基于功率管理的动力定位系统推力分配方法研究

以全电力推进船舶为研究对象,针对船上其他用电设备的功耗波动对电力系统的影响这一实际情况,在不影响定位功能的前提下,在原有的推力分配基础上研究具有功率管理功能的推力分配策略,采用基于动态负载控制法的推力分配方法,以达到减小电网总功耗波动和提高船舶电力系统稳定性的目标。仿真验证此方法导致的船舶在速度和位置上的偏差被成功地限制在一定范围内,也证明了如此小的偏差足以实现减小电网功耗波动的目标。     

结合功率管理推力分配策略研究

由于动力定位对船舶的推进能力要求比较高,所以采用动态性能更好的电力推进方式已经成为了动力定位船舶的优先选择。对于电力推进船舶来说,推进器是其最大的负载,以起重船为研究对象,除了推进器以外,船上还有起重机和绞锚车等大功率负载。当船上其他大功率负载突然启动或者工作在风浪较大的环境时,会造成整个船舶电网功率波动较大,影响整个船舶电网的稳定性。文章提出自适应组合推力偏置结合功率管理分配方法,当船舶电网功率波动较大时,释放偏置的推力,降低整个船舶电网的功率波动,有助于增强电网的稳定性。     

新能源船舶混合电力系统容量优化策略

在新能源船舶电力系统中,不合理的系统容量分配会引起电网的剧烈波动,增加能源消耗,提高用电成本等不利情况。为保证行驶的安全合理,提出一种考虑船舶横摇的新能源船舶混合电站系统的优化策略。该策略使用加入遗传算法交叉过程的多目标多约束粒子群算法,在考虑船舶航行时横摇的情况下,对船舶电力系统中柴油机的出力以及储能电池的容量进行优化配置,在保证船舶运行效率的同时,减少电力系统运行成本以及燃油消耗。以某远洋油轮为例,在一个航程内,优化后的船舶混合电站系统在满足用电可靠性的前提下,合理分配各电源出力,显著改善了电力系统的用电成本。     

基于改进混合蛙跳算法的船舶推力分配

为了提高船舶动力定位系统的定位精度,保障海上正常作业,本文提出了一种基于改进混合蛙跳算法的船舶推力分配方法.建立了以船舶的推进系统功率最小为目标函数,其中目标包括船舶推进器的功率消耗,推进器的磨损,推力的误差.约束条件包括推进器的推力和方向角正常工作大小以及其变化率的大小.针对传统的混合蛙跳算法的初始化和更新规则进行改进.将改进前后的混合蛙跳算法对船舶推力分配问题进行优化求解,仿真的结果表明改进后混合蛙跳算法能有效的降低船舶的功率消耗,并且提高了船舶动力定位系统的相关精度.     

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。     

基于岸基能源的江汉运河船舶电力供给系统设计

针对目前岸基能源船舶设计方案在工程化实施过程中存在的集电杆易脱线、船舶启动时出现的大电流导致船舶电网电压波动等问题,以江汉运河运行的1 000 t级船舶为对象,设计新型轨道式供电装置和柔性受电连接系统,减小水位波动、水流波动及航线偏移对船舶航行的影响;采用超级电容、动力电池以及与岸电电网相结合的模式提供船舶能源,减小船舶启动时因负荷突变造成的电网电压波动,同时增强船舶的制动性能。     

浅析船舶动力定位系统的控制技术

动力定位系统作为一种闭环控制系统,其通过测量系统检测船舶实际位置和目标位置之间的偏差,然后依照环境外力的影响计算出促使船舶回归目标位置需要的推力,对整条船的各种推进器分配推力,推进器产生一定的推力以后与风、浪、流等外力干扰相抗衡,从而确保船舶顺着确定的航道航行。文中首先简要介绍了船舶动力定位系统的组成部分及工作原理,然后分析了PID控制技术,LQG控制技术,模糊控制技术,神经网络,DRNN神经网络等,最后展望了船舶动力定位系统控制技术的发展。     

含锂电池储能的船舶电力系统模型预测控制研究

由于船舶运行的特殊性和负载波动的复杂性,严重影响船舶电力系统的稳定性,因此引入了能量存储技术,降低电网的波动。根据发电机和锂电池的状态空间模型,建立了含锂电池储能的船舶电力系统,并提出了一种基于模型预测控制的船舶电力系统。在含有负载波动的情况下,使发电机和锂电池的输出能够稳定跟随负载的变化,从而满足负载的需求。并将整个系统在Matlab/Simulink中进行实例仿真,仿真结果表明,在模型预测控制下的船舶电力系统能够很好地满足负载波动需求,明显改善船舶电力系统的稳态性能,增强船舶电网的稳定性。     

电力推进船舶电网集中监控系统研究与开发

为了提高船舶电力系统运行可靠性和故障检测能力,通过分析电力系统功能和任务,提出了以集中监控装置为控制层,以现场控制装置为服务层,以信息采集设备和电力系统设备为数据层的三层分布式架构,研究并开发了船舶电网集中监控系统。本文详述了该电网集中监控系统组成、功能和软硬件设计方案。实船试验表明,该电网集中监控系统实现了船舶电力系统集中监测、控制、保护和管理,保障了电力系统的安全、稳定、连续、经济运行。     

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

从经济性角度设计船舶能量管理系统的控制策略;引入储能单元,利用其灵活性强和响应速度快等优点,结合能量管理控制策略,减小负荷波动对电网的影响;建立综合电力系统简化模型验证能量管理控制策略的功能和有效性。仿真结果表明,采用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。     

动力定位系统舵桨组合推力分配研究

针对船舶动力定位系统推力分配中舵桨组合的推力建模及优化分配问题,将舵桨组合的非凸推力区域转化成4个凸区域,采用切换控制理论把非线性最优化问题转换为线性最优化问题。将舵、桨组合起来进行推力建模,以最小推力、舵角变化和推力误差为优化目标,对推进器的推力变化率、舵角变化率、推力误差范围和推力大小作了约束,采用多边形的方法把推力范围约束转化为线性不等式约束,基于总功率与总推力误差在不同推力区域设计了切换逻辑,实现了在不同的推力分配器中的切换。实船试验结果表明舵桨组合推力模型及推力分配策略是切实可行的,满足了推力分配的要求,在配备舵的动力定位船上具有良好的应用前景。     

基于喷水推进器的单手柄操纵系统推力分配策略

目前国内基于喷水推进器的单手柄操纵系统应用较少,通过人工控制2套推进装置的6个参数来实现船体的平移运动操纵复杂、难度大,由此,对基于喷水推进器的单手柄操纵系统推力分配策略进行研究。推力分配是单手柄操纵系统的关键技术之一,其任务是将手柄输出的合力指令分配给各推进器。根据喷水推进器的特性,提出级联广义逆结合组合偏置的控制策略。该推力分配策略基于能量最优、艏向优先的方法,能自适应地调整偏置量,并兼顾喷水推进器的操纵性。仿真结果表明,该策略能适应喷水推进器优异的操纵性。     

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。     

一种基于直翼推进器的动力定位推力分配方法优化研究

推力分配是动力定位控制算法中的重要组成部分,在满足执行机构的物理约束和任务使用约束的同时将高层控制器的指令转化为底层执行机构的控制输入,实现期望控制指令的最优化实施。本论文采用改进的推力分配算法对配备直翼推进器的船舶进行约束条件下的推力分配优化研究,并以某型工程船为背景进行仿真验证,结果表明相比逻辑算法该优化算法效果更佳。     

基于能量最优的组合偏置推力分配算法研究

推力分配是动力定位控制系统的关键技术之一,其任务是将控制器输出的合力分配给各推进器。本文针对推力分配中存在的问题,提出组合偏置思想并设计了自适应组合偏置策略,建立了组合偏置推力分配算法。该算法基于能量最优方法,能够自适应地调整偏置量,兼顾船舶的能量消耗和操纵性。仿真结果表明该算法能有效地提高船舶的动态性能。     

半潜式平台动力定位推力系统分配策略研究

为使动力定位推力分配系统在任何时刻均能产生定位所需的力和力矩,保证船舶处于预定位置或航向,在考虑推进器回转速度、额定功率、工作区限制和避免分配矩阵奇异值等约束条件下,采用基于序列的二次规划法在每个控制指令间隔内求解凸二次规划问题,实现了推力在不同推进器之间的最优分配,使系统的总功率消耗达到最小并有效的减少了推进器的损耗,计算实例结果验证了该方法的有效性。     

一个在船舶推力分配中避免奇异结构的简单方法

处在奇异结构的船舶可能会突然失位,因为无法及时提供船舶所需的推力.文章提出了一个在船舶推力分配中避免奇异结构的简单方法.为了验证这个简单方法的效果,进行了一个半潜平台的时域模拟.时域模拟中用到了两种避免奇异结构的方法,包括新提出的方法和文献中经常提到的典型方法.从结果中可以得出,这个新方法具有和典型方法同样好的推力分配效果.用这个简单方法,虽然消耗的能量有少量增加,但时域模拟所花的时间大大地缩减了.这个简单方法的高效率可以保证它在船舶动力定位的实时推力分配中得到更广的应用.     

基于复杂网络理论的舰船电网关键元件辨识方法

舰船电力系统是一种典型的节点紧凑型独立电力系统,其系统容量相对有限,系统元件种类繁杂,电网运行结构灵活多变,其电力节点及线路极易遭受战斗损伤。针对舰船电力系统的结构及运行特点,基于复杂网络理论对舰船电网脆弱性开展研究,建立了舰船电网等效拓扑模型并提出了电力介数指标,实现了对舰船电网中关键元件的辨识。通过对典型舰船电网进行攻击测试,验证了本文所提出指标的准确性和有效性。     

基于变频技术的船舶电气设备驱动方案

为减少谐波对船舶电网的扰动,基于变频技术,对侧推进电动机和电动机货油泵系统的驱动方案进行研究。综合统筹船舶航行与作业工况和船舶空间布局等因素,设计侧推进电动机和电动机货油泵驱动方案,进行设备布置和谐波测算,并对试验中的典型调试问题进行分析,可为同类型船舶的电气设备驱动方案设计和应用提供借鉴。