船用燃气轮机发电机组仿真技术研究

论文摘要

船舶综合电力系统把电力推进、高能设备、探测设备和日常用电综合为统一系统来考虑和设计,从而将全船所需的动力以电力的形式集中提供,统一调度、分配和管理,它代表当今船舶动力装置的发展方向。而燃气轮机发电机组相关技术是当今综合电力推进的关键技术之一,对其进行相关研究对于我国船舶动力装置的发展具有重要的意义。本文应用模块化建模方法对燃气轮机发电机组进行了模块划分,应用容积惯性法建立了具有较高精度的燃机各部件子模块的非线性数学模型,利用派克变换建立了发电机的实用数学模型,根据所建各模块的数学模型,建立各模块的通用仿真模型。在此基础上,选择不同部件仿真模块连接,建立了单轴燃机和分轴燃机的整机仿真模型,分轴燃机发电机组整体仿真模型和两台发电机组并联运行仿真模型。利用这些模型,对单轴燃机和分轴燃机稳态动态性能、单燃机发电机组起动过程、突加突减电力负载过程和两台同型号发电机组的并联运行进行了仿真,得到了不同工况下的主机转速、主机扭矩、电网电压、电网频率和电网电流的动态曲线,以及两台并联燃机发电机组有功功率分配规律,仿真结果验证了所建模块的通用性和准确性,同时也为试验台的搭建提供了理论基础。建立燃机仿真模型时对燃机部件曲线特性的处理是关键,本文分别采偏最小二乘法和神经网络拟合法对燃机的部件特性曲线进行了拟合,达到了满意的拟合精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究船用燃气轮机发电机组的目的及意义
• 1.2 燃气轮机发电机组在国内外的发展与应用
• 1.3 系统仿真技术的发展以及在动力装置上的应用
• 1.4 船舶电力系统的组成及工作原理
• 1.5 本文主要研究工作
• 第2章 燃气轮机发电机组数学建模
• 2.1 模块化建模方法研究
• 2.1.1 模块化建模的概念
• 2.1.2 模块化建模的内容和优点
• 2.1.3 本文研究对象的模块化分解
• 2.2 燃气轮机仿真方法
• 2.3 燃气轮机发电机组模块化数学建模
• 2.3.1 燃气轮机数学模型
• 2.3.2 电子调速器数学模型
• 2.3.3 发电机数学模型
• 2.3.4 励磁系统数学模型
• 2.3.5 电力负载数学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 燃气轮机部件特性曲线及其处理方法
• 3.1 压气机及涡轮特性曲线
• 3.2 部件特性曲线拟合方法
• 3.2.1 偏最小二乘法
• 3.2.2 神经网络法
• 3.3 本章小结
• 第4章 船舶发电机组的并联运行
• 4.1 同步发电机组的并联运行条件
• 4.2 同步发电机组投入并联运行的方法
• 4.3 并联运行同步发电机组间功率的分配
• 4.4 本章小结
• 第5章 燃气轮机发电机组的仿真建模
• 5.1 燃气轮机系统仿真模型
• 5.1.1 燃机各部件仿真模型
• 5.1.2 调速器仿真模型
• 5.2 燃机机组各部分仿真模型的封装
• 5.3 燃机机组整体仿真模型及仿真试验
• 5.3.1 燃机机组仿真模型
• 5.3.2 燃机机组仿真试验及结果分析
• 5.4 发电机机组及电力负载仿真模型
• 5.5 燃气轮机发电机组总体仿真模型及仿真试验
• 5.5.1 燃机发电机组总体仿真模型
• 5.5.2 燃机发电机组仿真试验及结果分析
• 5.6 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