船舶综合电力系统的能量管理控制系统与全数字仿真研究

近年来,电能逐渐取代传统动力成为船舶的主要推进能源。作为船舶综合电力系统的核心部分之一,船舶综合电力系统的能量管理控制策略设计及其仿真研究得到越来越多的关注。首先,本文从经济性的角度,设计了船舶能量管理系统的控制策略;其次,本文引入储能单元,利用其灵活性强和响应速度快等优点并结合能量管理控制策略减小负荷波动对电网的影响;最后,为验证能量管理控制策略的功能与有效性,建立综合电力系统简化模型。仿真结果表明,采用本文提出的能量管理控制策略可以使机组运行在最佳油耗范围内,并且提出的简化仿真模型可以验证能量管理系统控制策略的功能。     

船舶PMS控制策略仿真测试平台设计与实现

为了更好的验证船舶功率管理系统的控制策略,避免危险工况下的测试风险,本文基于Matlab仿真软件与Visual studio 2010开发工具,设计并实现了一个较为通用的船舶能量管理系统仿真测试平台,从船舶能量管理系统的功能出发,具有针对性的建立船舶柴油发电机组、负载等模型用于仿真测试。该软件可在正常和非正常状态下测试PMS系统的控制策略,便于PMS控制策略设计,缩短PMS开发周期。     

船舶压载水杀菌装置能量协同模糊控制管理技术

为了实现船舶压载水杀菌装置能量的协同管理,针对紫外线与超声波联合处理(UV/US)压载水管理系统,提出一种基于模糊逻辑控制的杀菌装置能量协同管理策略,选取压载水水质浊度和藻类丰度的变化情况作为模糊逻辑控制系统的输入变量,经模糊推理确定UV/US压载水管理系统各杀菌单元的工作模式;根据UV与US在系统运行过程中的权重关系,建立UV杀菌单元的仿真模型,并搭建UV藻类灭活试验平台,验证UV/US模糊逻辑控制策略的可行性。结果表明:UV/US压载水管理系统及其模糊逻辑控制策略在满足压载水排放性能标准的同时,可以实现各杀菌单元能量的最优控制,降低系统的能耗。     

船舶与岸电并网控制策略研究

岸电与靠港船舶并网控制技术是岸电的核心技术之一,能够实现岸电向船舶的不间断和稳定供电。针对传统岸电控制策略频率稳定性差和不能接受船舶能量管理系统调度的缺点,文章提出了一种基于改进下垂控制的岸电与船舶电网并网策略,使岸电逆变器在具有下垂特性的同时,还具有类似于船舶同步柴油发电机转子的惯性。岸电通过并网预同步控制与船舶电网并网,不会产生大的电流冲击。通过改进下垂控制能够有效提升并网后电压和频率的稳定性,提高船舶电网的电能质量,且能够接受船舶能量管理系统的调度。通过仿真试验,并与传统下垂控制策略进行对比,结果验证了改进下垂控制策略的有效性。     

基于反馈线性化的AFE变频器功率控制

提出了一种新的有源前端(Active Front End, AFE)变频器功率控制策略,仿真测试验证了基于该策略的AFE变频器具有交流侧电流畸变小、直流电压稳定、静态和动态性能好、能量可双向流动等优点。该策略基于多输入多输出非线性系统的反馈线性化理论和同步旋转坐标变换,将AFE变频器功率控制模型转化为线性、时不变的解耦系统,有利于控制系统的设计及实现。     

基于直流电网的异步发电系统控制策略

针对异步直流发电中变转速控制与变转矩控制相结合的新颖综合控制模式,介绍其发电系统的结构、变转速模式特性、转速寻优策略和转矩控制特性并给出具体方法。以柴油机组万有特性为着眼点,提出分级阶跃变转速策略和控制程序流程,通过Matlab/simulink搭建系统模型进行仿真试验以验证变速控制策略的正确性;以异步发电机和变换器为对象,提出基于直接转矩控制策略(DTC)的转矩控制模式,以实现单机直流电压的稳定;最终通过小比例试验验证转矩控制模式实现的可行性。     

船舶电力推进系统控制策略仿真研究

本文针对单一的船舶电力推进系统控制策略无法应对所有复杂工况的问题,提出组合控制策略方案。首先基于三种常规电力推进系统控制策略（转速控制、转矩控制、功率控制）各自的适用范围,引入权重函数,定义权重系数,并提出结合粒子群算法优化权重系数的方法,然后搭建船舶电力推进系统仿真模型,模拟船舶复杂工况,验证组合控制策略的适用性。仿真实验结果表明,所提出的组合控制策略方案在应对船舶复杂工况时能充分发挥三种常规控制策略的优势,具有更好的控制效果。     

基于混合储能的船舶电力推进系统模糊PI控制策略

针对船舶实际航行过程中因复杂海况造成的电力推进系统中直流母线电压波动问题,构建一种基于混合储能的船舶电力系统模型,该模型由超级电容器和蓄电池组成。根据系统功率频谱确定低通滤波时间常数,并通过模糊PI控制策略实现对功率型和能量型2种储能元件充放电全过程的精确管理,延长使用寿命,有效应对在各种复杂海况下的直流母线电压波动问题。在VS2010上进行编程仿真分析,通过将仿真结果与实际船舶电力推进系统模型运行数据相对比,验证所提出的能量管理方案和控制策略的有效性。     

燃料电池混合动力船舶的功率跟踪控制研究

提出了一种基于模型预测控制的燃料电池超级电容混合动力船舶的功率跟踪控制策略。在提升了系统的瞬态功率响应能力的同时,实现了对超级电容中能量的滚动储备;在平抑燃料电池系统的端口功率波动的同时,实现了系统的可靠运行。仿真结果表明了所提出的控制策略的有效性,对比不同控制参数的情况,验证了控制器设计的有效性。     

电压型PWM整流器电流空间矢量控制研究

针对如何提高电压源型三相PWM整流器交流侧电流的控制速度问题,本文提出了控制和调制相结合的两种控制策略,即电流的空间矢量滞环控制策略和优化的电流空间矢量控制策略。本文分别对这两种控制策略进行了仿真,仿真结果验证了两种策略的有效性。     

船舶能量管理系统PMS研究

详细介绍了船舶能量管理系统PMS的功能组成、结构及管理策略。首先阐述了能量管理系统PMS的功能组成模块及各模块的功能要点;其次以船舶电力系统为例,叙述了能量管理系统PMS的双层冗余网络体系结构;最后详细介绍了PMS系统能量优化管理的策略。     

基于小波包-模糊控制的燃料电池混合动力船舶能量控制策略

由于负载波动导致混合动力船舶存在燃料电池电能质量下降及蓄电池使用寿命缩短的问题,因此,针对该问题首先对船舶动力系统进行模拟改装。采用超级电容、磷酸铁锂电池构成复合储能系统,设计基于小波包及模糊控制的能量控制策略,通过搭建动力系统及能量控制策略的Simulink仿真模型对所提控制策略有效性进行验证。仿真结果表明,该控制策略能够有效地优化电池充放电过程,延长电池使用寿命、降低燃料电池输出功率的波动及稳定母线电压提高电能质量。     

港口用复合能源电动运输车能量管理策略研究

针对港口用复合能源电动运输车,开展能量优化控制策略研究。通过对电动车各个部分进行选型和参数匹配,搭建整车数学模型及控制策略模块;为优化复合电源的能量管理策略,结合混沌映射、模拟退火及自适因子思想对遗传算法进行改进,提出CSAGA优化算法,对双电源功率模糊分配模型规则进行优化;在IDC和FTP75工况下进行对比实验。实验结果表明,采用CSAGA控制的双电源能量管理系统,可减少电流对锂电池的冲击,整车动力性能显著提升。     

基于能量实时协调控制的船舶微电网电源优化配置

论文以风、光、柴、蓄能源混合的独立船舶微电网为研究对象,对分别作为主控制电源的柴油发电机组和蓄电池储能系统提出了两种不同的运行控制模式,并相应设计了两种能量管理调度策略。针对系统的电源优化配置问题,构建了计及系统全寿命周期的设备成本、微电网容量缺失及污染物治理成本为目标函数的三目标优化设计模型。该模型采用非支配性排序遗传算法(NSGA-II)进行求解,对不同电源组合、不同能量控制策略对独立微电网多目标配置优化结果的影响进行研究分析。通过在同一电源配置下采用不同策略和不同蓄电池荷电状态(SOC)上限,对各电源输出功率情况影响的仿真结果分析,验证了优化模型的实用性和科学性。     

基于超级电容的车客渡船能量管理策略

针对车客渡船航行过程中因推进电机需要频繁大尺度启动和制动而造成船舶电网易产生较大波动、能量管理复杂的问题,提出一种基于超级电容的车客渡船能量管理策略.采用模糊自适应(PID)控制策略对储能系统充放电进行控制,以直流母线电压为目标,通过Matlab/Simulink建立仿真模型,并搭建超级电容能量回收试验平台,验证该能量管理策略的可行性.结果表明,超级电容能对推进电机制动能量进行缓冲存储,提高能量的利用率,同时还可以减小船舶电网的波动,避免发电机组频繁调节,提高电网的安全性.     

基于循环寿命的船用锂电池组能量管理策略

为提高小型船舶上锂电池组的循环寿命,针对某类纯电动游览船的综合电力推进系统,基于能量守恒理论,建立船舶航行里程与电池剩余容量模型.综合考虑船舶航行里程、到达时间和锂电池循环寿命3者之间的关系,建立锂电池组老化模型,提出一种基于降低锂电池组老化速率和逻辑门限优化算法的锂电池组能量切换策略.仿真结果表明,在相同环境下,相比一般的充放电管理系统,采用该策略的锂电池组容量衰减量大大减少,减少的衰减量之差占原衰减量的比值可达69.8％,验证了该能量管理策略能较大地提高锂电池组循环寿命这一结论.     

船舶微网功率分配策略仿真研究

针对包含柴油发电机、光伏阵列、储能电池组成的船舶微网系统,提出了一种船舶微网功率分配策略。该控制策略依据各微源出力和负荷情况,制定相应的功率分配计划。在Matlab/simulink环境下对船舶微网各个组成部分进行建模并对所提出的控制策略进行仿真,仿真结果验证了所提出的控制策略的可行性和正确性。     

遥操作机器人系统主从控制策略

近年来主从式机器人系统被广泛应用在医疗、深海等非结构性环境.在现有研究成果的基础上,研究了主从式机器人系统的控制策略.采用增量式位置控制,易于建立主端与从端的工作空间映射,并增加位置反馈提高系统的控制精度;解决了主从运动比例变化的问题;并通过搭建的主从机器人系统对位置控制策略进行验证,结果表明了系统位置控制策略的准确性和实时性.将主从位置误差引入系统的力反馈控制策略,分析系统的稳定性,并通过MATLAB/Simulink对力反馈策略进行仿真及实验验证,仿真与实验结果验证了所建立控制策略的有效性.     

基于云计算的船舶电站管理系统最优化设计研究

随着船舶动力系统的增强,船舶电站管理系统对海上供电网络的稳定性及动力系统能量供给至关重要。传统的电站管理系统基于单控制器,当采集数据类型及数量增加,处理性能成为整个管理系统瓶颈。云计算平台能够对多类采集数据利用分布式平台进行并行处理,提高了供电控制的时效性。本文分析了现有电站管理系统的电路结构,研究了基于云计算的船舶电站管理控制平台,并利用PLC设计平台控制系统,最后进行仿真。     

智能管理控制终端在船舶IMS和PMS系统中的应用研究

智能管理控制终端是船舶IMS综合监测系统和PMS功率管理系统的重要组成部分。文章首先介绍了智能管理控制终端的软件及硬件组成;其次,结合IMS和PMS系统介绍了智能管理控制终端的应用和主要功能,最后研究探讨了其核心功能预测和故障诊断的原理及实现方法。