混合储能技术在船舶电网中的应用

在船舶电力系统中,船舶大功率负载的变化除了会引起船舶电网剧烈的波动,增加船舶原动机的机械应力和热应力,还会增加船舶燃料的消耗。为保证船舶电网的安全稳定,本文采用混合储能单元技术。本文分析船舶电力系统的调速系统和励磁系统,锂电池与超级大电容的充放电电路。根据锂电池和超级大电容的特性,采用粒子群算法优化混合储能单元容量。利用Matlab/Simulink仿真了含混合储能单元的船舶电力系统。仿真结果表明混合储能单元能够明显的抑制船舶电网波动,增强系统的稳定性。     

基于自抗扰控制技术的船舶发电机励磁系统研究

船舶电网是一个容量有限的电源系统,突加突卸大功率负载会对其造成冲击,甚至引起船舶发电机输出电压不稳定,采用经典PID难以满足快速恢复发电机输出电压的功能要求。针对这一问题,提出一种基于自抗扰控制技术的新型励磁控制策略对其进行改进。介绍自抗扰控制器的原理,分析其控制性能较经典PID控制优异的原因,设计自抗扰控制器,在Simulink仿真平台上搭建励磁系统仿真模型,进行仿真实验,仿真结果表明在船舶电力系统突加突卸大功率负载后,新型励磁控制策略较经典PID控制具有更好的快速性和稳定性。     

现代船舶电力系统鲁棒性研究

随着船舶动力系统增加,系统负载与推进器的非线性因素增多,影响船舶电网传输的稳定性,需要对船舶电力系统负载鲁棒性进行研究,以控制系统稳定性。本文建立船舶发动机负载与推进器的非线性模型,研究负载功率、电流及电压之间的耦合关系,在分析了系统鲁棒性基础上提出了一种基于Hamilton函数的船舶电力系统控制策略,对系统负载与推进器的非线性因素进行控制,最后对提出的策略进行仿真,结果表明其对船舶电网传输的稳定性具有很好控制作用。     

基于PSCAD的船用柴油发电机组仿真分析

船舶电力系统容量小,在受到较大扰动时,频率和电压不再保持为恒定,而是一个动态变化的过程。为了对船舶电力系统的过渡过程进行分析,本文利用PSCAD／EMTDC软件建立了柴油机及其调速系统以及发电机励磁系统的数学仿真模型,并对其各组成部分进行详细分析。最后利用分级突加突卸负载的方式对机组模型的正确性进行验证,指出通过对船舶电站同步发电机的励磁控制和柴油机的转速控制可以提高船舶电力系统稳定性。     

船舶能量管理系统PMS对策

船舶电力系统是独立电网,电气设备相互连接在一起,发电机和负载相互影响,对电力系统优化运行和控制的最基本要求是安全运行并且能量消耗最少。早期的能量管理是指为满足实际负载的功率需求,自动启动或停止发电机组。最近,许多先进的控制系统加入能量管理。以电力推进船舶的电力系统配置和船舶综合控制系统及其控制层次结构为例,对能量管理系统PMS的目标、组成、具体功能进行详细介绍。     

典型工况下船舶电力系统MATLAB/Simulink仿真

为提高船舶电力系统的用电稳定性,保证船舶在空载、加载、短路等诸多工况下功率分配的合理性,采用模块化的思想,对船舶原动机及调速系统、励磁调压系统、同步发电机及发电机并车模型进行详细建模.模拟仿真单台发电机和多台发电机并车运行下空载运行、突加负载运行、突加异步电机等几种典型工况,观察同步发电机转速及端电压变化,电网电压变化,异步电动机电流及电压变化情况,避免在实船上进行典型工况故障分析和实船实验测试产生的高昂成本,仿真结果的数据对船舶电力系统的设计与研究具有积极意义.     

典型工况下的燃料电池船舶复合储能系统设计

针对燃料电池船的电能质量品质不高、蓄电池使用寿命短等问题,设计了由超级电容、磷酸铁锂电池组成的复合储能系统,并提出了基于功率分流式的能量管理策略。在MATLAB/Simulink环境下建立系统仿真模型,并采用自适应粒子群算法调用仿真模型,对复合储能系统的容量配置与能量管理策略的参数进行联合优化。仿真结果表明：优化后的复合储能系统可以满足船舶典型工况需求,并且能够缓冲负载波动对燃料电池与磷酸铁锂电池的冲击,使燃料电池工作在高效率区间,机动工况下船舶能量效率提高了3.17%；磷酸铁锂电池的充放电过程得到优化,能延长其使用寿命；母线电压波动减小,提高了电能质量。     

柴电混合电力推进船舶负载频率H_∞鲁棒控制

[目的]风、浪及海流等多种随机不确定因素会引起船舶综合电力系统负载频率的波动。[方法]采用电池补偿柴油发电机组输出功率与船舶需求功率之间的差值,对柴油发电机组进行二次调频控制,保证船舶电网功率平衡,抑制电网频率波动。建立综合电力推进系统频率控制状态空间模型,基于H_∞混合灵敏度原理,选取合理的灵敏度与补灵敏加权函数设计鲁棒控制器,采用线性矩阵不等式(LMI)方法对设计的控制器进行求解并进行算例仿真。[结果]系统幅频特性表明,设计的鲁棒控制器具有合理性,短时冲击信号作用下的性能表现满足指标要求。与传统PI控制器的对比结果表明,设计的鲁棒控制器能显著抑制随机扰动引起的电网负载频率波动,减小柴油发电机组与电池的功率变化,电池荷电状态(SOC)变化范围明显缩小,可提高船舶电力系统鲁棒稳定性与鲁棒性能。[结论]该系统在各种工况下都能稳定运行并且使电网频率稳定,同时提高柴油发电机组燃油经济性,减小废气排放。     

含大功率脉冲性负荷的船舶供电系统设计及研究

脉冲性负荷是一种功率波动明显、频率切换频繁的负载,而船舶电力系统的容量和惯性较小,容易受到负荷波动的影响。本文首先根据雷达的种类、功率,及其运行特性和影响,将其进行分类并梳理出相应的解决思路,对功率波动周期和占空比都不确定的脉冲负荷雷达进行研究。由于柴油机的调速特性和发电机的调压特性都跟不上负荷频幅的波动,脉冲性负荷的工作会给船舶电力系统造成恶劣的影响,本文设计了一种含电容储能的脉冲性负荷供电系统,并完成储能电容参数的计算,结合柴油发电机组固有机械储能特性优化配置电容储能的容量。通过仿真验证了该供电系统在雷达多种典型工况下,直流母线电压的波动满足相关指标要求,网侧输入功率平滑稳定,且网侧电压谐波小于2%,满足负荷供电需求及舰船电网抗负载冲击的要求。研究结果对脉冲负载在舰船电力系统中的应用及其设计方面具有一定的指导意义和参考价值。     

带恒功率负载下船舶供电系统暂态稳定性影响因素研究

通过建立船舶供电系统整流同步发电机带恒功率负载的仿真模型,研究了突加、突卸恒功率负载工况下系统的暂态稳定性,确定了影响系统稳定性的各主要因素,并分别评估了其影响程度。分析结果对以后评判船舶综合电力系统带恒功率负载的稳定性具有重要意义。