.2 快速減載控制方法49-53
• 4.2.1 基于可用功率的卸載系統(tǒng)50
• 4.2.2 基于頻率的卸載系統(tǒng)50-51
• 4.2.3 基于事件快速減載系統(tǒng)51-52
• 4.2.4 基于頻率的快速相反饋減載系統(tǒng)52-53
• 4.3 減載數(shù)量53-55
• 4.3.1 過量瞬態(tài)階躍負載減載（策略 1）54-55
• 4.3.2 全瞬態(tài)階躍負載減載（策略 2）55
• 4.4 優(yōu)化瞬態(tài)負載階躍減載55-57
• 4.5 本章小結57-58
• 第5章 全局工況分布式控制策略58-81
• 5.1 減少電網功率波動的方法58-60
• 5.1.1 負載擾動的分類58-59
• 5.1.2 減少電網波動的方法59-60
• 5.2 現(xiàn)場推進器控制的影響60-65
• 5.2.1 速度控制的影響60-62
• 5.2.2 功率控制的影響62-63
• 5.2.3 推進器綜合控制概念63-65
• 5.3 現(xiàn)場的控制技術對電網加載存在的問題65-66
• 5.4 功率重分配控制66-70
• 5.4.1 功率重分配控制概念66-69
• 5.4.2 負載依賴 PRC 參數(shù)69-70
• 5.5 動態(tài)仿真及結果分析70-80
• 5.5.1 發(fā)電機組加載71-72
• 5.5.2 發(fā)電機組減載72-73
• 5.5.3 發(fā)電機組跳閘73-76
• 5.5.4 推進器功率波動76-80
• 5.6 本章小結80-81
• 第6章 總結與展望81-83
• 6.1 全文總結81-82
• 6.2 不足之處及后續(xù)研究展望82-83
• 致謝83-84
• 參考文獻84-86

【參考文獻】

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本文編號：1064781