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船舶电力推进系统的仿真优化策略

舰船科学技术 2023年第7期45卷 132-137页

作者：乔睿博刘予学庄伟上海船用柴油机研究所上海201108

电力推进船舶的船—机—桨匹配分析中,仿真所需的模型复杂,工况多,耗时长。用于驱动船舶推进电机的二极管中点钳位(Neutral-Point Clamped,NPC)型三电平逆变器拓扑结构复杂,仿真中计算量大,严重拖慢了船舶电力推进系统整体的仿真速度。... 详细信息

电力推进船舶的船—机—桨匹配分析中,仿真所需的模型复杂,工况多,耗时长。用于驱动船舶推进电机的二极管中点钳位(Neutral-Point Clamped,NPC)型三电平逆变器拓扑结构复杂,仿真中计算量大,严重拖慢了船舶电力推进系统整体的仿真速度。为解决此问题,在Matlab/Simulink软件中对一种船舶电力推进系统建模仿真,研究其特性,提出一种由受控电压源替代逆变器驱动十二相感应电机的仿真优化策略以缩短仿真所需时长。对比分析优化模型与原模型的仿真结果可知,优化模型启动与制动性能良好,可在电流、转矩、转速等外特性与原模型基本一致的前提下,将仿真耗时缩短数十倍。表明优化策略准确可行,符合复杂工况的仿真需求,可用于提高电力推进船舶的仿真效率,对同类调速系统有参考意义。

关键词：船舶电力推进系统 NPC 十二相感应电动机磁场定向控制受控电压源

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船舶电力推进系统异步电机直接转矩控制技术

舰船科学技术 2022年第9期44卷 98-101页

作者：王喜燕陈庆花李正辉郑州市机器人与智能装备工程研究中心河南郑州451460 郑州市轨道交通智能检测重点实验室河南郑州451460

本文研究船舶电力推进系统主要结构,并构建出推进系统模型,分析船舶推进电机输出功率与海浪之间的关系。同时研究船舶异步电机控制技术,基于船舶异步电机的特点,构建出船舶异步电机的动态模型以及船舶电机的直接转矩控制系统。

关键词：船舶电力推进系统异步电机控制系统

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船舶电力推进系统的建模及仿真研究

船舶电力推进系统的建模及仿真研究

作者：乔睿博中国舰船研究院

学位级别：硕士

在船舶电力推进技术的研究过程中,对船舶电力推进系统进行建模仿真具有降低试验成本,提高试验效率等重要意义。针对船舶电力推进系统仿真研究中存在的模型庞大而复杂,运行速度缓慢等问题,以某型船舶的双电机同轴联结形式的电力推进系统... 详细信息

在船舶电力推进技术的研究过程中,对船舶电力推进系统进行建模仿真具有降低试验成本,提高试验效率等重要意义。针对船舶电力推进系统仿真研究中存在的模型庞大而复杂,运行速度缓慢等问题,以某型船舶的双电机同轴联结形式的电力推进系统为研究对象,做出以下研究:首先分析某型船舶的电力系统结构;分别对发电机组中的原动机包括柴油机和燃气轮机及相应的调速系统建立数学模型和仿真模型;对十二相同步整流发电机及其励磁系统进行了分析并建立了数学模型和仿真模型;在Matlab/Simulink中将原动机的仿真模型和发电机的仿真模型组成发电机组仿真模型。对原动机调速系统的仿真模型和发电机组的仿真模型分别进行突加、突减负载的仿真,结合相关规范分析仿真响应,验证将本文搭建的原动机调速系统仿真模型和发电机组仿真模型用于某型船舶电力推进系统仿真研究的合理性。对某型船舶的电力推进部分,建立十二相异步电动机的数学模型,将坐标变换到两相旋转坐标系下,采用转子磁场定向的方法实现十二相异步电动机的控制,研究逆变器的结构及工作原理和SPWM调制方式,建立电机—逆变器的仿真模型,采用Matlab/Simulink中的受控电压源模块来等效逆变器部分以简化仿真模型从而缩短仿真时间,并验证其性能;分析同轴联结形式的双电机的转矩、功率关系,采用转速—功率下垂控制实现两台电机的负载功率调节,并通过起动仿真验证负载的功率分配效果。研究某型船舶的船桨特性,拟合螺旋桨的四象限工作特性曲线,建立螺旋桨仿真模型,研究船体阻力以及风、浪、流阻力并建立仿真模型,分析复杂海况对该型船舶的影响,在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建完整的船阻力—电机—船桨匹配模型。将建立的各部分仿真模型组成船舶电力推进系统的完整仿真模型,分别对静水海况和复杂海况下转速模式的直接起动方式和恒功率模式的起动方式进行仿真,研究其航速、转速、功率、推力、转矩等特性,总结相关规律,提出一种转速分段的起动方式,验证仿真结果,给出不同工况下适用的船舶起动方案。

关键词：船舶电力推进系统同步整流发电机十二相异步电动机螺旋桨

船舶电力推进系统电力负荷混沌特性分析及预测

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大连海事大学学报 2008年第2期34卷 126-128页

作者：赵敏樊印海大连海事大学自动化与电气工程学院辽宁大连116026

为实现船舶电力推进系统功耗的最优控制,提高船舶运行的经济性,建立了基于正则化的电力负荷混沌局域预测模型.运用相空间重构理论对船舶电力推进系统电力负荷进行单变量时间序列相空间重构,计算吸引子的Lyapunov指数,验证船舶电力推进... 详细信息

为实现船舶电力推进系统功耗的最优控制,提高船舶运行的经济性,建立了基于正则化的电力负荷混沌局域预测模型.运用相空间重构理论对船舶电力推进系统电力负荷进行单变量时间序列相空间重构,计算吸引子的Lyapunov指数,验证船舶电力推进系统电力负荷具有混沌特性,进而构建更为精准的由船舶电力负荷及其影响因素构成的多变量时间序列相空间.实验结果表明,该预测模型是有效的,且具有较高的预测精度.

关键词：船舶电力推进系统电力负荷混沌特性

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船舶电力推进系统稳定性分析

哈尔滨工程大学学报 2015年第5期36卷 611-615页

作者：乔鸣忠曾海燕夏益辉朱鹏梁京辉海军工程大学电气工程学院电气工程系湖北武汉430033

为获得变频驱动感应电机调速系统低频振荡产生的原因,以实验室一套船舶电力推进系统为例展开研究。建立了基于小扰动的感应电机、变频器及船舶电力推进系统的数学模型,分析了死区时间对系统稳定性的影响。利用根轨迹分析方法,通过解析... 详细信息

为获得变频驱动感应电机调速系统低频振荡产生的原因,以实验室一套船舶电力推进系统为例展开研究。建立了基于小扰动的感应电机、变频器及船舶电力推进系统的数学模型,分析了死区时间对系统稳定性的影响。利用根轨迹分析方法,通过解析计算与仿真分析绘制了系统的不稳定区域。讨论了电机定子电阻和漏感变化对系统稳定区域的影响,进行了试验验证,试验结果与解析计算得到的不稳定区域吻合较好,证明所建立的船舶电力推进系统小扰动数学模型以及采用的系统稳定性分析方法是正确可行的。

关键词：船舶电力推进系统低频振荡小扰动系统稳定性不稳定区域

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船舶电力推进系统直流供电单元故障分析

航海技术 2023年第4期 34-37页

作者：白昌胜自然资源部第三海洋研究所

为排除某科学考察船左推进器的主空气开关跳脱故障,首先将左推变频系统的整流模块进行解体,发现是一组RC吸收电路中的电阻爆裂引起电弧,导致铜排间短路。为确保航行安全,将此模块物理隔离,并将电力推进系统降容后运行回程,由供应商更换... 详细信息

为排除某科学考察船左推进器的主空气开关跳脱故障,首先将左推变频系统的整流模块进行解体,发现是一组RC吸收电路中的电阻爆裂引起电弧,导致铜排间短路。为确保航行安全,将此模块物理隔离,并将电力推进系统降容后运行回程,由供应商更换模块后,系统恢复正常。此次故障及排除表明,管理人员应正确理解系统的原理,按照查找、分析、测试和判断的步骤对设备器件逐项检查,定时巡查,将故障隐患及早消除。

关键词：船舶电力推进系统直流供电单元故障诊断

船舶电力推进系统螺旋桨负载特性半实物仿真平台研究

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黑龙江科学 2023年第18期14卷 70-73,76页

作者：胡红钱施伟锋谢嘉令浙江工业职业技术学院机电工程学院浙江绍兴312000 上海海事大学物流工程学院上海201326

船机桨半实物仿真平台采用“推进电机+螺旋桨负载模拟电机”的双电机结构代替船舶电力推进系统的桨叶、桨毂、轴系等部件,通过数字化控制与仿真形成半实物模拟联调试验平台,从而对船舶电力推进系统的性能进行研究,反映推进电机控制的有... 详细信息

船机桨半实物仿真平台采用“推进电机+螺旋桨负载模拟电机”的双电机结构代替船舶电力推进系统的桨叶、桨毂、轴系等部件,通过数字化控制与仿真形成半实物模拟联调试验平台,从而对船舶电力推进系统的性能进行研究,反映推进电机控制的有效性及螺旋桨负载的静动态特性。结果表明,该半实物仿真平台为实验室下船-机-桨的运行工况模拟提供了一个有效的仿真测试环境,可以极大缩短船舶电力推进控制系统设计与螺旋桨性能研究的周期,降低成本与风险。

关键词：船舶电力推进系统半实物仿真螺旋桨推进电机

基于模型预测控制的船舶电力推进系统仿真研究

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基于模型预测控制的船舶电力推进系统仿真研究

作者：张潇浙江海洋大学

学位级别：硕士

电力推进的船舶相比于传统推进方式，具有良好的机动性、较高的推进效率，且能够减少污染排放，因此受到了广泛的重视。推进电机作为电力推进的核心，通常有同步电机和异步电机两种选择，而永磁同步电机相较于异步电机具有高功率因数、... 详细信息

电力推进的船舶相比于传统推进方式，具有良好的机动性、较高的推进效率，且能够减少污染排放，因此受到了广泛的重视。推进电机作为电力推进的核心，通常有同步电机和异步电机两种选择，而永磁同步电机相较于异步电机具有高功率因数、良好的安全性能和低耗能等优点，因此成为船舶电力推进系统的首选推进电机。将先进的控制理论及方法与船舶电力推进系统相结合，能够有效的提高船舶电力系统运行的稳定性，国内对船舶电力推进系统的研究在理论方面取得了一定成果，但在实际应用的过程中仍存在诸多问题。所以，为减少不必要的资源浪费，前期展开船舶电力推进系统的建模及仿真分析，对于发现和解决问题具有一定的实际意义。　　本文以某实船为原型，基于该船实测数据，将推进系统分为船舶柴油发电机组、推进电机和船桨系统三个部分分块建模，最终将其整合成为一个完整的船舶电力推进系统，并对其进行仿真研究。本文主要完成了以下研究工作:　　首先介绍了船舶电力推进系统的基本结构特点，根据电力系统的单线图，对船舶柴油发电机组的数学模型进行研究，并以实船数据为基础，使用MATLAB/Simulink搭建出发电机组的仿真模型。在几种典型工况下进行仿真实验，根据仿真结果结合性能评价指标，对其进行分析。　　其次，分析永磁同步电机的数学模型，对矢量控制和模型预测控制原理进行介绍。搭建永磁同步电机的矢量控制仿真模型，并以有限集模型预测电流控制作为本文主要研究的控制策略，设计出有限集模型预测电流控制器。在相同条件下对矢量控制和有限集模型预测电流控制的两种控制策略进行对比分析，验证所设计的有限集模型预测电流控制具有一定的优越性。　　最后，根据实船螺旋桨的敞水特性和阻力计算，搭建出船桨系统的数学模型及仿真模型，通过对螺旋桨的启动方式进行研究，得出分级启动更有利于船舶的稳定性。最终将搭建的发电机组仿真模型、基于有限集模型预测电流控制的永磁同步电机、船桨系统仿真模型和配电模块按一定次序连接起来，形成完整的船舶电力推进系统仿真模型，并对其进行仿真研究。

关键词：船舶电力推进系统永磁同步电机模型预测控制仿真技术

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船舶电力推进系统状态评估软件设计与实现

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2013年第6期37卷 1318-1322页

作者：何业兰梁树甜王孟莲吕丹武汉理工大学计算机科学与技术学院武汉430063 中国船舶重工集团公司第七一二研究所武汉430064 武汉港迪电气有限公司武汉430074

电力推进系统的状态评估是船舶电力推进系统高效性和安全性的保障.文中探讨了该软件的功能、结构、数据库的设计,给出基于模糊神经网络的舰船电力推进系统状态评估模型,并通过模型仿真验证了其准确性;分析了系统实现所采用的关键技术.

关键词：船舶电力推进系统状态评估模糊神经网络