一種大型輪機(jī)模擬器中船舶電力系統(tǒng)的建模方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明為一種大型輪機(jī)模擬器中船舶電力系統(tǒng)的建模方法，結(jié)合開(kāi)發(fā)研制大型集裝箱船舶輪機(jī)模擬器，建立了船舶電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，包括發(fā)電機(jī)組模型、電壓自動(dòng)控制模型、負(fù)載模型和電站管理系統(tǒng)等模型。采用了數(shù)學(xué)建模與物理操縱相結(jié)合的混合仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了具有良好人機(jī)交互界面的船舶電力仿真目標(biāo)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種大型輪機(jī)模擬器中船舶電力系統(tǒng)的建模方法

【發(fā)明內(nèi)容】

[0001]本發(fā)明結(jié)合開(kāi)發(fā)研制大型集裝箱船舶輪機(jī)模擬器，建立了船舶電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，包括發(fā)電機(jī)組模型、電壓自動(dòng)控制模型、負(fù)載模型和電站管理系統(tǒng)等模型。采用了數(shù)學(xué)建模與物理操縱相結(jié)合的混合仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了具有良好人機(jī)交互界面的船舶電力仿真目標(biāo)。
[0002]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
1、船舶電力系統(tǒng)組成
目前主要船型有集裝箱船舶、超大型油船(VLCC)和雜貨船等，就機(jī)電設(shè)備的先進(jìn)性和復(fù)雜性而言，當(dāng)以集裝箱船舶為首。本文以某大型集裝箱船舶為對(duì)象進(jìn)行實(shí)船仿真。圖1為大型集裝箱船舶發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)圖。
[0003]實(shí)船系統(tǒng)主要由以下四部分組成:(I)電源系統(tǒng):由4臺(tái)主柴油發(fā)電機(jī)組、I臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組和蓄電池組組成；(2)供電系統(tǒng):由主電網(wǎng)、應(yīng)急電網(wǎng)和直流電網(wǎng)組成；(3)配電系統(tǒng):由主配電屏、應(yīng)急配電屏、充放電屏、偵_屏、組合屏和其他負(fù)載屏組成；(4)電站管理系統(tǒng)等。系統(tǒng)的主要功能有:機(jī)旁、主配電屏上手動(dòng)、自動(dòng)控制等各項(xiàng)電站操作功能；在線(xiàn)顯示與修改參數(shù)；發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)、頻率、電流、功率、勵(lì)磁電壓在線(xiàn)曲線(xiàn)顯示；應(yīng)急發(fā)電機(jī)在線(xiàn)測(cè)試；各種組合負(fù)載模塊控制單元的功能測(cè)試等等。
[0004]2、船舶電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
對(duì)圖1進(jìn)行分析，該電力系統(tǒng)是由發(fā)電機(jī)組、勵(lì)磁系統(tǒng)、電網(wǎng)及負(fù)載等組成，發(fā)電機(jī)組分兩部分，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)部分和勵(lì)磁回路部分。圖2為發(fā)電機(jī)系統(tǒng)組成示意圖。
[0005]3、仿真功能的實(shí)現(xiàn)
仿真系統(tǒng)的主要功能有:機(jī)旁、主配電屏上手動(dòng)、自動(dòng)控制等各項(xiàng)電站操作功能；發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)、頻率、電流、功率、勵(lì)磁電壓在線(xiàn)曲線(xiàn)顯示；設(shè)備的保護(hù)；應(yīng)急發(fā)電機(jī)在線(xiàn)
測(cè)試，等等。為了培訓(xùn)方便，本仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有三個(gè)特點(diǎn):(I)具有使用物理盤(pán)臺(tái)、計(jì)算機(jī)界面同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)仿真或由計(jì)算機(jī)界面單獨(dú)進(jìn)行系統(tǒng)仿真的功能。由于物理盤(pán)臺(tái)顯示的數(shù)據(jù)來(lái)源是由仿真模型提供的，因此，物理盤(pán)臺(tái)和計(jì)算機(jī)界面必須保持同步，當(dāng)物理盤(pán)臺(tái)、計(jì)算機(jī)界面同時(shí)訓(xùn)練時(shí)，物
理盤(pán)臺(tái)不能跟蹤的量如開(kāi)關(guān)等，以物理盤(pán)臺(tái)的狀態(tài)為主，計(jì)算機(jī)界面上的量跟蹤物理盤(pán)臺(tái)的狀態(tài)，當(dāng)選擇計(jì)算機(jī)界面單獨(dú)訓(xùn)練時(shí)，則把物理盤(pán)臺(tái)屏蔽掉，由計(jì)算機(jī)界面單獨(dú)進(jìn)行訓(xùn)練；(2)具有隔離功能。當(dāng)選擇隔離后，電力系統(tǒng)可以單獨(dú)訓(xùn)練而不影響其他系統(tǒng)的工作狀態(tài)和訓(xùn)練；(3)具有故障設(shè)置功能。教練員機(jī)可以進(jìn)行故障設(shè)置，讓學(xué)員進(jìn)行故障排除，實(shí)現(xiàn)了實(shí)船無(wú)法進(jìn)行的訓(xùn)練功能，本電力系統(tǒng)可設(shè)置的故障有400多個(gè)。由于實(shí)船電力網(wǎng)是采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，包含六層電網(wǎng)，在電網(wǎng)中包括的各種負(fù)載有300多個(gè)，理論上對(duì)各負(fù)載都可以進(jìn)行短路故障和接地故障的設(shè)置，但在本仿真系統(tǒng)中選擇了 100多個(gè)重要的負(fù)載進(jìn)行了短路故障和接地故障設(shè)
置，還有包括4臺(tái)主發(fā)電機(jī)和I臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)在內(nèi)的故障設(shè)置(勵(lì)磁、繞組、絕緣)、電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)絕緣下降及蓄電池等故障設(shè)置。[0006]系統(tǒng)內(nèi)部信息交換以及和其它系統(tǒng)之間的信息交換是通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)器來(lái)進(jìn)行，各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1)、仿真結(jié)果表明，仿真數(shù)據(jù)和效果與實(shí)船情形相同或相似，
2)、該系統(tǒng)同時(shí)可實(shí)現(xiàn)400多個(gè)故障模擬功能，并且已在國(guó)內(nèi)外4臺(tái)大型輪機(jī)模擬器上成功運(yùn)行，取得了令人滿(mǎn)意的培訓(xùn)效果。
【權(quán)利要求】
1.一種大型輪機(jī)模擬器中船舶電力系統(tǒng)的建模方法包含以下幾個(gè)部分: 船舶電力系統(tǒng)組成 目前主要船型有集裝箱船舶、超大型油船(VLCC)和雜貨船等，就機(jī)電設(shè)備的先進(jìn)性和復(fù)雜性而言，當(dāng)以集裝箱船舶為首；本文以某大型集裝箱船舶為對(duì)象進(jìn)行實(shí)船仿真； 船舶電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 對(duì)圖1進(jìn)行分析，該電力系統(tǒng)是由發(fā)電機(jī)組、勵(lì)磁系統(tǒng)、電網(wǎng)及負(fù)載等組成，發(fā)電機(jī)組分兩部分，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)部分和勵(lì)磁回路部分；圖2為發(fā)電機(jī)系統(tǒng)組成示意圖； 仿真功能的實(shí)現(xiàn) 仿真系統(tǒng)的主要功能有:機(jī)旁、主配電屏上手動(dòng)、自動(dòng)控制等各項(xiàng)電站操作功能；發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)、頻率、電流、功率、勵(lì)磁電壓在線(xiàn)曲線(xiàn)顯示；設(shè)備的保護(hù)；應(yīng)急發(fā)電機(jī)在線(xiàn)測(cè)試，等等；為了培訓(xùn)方便，本仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有三個(gè)特點(diǎn):(I)具有使用物理盤(pán)臺(tái)、計(jì)算機(jī)界面同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)仿真或由計(jì)算機(jī)界面單獨(dú)進(jìn)行系統(tǒng)仿真的功能；由于物理盤(pán)臺(tái)顯示的數(shù)據(jù)來(lái)源是由仿真模型提供的，因此，物理盤(pán)臺(tái)和計(jì)算機(jī)界面必須保持同步，當(dāng)物理盤(pán)臺(tái)、計(jì)算機(jī)界面同時(shí)訓(xùn)練時(shí)，物理盤(pán)臺(tái)不能跟蹤的量如開(kāi)關(guān)等，以物理盤(pán)臺(tái)的狀態(tài)為主，計(jì)算機(jī)界面上的量跟蹤物理盤(pán)臺(tái)的狀態(tài)，當(dāng)選擇計(jì)算機(jī)界面單獨(dú)訓(xùn)練時(shí)，則把物理盤(pán)臺(tái)屏蔽掉，由計(jì)算機(jī)界面單獨(dú)進(jìn)行訓(xùn)練；(2)具有隔離功能；當(dāng)選擇隔離后，電力系統(tǒng)可以單獨(dú)訓(xùn)練而不影響其他系統(tǒng)的工作狀態(tài)和訓(xùn)練；(3)具有故障設(shè)置功能；教練員機(jī)可以進(jìn)行故障設(shè)置，讓學(xué)員進(jìn)行故障排除，實(shí)現(xiàn)了實(shí)船無(wú)法進(jìn)行的訓(xùn)練功能，本電力系統(tǒng)可設(shè)置的故障有400多個(gè)；由于實(shí)船電力網(wǎng)是采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，包含六層電網(wǎng)，在電網(wǎng)中包括的各種負(fù)載有300多個(gè)，理論上對(duì)各負(fù)載都可以進(jìn)行短路故障和接地故障的設(shè)置，但在本仿真系統(tǒng)中選擇了100多個(gè)重要的負(fù)載進(jìn)行了短路故障和接地故障設(shè)置，還有包括4臺(tái)主發(fā)電機(jī)和I臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)在內(nèi)的故障設(shè)置(勵(lì)磁、繞組、絕緣)、電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)絕緣下降及蓄電池等故障設(shè)置；系統(tǒng)內(nèi)部信息交換以及和其它系統(tǒng)之間的信息交換是通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)器來(lái)進(jìn)行，各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享。
【文檔編號(hào)】G05B17/02GK103645641SQ201310595390
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】劉雨 申請(qǐng)人:大連海聯(lián)自動(dòng)控制有限公司