船舶电力推动实验平台管控设计及能效概述

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1、船舶电力推动实验平台管控设计及能效概述第1章绪论1.1课题研究的背景及意义近年来，传统能源开采过度、人口数量迅猛增加，与之相关的环境恶化、气候变暖等问题变得越发严重。在航运领域，燃油价格上涨、国际海事组织不断提高对船舶气体排放的要求，使得船舶营运成本大幅上升，人们开始不满足于现有的柴油机直接推进方式，致力于开发新技术来提高船舶运营的绿色性和经济性，电力推进技术以其得天独厚的优势赢得青睐，同时也迎来了新一轮电力推进应用研究热潮[1]。船舶电力推进技术在20世纪40年代发展迅速。采用电力推进方式，可降低螺旋桨转速，增大调速范围，保证了船舶在

2、不同工况下的各种船速，并且在较短时间内可以实现电机启停换向，大大提高了船舶机动性，因此，船舶电力推进技术发展初期多应用于水面舰艇。然而，第二次世界大战结束后，电力推进技术向民用船舶领域普及的过程却遇到了阻碍，主要是因为船舶电力推进系统增加了许多能量变换装置，使整个系统复杂昂贵，并且传动效率较低，对系统运行维护标准要求高，前期的船员培训的投入过大。近20年来，电力电子技术发展迅速，大大降低了系统的体积和复杂程度，减少了系统初期投入，同时电力推进系统有利于船舶实现智能控制、信息资源共享、方便计算机网络管理，使得成熟的陆上技术可以更广泛的应用

3、到船舶领域，推动了航运技术快速发展，因此，船舶电力推进是船舶科技发展的必然趋势[5]。.1.2课题的国内外研究现状1.2.1电力推进系统的国内外研究现状电力推进系统最新的研究热潮始于20世纪80年代，主要应用于军事领域。美国海军首先在舰船上采用综合电力推进方式，之后，又提出综合全电力系统(EPS)概念，其主要采用电力集成思想和模块化设计方法，将船舶电力系统分为不同功能模块。1994年英国海军提出综合电力推进研究计划，并首次在其护卫舰上采用综合全电力推进系统（IEEP)，系统将所有动力全部转换为电能运用到推进系统，为推进系统提供最大的推进

4、动力，提高系统的推进效率。系统中，所有发电机组为一条高压母线供电，不同负载分区由母线供电，将推进系统和其他辅助用电结合，同时配备先进的电力电子装置和能量存储装置，并提高设备的标准化、模块化水平，以此来优化船舶的综合性能。现代海军舰艇在动力、机动性和作战能力等方面的技术发展已经完全满足其作战要求，各国都致力于幵发拥有相同作战能力的更经济、环保的下一代舰艇,美国海军2007年10月提出下一代综合电力系统（NGIPS)概念，并于2009年4月公开发布NGIPS发展战略，其目标即在不降低舰船作战能力的情况下通过开放式构建战略引进资金、技术、竞争

5、，以实现在较短的时间内开发出经济上可负担的水面舰艇。第2章船舶电力推进实验平台总体设计2.1实验平台系统结构结合实验室具体情况，实验平台系统采用柴油发电机组和陆地电网双模式供电的方案。该方案的特色在于既可以实现对船舶发电、配电到电力推进过程的全实物模拟，又可以在进行长时间船舶推进系统研究时，将推进电机的机械能通过四象限变频器反馈回电网，降低实验平台系统能耗。实验平台系统结构如图2.1所示，其主要由电站系统、变频调速系统和监控系统三部分组成。电站系统釆用三套电制690V/50HZ、额定容量75kS)体系结构，建立以系统为核心的综合能量管理

6、系统，由功率管理单元PPM3统一管理。系统独立完成单机控制、监测和保护功能，并可以根据负载情况，进行多机的并车、解列、自动调载等功能。功率管理系统为逻辑控制器PLC提供数据访问和指令输入接口，便于系统通过PLC实现对电站的远程监控。采用多功率管理单元综合控制的能量管理方案，有效解决了PLC在实现三台或以上的多机组电站复杂逻辑控制上实时性.差的问题[31]。..2.2实验平台监控系统设计监控系统是整个实验平台系统的控制核心，既要完成实物系统监控要求又要作为系统仿真研究的媒介，完成系统研究的相关功能。监控系统的好坏不仅影响到系统的正常运行，

7、也对基于实验平台的研究起重要作用。实物系统不同于仿真系统，其辅助系统正常运行对系统稳定起至关重要的作用，如压力系统、冷却系统。平台监控系统利用分布于现场的传感器通过现场控制单元的输入输出接口，直接对辅助系统关键参数进行釆集并编写自动控制程序进行保护，提高系统可靠性。实验平台监控系统设计是基于第四代集散型网络控制系统（DCS)，随着计算机技术、微电子技术及管理信息技术的发展，集散型控制系统体现出高度信息化、专业化等特点[32]，并通过集成PLC、现场总线网络及各种智能釆集或控制单元，提高了系统的兼容性与开放性。实验平台监控系统结构如图2.

8、2所示，主要由远程监控单元、现场控制单元、现场总线网络组成。远程监控单元主要由系统远程控制计算机组成，监控主机是系统的远程命令源及数据集，通过图形绘制及组态可以模拟系统设备运行的虚拟画面，为系统提供良好的可