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船舶电力推进系统建模与稳定性研究

王连喜  
【摘要】:船舶电力推进系统是船舶推进方式发展的方向,推进电机直接从电网中取电,带动螺旋桨旋转来推动船舶前进。推进系统具有大功率、随机性的特点,其工作状态的变化会对电网造成冲击,引起电网的波动,而电网的波动又会影响推进系统的正常运转以及在网用电设备的稳定工作。本文针对船舶电力推进系统的稳定性进行研究,论文主要包括以下几方面的工作。1.以某课题研究为背景,对船舶电力推进系统中关键模块(柴油原动机、同步发电机、推进电机以及螺旋桨负载)进行建模,并进行额定工况的仿真分析,证明了所建模型的合理性。2.负荷变化造成船舶电网电压波动,传统的可控相复励励磁控制器,难以达到理想的控制效果。本文设计了可控相复励励磁控制器+PSS(电力系统稳定器)以及基于直流母线控制两种励磁系统。可控相复励+PSS能够补偿系统中的负阻尼,抑制电网电压波动,但是不能直接控制直流母线电压的稳定;基于直流母线控制的励磁系统能直接控制直流母线电压的稳定,比可控相复励+PSS控制方式更能适应当今船舶电力系统直流区域配电发展的需求。3.基于船舶电力推进系统中推进电机在直接启动时母线电压波动问题,引入了转差频率标量控制和基于磁场定向的矢量控制两种控制方法,并进行了额定工况下的仿真,结果表明基于磁场定向的矢量控制在推进电机启动时的转速超调量、转矩脉动以及母线电压的跌落幅度等指标上均优于转差频率控制,更适合论文所研究的船舶电力推进系统。4.针对船舶电力系统在脉冲负载工作时存在的电网频率波动问题,文中设计了多智能体控制系统。系统中包含了推进电机智能体、脉冲负载智能体、系统损耗智能体以及日用负荷智能体,其中推进电机智能体采用了模糊PID控制器,该系统可以协调控制电网中负载的功率并实时控制脉冲负载工作时间。并对推进电机能否完全补偿脉冲负载功率以及脉冲负载过电流三种工况进行仿真分析。仿真结果表明,多智能体控制方法能够解决脉冲负载工作下电网频率的波动问题,合理的切除电力系统中的用电负荷,有效的保护过电流下的电缆。


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