本文關鍵詞：電推船能量管理冗余控制器設計

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【摘要】：電力電子技術(shù)飛速發(fā)展,推動了船用電力架構(gòu)變革,使得船舶能量轉(zhuǎn)換的面貌徹底改變。電推船主要由發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、調(diào)速控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)組成,其全部設備或者絕大部分設備都需要用電或者采用電力傳動。電力推進、大功率設備等高耗能負載的出現(xiàn),使得電推船電力的產(chǎn)生、分配、管理變得相當復雜。與常規(guī)動力船舶相比,電推船電力系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化。因此需要采用集中式控制、分布式管理的冗余監(jiān)控模式。能量管理系統(tǒng)根據(jù)全船功率需求對每臺發(fā)電機組進行監(jiān)控并協(xié)調(diào)發(fā)電機的工作;對推進、脈沖、高功率設備進行負載綜合計算分析和協(xié)調(diào)管理,采用基于系統(tǒng)分析之上的深層次能量(基于功率)管理方式,合理分配各種負載的電能。能量管理系統(tǒng)功能綜合、信息分散,保持動力系統(tǒng)在當前操作下處于最佳運行狀態(tài),是監(jiān)控系統(tǒng)的核心,是船舶控制設備的評判部件,對綜合全電力系統(tǒng)的最佳操作與控制優(yōu)化,具有重要作用。因此,能量管理系統(tǒng)應具有較強的實時性和較高的可靠性,才能確保電推船供電系統(tǒng)在任何時候都能提供與用電需求相匹配的電能。本文在充分分析了現(xiàn)有冗余控制方案的基礎上,結(jié)合容錯系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)和實時系統(tǒng)的優(yōu)點,提出了熱備冗余硬件方案。根據(jù)全電力推進船的能量管理控制系統(tǒng)特點,合理分配系統(tǒng)資源和控制功能優(yōu)先級,基于角色分配、數(shù)據(jù)同步以及心跳同步設計了嵌入式冗余容錯能量管理控制器。最后,本文基于半物理仿真試驗,完成冗余容錯能量管理控制器的功能和性能驗證。試驗證明了本文設計的能量管理控制器能實現(xiàn)冗余功能,當主控制模塊發(fā)生故障時,備用模塊快速切換獲取控制權(quán),實現(xiàn)機組優(yōu)先級設置、最小發(fā)現(xiàn)機組數(shù)限制、負載管理等控制功能。本控制器可推廣于電推船能量管理系統(tǒng),具有較好的經(jīng)濟性和社會價值。
【關鍵詞】：能量管理冗余控制 角色分配 同步
【學位授予單位】：中國艦船研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U665.1;TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 能量管理控制器國內(nèi)外現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 國外能量管理控制器發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內(nèi)能量管理控制器發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 能量管理控制器發(fā)展趨勢14-15
• 1.4 論文的研究內(nèi)容15-16
• 1.5 論文組織結(jié)構(gòu)16-17
• 第2章 電推船能量管理功能設計17-27
• 引言17
• 2.1 能量管理系統(tǒng)需求分析17-19
• 2.2 能量管理控制器功能設計19-26
• 2.2.1 控制方式與運行模式設置19-20
• 2.2.2 故障換機20
• 2.2.3 限制最小發(fā)電機組數(shù)量20
• 2.2.4 設置機組起動優(yōu)先級20-21
• 2.2.5 自動增減機21-22
• 2.2.6 自動調(diào)頻調(diào)載22-23
• 2.2.7 負載管理23
• 2.2.8 特殊控制23-25
• 2.2.9 監(jiān)測報警25
• 2.2.10 冗余控制25-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第3章 電推船能量管理冗余控制器總體設計27-38
• 引言27
• 3.1 電推船能量管理控制器故障分析27
• 3.1.1 電推船能量管理控制器的故障來源27
• 3.1.2 電推船能量管理控制器的故障類型27
• 3.2 電推船能量管理控制器可靠性分析計算27-32
• 3.2.1 電推船能量管理控制器可靠性27-29
• 3.2.2 電推船能量管理控制器可靠性對比29-32
• 3.3 電推船能量管理冗余控制器系統(tǒng)設計原理32-36
• 3.3.1 冗余控制器原理框架32-33
• 3.3.2 冗余控制方式33-35
• 3.3.3 同步方式35-36
• 3.3.4 心跳同步36
• 3.4 本章小結(jié)36-38
• 第4章 電推船能量管理冗余控制器硬件設計38-52
• 引言38
• 4.1 電推船能量管理冗余控制器硬件總體設計38-40
• 4.1.1 控制器硬件架構(gòu)38-39
• 4.1.2 控制器硬件組成39-40
• 4.1.3 控制器對外接口40
• 4.2 電推船能量管理冗余控制器硬件功能40-42
• 4.2.1 控制模塊40-41
• 4.2.2 開關量輸入模塊41
• 4.2.3 開關量輸出模塊41
• 4.2.4 模擬量輸入模塊41
• 4.2.5 模擬量輸出模塊41-42
• 4.3 電推船能量管理冗余控制器模塊化硬件詳細設計42-51
• 4.3.1 控制模塊42-43
• 4.3.2 開關量輸入模塊43-46
• 4.3.3 開關量輸出模塊46-47
• 4.3.4 模擬量輸入模塊47-49
• 4.3.5 模擬量輸出模塊49-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第5章 電推船能量管理冗余控制器軟件設計52-80
• 引言52
• 5.1 電推船能量管理冗余控制器軟件總體設計52-54
• 5.1.1 數(shù)據(jù)流向與接口52-53
• 5.1.2 軟件架構(gòu)53-54
• 5.2 電推船能量管理冗余控制器控制功能詳細設計54-64
• 5.2.1 控制方式轉(zhuǎn)換55-57
• 5.2.2 機組故障自動換機57
• 5.2.3 最小發(fā)電機組數(shù)量限制57-58
• 5.2.4 機組起動優(yōu)先級設置58-59
• 5.2.5 自動增機/減機59-60
• 5.2.6 自動調(diào)頻調(diào)載60-61
• 5.2.7 負載管理61-62
• 5.2.8 特殊控制62-63
• 5.2.9 任務實現(xiàn)63-64
• 5.3 電推船能量管理冗余控制器冗余功能詳細設計64-79
• 5.3.1 初始化64-71
• 5.3.2 同步處理71-74
• 5.3.3 故障切換74-79
• 5.4 本章小結(jié)79-80
• 第6章 系統(tǒng)功能驗證80-97
• 引言80
• 6.1 系統(tǒng)功能驗證測試環(huán)境建立80-81
• 6.2 系統(tǒng)冗余切換時間計算81-82
• 6.3 系統(tǒng)的測試試驗82-95
• 6.3.1 試驗準備82-83
• 6.3.2 功能試驗83-95
• 6.4 本章小結(jié)95-97
• 第7章 總結(jié)展望97-100
• 7.1 工作總結(jié)97-98
• 7.2 工作展望98-100
• 參考文獻100-104
• 作者攻讀碩士期間發(fā)表的論文和科研成果104-105
• 致謝105

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本文編號：1087031