船舶运行工况对电力推进系统特性的影响研究

船舶电力推进系统经常运行在不同工况下,负荷波动频繁且变化范围大,因此研究不同运行工况对船舶电网与电力推进系统特性的影响具有直接现实意义。利用建模与仿真的研究手段,探索船舶电力推进系统在稳态及动态运行时的工作特性,获取系统知识,对船舶电力推进系统的设计和使用能起到理论预报和指导作用。 本文主要从船舶电力推进系统数学模型的归纳与总结、基于三电平逆变器的异步电动机直接转矩控制技术的研究、系统仿真模型的构建与有效性验证、船舶各种运行工况的仿真分析等方面展开研究。主要进行了以下几方面的工作： 第一,归纳了船舶电力推进系统主要组成部分的数学模型,包括柴油机动力学模型、三相同步发电机及励磁控制系统模型、三绕组变压器模型、变频器(整流单元为12脉波不可控整流电路,逆变单元为二极管箝位型三电平逆变器)模型、推进电机模型以及适合四象限工况的船机桨模型等。 第二,介绍了基于三电平逆变器的异步电动机直接转矩控制技术,分析了直接转矩控制的基本原理和结构,包括三种定子磁链观测模型、电磁转矩观测模型、速度调节器、电磁转矩调节器、磁链调节器以及基于虚拟合成矢量的空间电压矢量开关表。 第三,利用Saber仿真软件的基础元器件及自带MAST语言对子系统的数学模型搭建了相应的仿真模型,并对子系统的仿真模型分别进行了有效性验证,最终将子系统模型集成为完整的船舶电力推进系统仿真模型。 第四,利用所构建的系统仿真模型,进行了典型工况(起航、停车、倒航)、特殊工况(螺旋桨受阻、出水、脱落)、故障工况(发电机单相接地、三相短路故障)的仿真实验及分析,研究了不同运行工况下船舶电网与电力推进系统在稳态及动态工作时的响应特性,增加了对电力推进系统的认识。