船舶电力推进系统在波浪中的功率节能与转速控制研究

传统船舶的动力推进系统以柴油机、燃气轮机为主,这种推进方式主要存在的问题是船舶动力系统响应较慢,且容易产生气体污染和水污染。随着电工电子技术的不断发展,变频器、永磁同步电机等电子技术逐渐发展成熟,船舶电力推进系统获得了极大的发展。电力推进系统是指船舶原动机产生的机械能首先转化为电能,存储在船舶电池中,然后利用电池推动船舶螺旋桨,使船舶产生前进的动力。船舶电力推进系统具有调速方便,结构简单、功率稳定等优点。本文研究的主要内容是船舶电力推进系统的功率与转速控制,通过建立系统的数学模型进行详细研究。     

国外科技

181 船用动力涡轮发电机 Marine PowerTurbine Generator现代化高效率的 BBC VTR..4E 型涡轮增压器达到高于柴油机增压所需的效率。因此,可转移一些排出废气,用于 BBC动力涡轮发出附加电力。不需把大量的机械负荷强加于发动机。可获得较高的有用功率,而联合装置的燃油耗得到改善。此外,当柴油机在部分负荷时断开动力涡轮的情况下运行时,发动机的性能得到显著改善。     

二次进气预膨胀涡轮增压系统

文中介绍了二次进气预膨胀涡轮增压系统，该系统能降低燃油消耗率、机械负荷和热负荷，曾在6PA6L280柴油机上进行了性能模拟及试验研究，试验结果与理论预测很一致。若涡轮增压器总效率大于65％时，该系统能回收剩余废气功而不用动力涡轮，在结构上也大大简化，可减少不用动力涡轮系统的附加投资。为了验证这一特性，对6MANL58／64柴油机进行了模拟计算，与一般增压系统比较，结果令人鼓舞。     

一种无变频器式舰船交流电力推进系统稳态特性分析

为提高舰船电力推进系统功率密度,降低振动噪声,提出了一种基于永磁同步电机的无变频器式舰船交流电力推进系统。该系统将永磁同步电机作为推进电机,原动机与电励磁发电机直连,发电机与推进电机通过电缆直连。通过原动机调速实现推进电机转速调节,通过发电机励磁调节实现推进电机电压调节。建立了该电力推进系统静态数学模型,推导了系统主要电气量与发电机励磁电流及推进电机负载转矩间的函数关系,分析了系统的静态稳定性条件,分析了不同转速工况下和电机参数匹配条件下各电气量随发电机励磁电流的变化规律。数字仿真结果验证了所建立的静态数学模型及理论分析结果的准确性。     

燃气轮机推进装置的控制

研究了舰船燃气轮机调距桨推进系统模型。出于控制目的，需要将燃油流量和螺旋桨螺距角作为系统的输入。要调节的主要输出是扭矩变化受到合适限制的推进轴系转速。提出了一个多变量和最小控制力的最优调节策略，它能够改善瞬态过程和限制输出的相互影响。采用了简单的负反馈单元，并探讨了在全功率和半功率时的系统调节。     

燃气轮机推进装置控制策略仿真研究

舰用燃气轮机采用动力涡轮进行功率输出,其输出的功率基本独立于输出转速,这使得燃气轮机推进装置控制策略的制定存在特殊性。利用建立的燃气轮机推进装置的仿真模型,仿真得出稳态工况下燃气轮机油门和调距桨螺距的程序控制策略,以及加速工况和倒车工况下油门和调距桨螺距的协调控制策略,对燃气轮机推进装置控制系统的实现有一定的参考价值。     

6SE71系列变频器在某船电力推进系统中的应用

本文介绍了SIMOVERT6SE71系列全数字矢量控制变频器在某试验船电力推进系统中的应用,说明了其配置情况、功能、参数调试步骤及试验时所出问题的解决措施。航行试验结果满足总体要求,采用该变频器可以满足试验船电力推进系统对传动设备的大起动转矩、转速过渡平稳、高稳态精度等控制性能的要求。     

大型船舶发电用三轴燃气轮机动态性能仿真

为了提升三轴燃气轮机动态性能仿真分析效果,提出大型船舶发电用三轴燃气轮机动态性能仿真方法。计算大型船舶发电用三轴燃气轮机涡轮动态特性,以Simulink为开发工具,获取能够在计算机内运行的三轴燃气轮机动态性能仿真模型,仿真分析其动态性能。经过稳态分析可知,该方法在不同工况下获取的数据误差较小,均控制在5%以内,说明该方法构建的三轴燃气轮机动态性能仿真模型准确性较高;在负载连续突卸状况下,三轴燃气轮机的高低压压气机流量与高低压转子转速均呈梯度下降趋势;负载突卸时,燃油流量也迅速下降,负载稳定时,经过燃油控制器处理后,燃油流量略有上升趋势。     

船舶燃气轮机转速自适应模糊控制

船舶燃气轮机对转速的要求较高,需在瞬间完成响应并保持稳定。然而,由于燃气轮机具有惯性和时间延迟等特性,导致转速的调整可能存在响应滞后或者波动问题。为此,提出基于状态观测的船舶燃气轮机转速自适应模糊控制方法。应用船舶燃气轮机转速状态观测器,结合船舶燃气轮机转速与燃油量之间的映射关系,根据当下燃油量状态,观测实际船舶燃气轮机转速,通过基于模糊自适应PID控制器的转速控制模型,计算实际转速与给定转速的转速偏差、偏差率,由模糊自适应PID控制器自适应调节船舶燃气轮机转速。实验结果证明：此方法应用下,船舶燃气轮机转速能够得以准确控制。     

船舶电力系统燃气轮机组双机并联运行建模与仿真

海洋船舶正朝着超大型方向发展,燃气轮机凭借其启动速度快,功率密度大等特点,正越来越多的被应用到船舶电力系统的发电系统中。同时由于全电船的出现,中压电力系统正逐渐成为大型海洋船舶电力系统的发展方向。由于电力推进船的电动机单机容量大于发电机单台容量,通常会使多台发电机并联运行,从而保证电站的可靠性以及使发电机运行在最佳状态。本文通过对以燃气轮机作为原动机的4.16k V船舶中压电力系统进行建模,同时对发电机组并车工况进行仿真。仿真实验验证了此系统模型的正确性,可以用于船舶中压电力系统运行工况的仿真和分析。