船舶燃气轮机发电系统平稳技术研究

论文摘要

如今船舶综合电力推进系统得到了突破性的发展,不但广泛应用于各种工程船、油轮、集装箱船等大中型常规船舶,而且开始在舰船上进行大规模的实验研究及应用,显示了其良好的应用前景。虽然船舶综合电力推进系统具有诸多优点,但船舶电网是一个独立运行的孤立电网,电网容量小,对电力负荷的变化比较敏感。随着各种用电设备及大功率装置得到越来越多的应用,各种大功率设备起动或停机时,会造成瞬时的负荷突变,这必然会对整个船舶电力系统造成较大的冲击影响。这使船舶上许多电力电子装置以及相应的控制设备不能正常运行,将会对船舶电力系统的稳定性造成重大影响。本文通过对飞轮储能系统的研究,提出对燃气轮机发电机组在大负荷波动情况下,采用飞轮储能装置进行平稳,以减小大负荷波动对发电机组的冲击作用。利用系统仿真技术,基于模块化的建模思想,对船舶发电系统进行模块化建模,建立了一套船舶燃气轮机发电系统仿真模型。利用Matlab/GUI技术建立船舶燃气轮机发电系统仿真界面,通过人机界面实现控制仿真模型,并实现后处理等功能。使整个仿真系统操作更为人性化,减轻使用者的操作需求。根据仿真模型仿真分析,得到飞轮储能装置的最佳控制方案。在该控制方案基础上对该仿真模型在不同负荷下的负荷波动进行仿真,得到了有无飞轮电池储能装置对船舶燃机发电模块在大负荷冲击下的不同响应过程。仿真结果表明应用飞轮储能装置,能够增强电网稳定性,对船舶燃气轮机发电系统应对大负荷波动时,起到更好的平稳作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 国内外发展概况
• 1.2.1 船舶综合电力推进系统
• 1.2.2 燃气轮机发电模块
• 1.2.3 飞轮储能技术
• 1.2.4 系统仿真技术
• 1.3 本文主要内容
• 第2章 飞轮储能技术研究
• 2.1 飞轮储能技术原理
• 2.1.1 飞轮储能技术原理
• 2.1.2 飞轮储能装置基本组成
• 2.1.3 飞轮储能装置特点
• 2.2 飞轮储能关键技术分析
• 2.2.1 飞轮转子设计
• 2.2.2 磁轴承技术
• 2.2.3 电动机/发电机设计
• 2.2.4 变频调速控制技术
• 2.3 飞轮储能装置控制技术
• 2.4 飞轮储能装置数学模型
• 2.4.1 飞轮数学模型
• 2.4.2 永磁同步电机数学模型
• 2.4.3 PWM变流器数学模型
• 2.5 飞轮储能与发电系统
• 2.6 本章小结
• 第3章 燃气轮机发电系统数学模型
• 3.1 燃气轮机数学模型
• 3.1.1 惯性环节
• 3.1.2 部件特性
• 3.1.3 调速器数学模型
• 3.2 发电机数学模型
• 3.2.1 同步发电机数学模型
• 3.2.2 励磁系统数学模型
• 3.3 推进电机数学模型
• 3.4 螺旋桨数学模型
• 3.6 电力负载数学模型
• 3.7 本章小结
• 第4章 燃气轮机发电系统软件设计
• 4.1 建立模型库文件
• 4.1.1 模块封装
• 4.1.2 库文件建立
• 4.2 求解计算方法
• 4.3 燃气轮机发电系统仿真模型
• 4.4 Matlab/GUI设计图形化仿真界面
• 4.4.1 GUI的基本结构与组成
• 4.4.2 GUI的设计基础
• 4.4.3 仿真软件的界面设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 飞轮储能装置控制策略研究
• 5.1 转速反馈控制方案
• 5.2 转速PID双反馈控制方案
• 5.3 PID阀值的选取
• 5.4 本章小结
• 第6章 发电系统动态仿真分析
• 6.1 甩负荷仿真分析
• 6.1.1 突甩50%负荷
• 6.1.2 突甩100%负荷
• 6.2 增负荷仿真分析
• 6.3 不同功率飞轮的平稳作用
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢