船舶电站多机组并联运行的励磁控制研究

论文摘要

发电机组并联运行普遍应用于现代船舶电站中,它能够有效地增大船舶电站的容量、提高供电质量、降低机组运行成本。船用柴油机具有辅助设备少、油耗低、起动迅速、控制灵活等特点,是最常见的船舶发电原动机。柴油发电机组并联运行具有很强的实用价值。然而,多发电机组并联运行的协调控制问题一直没有得到很好的解决。文章围绕船舶电站并联发电组的励磁控制进行了以下研究：1、为了准确地描述同步发电机的动态特性,同时兼顾分析研究的方便,在派克方程的基础上,通过一定的简化处理,降低了方程的阶数,建立了描述柴油发电机组电磁暂态过程的实用五阶模型和励磁系统模型；2、通过节点电势法,对一个由四台相同型号的柴油同步发电机组构成的简化船舶电力系统进行潮流计算,获得系统稳态运行的初始值,以此作为动态分析的基础；利用节点电压方程,建立了适用于多发电机组分析的并联系统的数学模型；3、设计励磁控制器的过程中,在稳态运行点附近,将所有发电机组模型、网络方程线性化,建立了描述多发电机组线性化系统的状态空间方程、输出方程、控制方程；分析了分散协调控制理论的特点,将输出反馈分散协调控制理论用于励磁控制器的设计,引入实际中容易得到的输出量：转子角速度ω、励磁电动势Efd、输出电磁功率Pe、机端电压Ut作为反馈量,并联系统的整体性能通过二次型性能指标进行约束；通过求解Levine-Athans方程组,可以确定各个反馈变量的最优反馈参数,控制各台发电机组的励磁电动势Efd,从而控制各发电机组的电压稳定；4、将设计的励磁控制器应用于船舶电站各发电机组的励磁系统,通过突加、突卸静态负载,检验控制器的性能,绘制了描述发电机组动态特性的典型电气量的仿真曲线。对仿真结果分析表明：本文设计的励磁控制器,控制方式简单、反馈量容易选取、多发电机组间的协调效果显著,对各种扰动有很强的适应能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.1.1 船舶电力系统的特点
• 1.1.2 发电机组并联运行的意义
• 1.1.3 船舶电力系统稳定性的特点
• 1.1.4 励磁系统对电力系统稳定性的影响
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 励磁控制器的发展
• 1.2.2 控制理论的发展
• 1.3 论文的安排
• 第2章 船舶电站基本元件的数学模型
• 2.1 理想电机
• 2.1.1 描述同步发电机的基本方法
• 2.1.2 标幺值
• 2.1.3 同步发电机的实用模型
• 2.2 同步发电机组的励磁系统
• 2.3 本章小结
• 第3章 船舶电站多发电机组并联系统模型
• 3.1 多机并联系统模型
• 3.1.1 耦合法建立的船舶电力系统的数学模型
• 3.1.2 基于节点电势法的船舶电力系统数学模型
• 3.2 基于节点电势法的船舶电力系统潮流计算
• 3.3 改进欧拉法及流程
• 3.4 本章小结
• 第4章 船舶电站多发电机组励磁控制器设计
• 4.1 最优控制理论在励磁控制器设计中的应用
• 4.2 输出反馈分散协调励磁控制器的设计
• 4.2.1 发电机组线性化模型
• 4.2.2 并联系统的状态空间方程和输出方程
• 4.2.3 最优反馈增益矩阵
• 4.3 本章小结
• 第5章 船舶电站多发电机组并联运行分析
• 5.1 船舶电力系统的暂态稳定性
• 5.2 机组运行状态分析
• 5.2.1 突加静态负荷时系统的响应
• 5.2.2 突减静态负荷时系统的响应
• 5.3 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
• 附录