电力推进系统对船舶电网稳定的影响研究

论文摘要

船舶电力系统是一个独立的电力系统,它的发电机容量相对较小,而负载容量相对较大,因此大功率的负载波动必然会对船舶电网的稳定造成很大的影响。特别是电力推进系统,它的容量常常占到发电机容量的60%以上,是船舶电力系统中最主要的负载。由于推进系统经常工作在不同的工况下,负荷波动更为频繁和明显,因此研究它的运行对船舶电网的影响更具有现实意义。对系统电压稳定性进行研究是船舶电力系统稳定分析的一个重要组成部分,也是本文的主要研究工作。本文的研究同时涉及了发电机、推进电机和螺旋桨的动态特性,对发电机及其控制系统和电力推进系统进行分别建模,最后实现对船舶电力系统的组合仿真。首先,对系统中重要组成部分进行建模:（1）考虑到螺旋桨负载工作时对推进电动机的扰动,建立采用矢量控制方法和SVPWM脉宽调制技术的的永磁同步电动机控制系统模型。（2）考虑到船舶运动与螺旋桨的关系及船-桨之间的相互影响,建立统一的船-桨系统模型。（3）考虑到系统负载波动对发电机端电压的影响和电力系统电压稳定的要求,在建立发电机及其控制系统模型时采用PID闭环控制的励磁控制环节,形成了主电和控制一体的电源模型。然后在MATLAB/SIMULINK环境下分别对电力推进系统和发电机励磁控制系统进行动态的仿真并分析其性能。最后,将“电源”模型和“负载”模型进行连接,对发电机端电压在电力推进系统全速起动、分级起动、直接制动、分级制动和直接倒车等工况下的变化情况进行综合仿真。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 船舶综合电力推进的国内外现状
• 1.1.1 船舶综合电力推进的优点
• 1.1.2 船舶综合电力推进的发展
• 1.1.3 我国船舶综合电力推进的发展与应用
• 1.2 船舶电力系统稳定性的分析
• 1.2.1 船舶电力系统的特点
• 1.2.2 船舶电力系统稳定性分类
• 1.2.3 电力推进系统对船舶电网电压稳定的影响分析
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 综合电力推进系统各元件的数学模型
• 2.1 综合电力推进系统组成
• 2.2 同步发电机的数学模型
• 2.3 永磁同步电动机的数学模型
• 2.3.1 永磁同步电动机作为推进电动机的性能优势
• 2.3.2 调速永磁同步电动机的数学模型
• 2.4 螺旋桨的数学模型
• 2.4.1 螺旋桨的推力和阻转矩
• 2.4.2 螺旋桨的敞水特性
• 2.4.3 修正后的螺旋桨推力和阻转矩
• 2.4.4 螺旋桨与船体的相互作用
• 2.4.5 船-桨数学模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 电力推进系统的控制与仿真
• 3.1 永磁同步电动机的矢量控制分析
• 3.1.1 矢量控制原理简介
• 3.1.2 矢量控制方法介绍
• 3.1.3 矢量控制中用到的坐标变换
• 3.2 电压空间矢量（SVPWM）脉宽调制原理与算法分析
• 3.2.1 SVPWM 原理
• 3.2.2 SVPWM 的算法实现
• 3.3 电力推进系统的仿真实现
• 3.3.1 永磁同步电动机矢量控制系统的设计与仿真建模
• 3.3.2 船-桨系统的仿真建模
• 3.3.3 电力推进系统仿真与结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 电力推进系统对船舶电网稳定的影响分析
• 4.1 同步发电机数学模型的简化
• 4.2 同步发电机励磁控制系统
• 4.2.1 励磁控制对发电机端电压的影响分析
• 4.2.2 同步发电机PID 励磁控制系统的仿真建模
• 4.3 电力推进系统对发电机端电压稳定的影响仿真与分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 参考文献
• 致谢