船舶電力推進(jìn)模擬平臺的研究.pdf

1、隨著全球能源的緊缺和環(huán)保的要求，船舶電力推進(jìn)技術(shù)受到了世界各國的重視。由于船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)存在多變量、強(qiáng)耦合和非線性等特性，其推進(jìn)控制已成為一個具有挑戰(zhàn)性問題，本文在船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)建模與仿真和螺旋槳負(fù)載模擬等方面進(jìn)行了深入研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　 1)以船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)為研究對象，對電力推進(jìn)平臺的組成、控制和功能進(jìn)行了分析，進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電力推進(jìn)平臺由動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，動力系統(tǒng)包括推進(jìn)電機(jī)、負(fù)載電機(jī)、制動電阻等，

2、采用機(jī)械負(fù)載電動模擬技術(shù)，推進(jìn)電機(jī)與負(fù)載電機(jī)同軸連接，推進(jìn)電機(jī)采用轉(zhuǎn)速控制方式，負(fù)載電動機(jī)采用轉(zhuǎn)矩控制方式，用于模擬螺旋槳的動態(tài)負(fù)載;控制系統(tǒng)由變頻器、PLC、上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)和實(shí)時仿真控制器組成，采用Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括PLC程序設(shè)計(jì)、通信程序設(shè)計(jì)、監(jiān)控程序設(shè)計(jì)等。
　　 2)采用基于模型的設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建了基于硬件在環(huán)技術(shù)的電力推進(jìn)模擬平臺，建立了四象限的船槳仿真模型，dSPAC

3、E實(shí)時仿真控制器實(shí)時采集推進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)船槳模型計(jì)算出螺旋槳的轉(zhuǎn)矩信號，作為變頻器的給定轉(zhuǎn)矩信號，控制負(fù)載電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)螺旋槳負(fù)載的模擬，并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，該模擬平臺為電力推進(jìn)系統(tǒng)的研究提供了良好的開發(fā)環(huán)境和研究對象，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行半實(shí)物的仿真實(shí)驗(yàn)，研究了螺旋槳負(fù)載模擬技術(shù)、監(jiān)控系統(tǒng)集成技術(shù)。
　　 3)對實(shí)時硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)中實(shí)系統(tǒng)（小比例模擬系統(tǒng)）和虛系統(tǒng)（原型系統(tǒng)）之間的參數(shù)等效縮放及數(shù)據(jù)通信等問題進(jìn)行

4、研究，根據(jù)相似性理論和量綱分析方法，以及物理量等效縮放原則，確定了選取轉(zhuǎn)動慣量的方法及慣性轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式。
　　 4)采用模塊化編程方法，建立柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的控制模型，包括自動并網(wǎng)控制、負(fù)荷轉(zhuǎn)移和功率均衡控制等模塊，進(jìn)行了并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的自動并網(wǎng)控制、負(fù)載轉(zhuǎn)移控制和功率均衡控制的仿真研究，仿真結(jié)果表明所建立的柴油發(fā)電機(jī)組雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行數(shù)學(xué)模型的正確性。建立電力推進(jìn)系統(tǒng)的仿真模型，對推進(jìn)電機(jī)在啟動、制動、緊急反轉(zhuǎn)時推進(jìn)系統(tǒng)

5、的暫態(tài)及其對電網(wǎng)的影響進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明推進(jìn)電機(jī)在直接起動、制動及緊急反轉(zhuǎn)時，推進(jìn)電動機(jī)的負(fù)載波動大，為了減少推進(jìn)電機(jī)對電網(wǎng)的沖擊，需綜合考慮船舶電站的功率裕量和螺旋槳的轉(zhuǎn)矩特性和推進(jìn)電機(jī)的性能，對推進(jìn)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的限制，包括加、減速率的限制、最大轉(zhuǎn)速限制、最大轉(zhuǎn)矩限制和最高轉(zhuǎn)速限制等。
　　 5)從三相VSR主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出發(fā)，分析了三相靜止坐標(biāo)系以及兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的VSR系統(tǒng)模型，闡述了基于電壓矢量定向控制的三相V