【正文】 船舶運(yùn)行在不同工況時(shí)，船舶電站也相應(yīng)處于不同的運(yùn)行狀態(tài)。 (1)正常 狀態(tài) :正常情況下向全船供電。 (2)停泊狀態(tài) :在停泊又無(wú)岸電供應(yīng)情況下，向停泊船舶的用電負(fù)載供電。 (3)應(yīng)急狀態(tài) :在緊急情況下，向保證船舶安全所必需的負(fù)載供電。 (4)其他狀態(tài) :如向全船無(wú)線電通訊設(shè)備 (如收發(fā)報(bào)機(jī)等 )、各種助航設(shè)備 (雷達(dá)、測(cè)向儀、測(cè)深儀等 )、船內(nèi)通訊設(shè)備 (如電話、廣播等 )以及信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)供電?？傊?，不管船舶電站處于什么運(yùn)行狀態(tài)，都要求其 能連續(xù)、可靠、經(jīng)濟(jì)和合理地向船舶進(jìn)行供電。 船舶電力系統(tǒng)仿真經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，不論是在理論上，還是在實(shí)踐上，都 已經(jīng)取得了豐碩的成果，積累了大量的系統(tǒng)仿真模型和行之有效的仿真算法。國(guó) 內(nèi)幾所高校成功研制了輪機(jī)模擬器，開(kāi)發(fā)了一系列相關(guān)的仿真培訓(xùn)軟件，使其在 5 船員培訓(xùn)和日常航運(yùn)技術(shù)人員教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。除了在仿真模型的研制 開(kāi)發(fā)上取得了顯著成就外，在仿真算法標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的開(kāi)發(fā)上也取得了重大的 突破。過(guò)去科研人員通常需要手工計(jì)算大量的物理、數(shù)學(xué)方程，對(duì)每個(gè)模型單獨(dú) 編寫算法， 如龍格一庫(kù)塔方法、尤拉方法等，編寫的算法程序煩瑣，缺乏通用型。 現(xiàn)在，由美國(guó) Math work 公司推出的 應(yīng)用軟件，為各種算法編寫了標(biāo)準(zhǔn)通用模塊，不同系統(tǒng)之間的模塊可以互相交互，大大減少了算法的重復(fù)編寫工作，為仿真模型中的運(yùn)算提供了巨大的方便。可視化界面的開(kāi)發(fā)，使得對(duì) MATLAB軟件的使用變得相當(dāng)簡(jiǎn)單?？偠灾S著模型和算法的完善，電力系統(tǒng)仿真必將擁有美好的前景和廣闊的發(fā)展空間。不過(guò)，雖然船舶電力仿真技術(shù)正在日新 月異地發(fā)展，但目前仍然存在一些缺陷，主要表現(xiàn)在 : 1 模型方法尚不完善 研究同 一個(gè)系統(tǒng)的同一個(gè)問(wèn)題可以建立出不相同的模型，而且有些非線性問(wèn) 題目前還無(wú)法建立出準(zhǔn)確的模型進(jìn)行求解。 2 仿真算法還不優(yōu)化 當(dāng)系統(tǒng)模型大而且復(fù)雜時(shí)，計(jì)算速度很慢，仿真的實(shí)時(shí)性差。如仿真兩臺(tái)主發(fā)電機(jī)組跳閘，由應(yīng)急發(fā)電機(jī)組向電網(wǎng)供電的模型 (21 states 44 inputs 45 outputs)，仿真運(yùn)行時(shí)間設(shè)定 5 秒，實(shí)際運(yùn)行了大約 200 分鐘 。 開(kāi)發(fā)的模型不可脫離其開(kāi)發(fā)軟件的編譯環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)保密性而言，不利于專利保護(hù)。 船舶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)仿真的發(fā)展趨勢(shì) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)建模和仿真技術(shù)也隨之發(fā)展。由于電力系統(tǒng)的理論研究己經(jīng)比較成熟，因而船舶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)仿真的發(fā)展趨勢(shì)與系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)相一致，向著交互性、通用性、可靠性、實(shí)時(shí)性更強(qiáng)的方向發(fā)展。集中在如下幾個(gè)方面的發(fā)展 : 1 基于 H LA 的分布式實(shí)時(shí)交互應(yīng)用開(kāi)發(fā)方案 2 人工智能的分支 CNN(混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) )在建模中的廣泛應(yīng)用 6 第二章 同步發(fā)電機(jī) 同步發(fā)電機(jī)是船舶電力系統(tǒng)的核心，它集旋轉(zhuǎn)與靜止、電磁變化與機(jī)械運(yùn)動(dòng)于一體，把熱能轉(zhuǎn)換為電能，供給船舶電力系統(tǒng)。船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性在很大程度上是一 個(gè)使相互連接的同步電機(jī)保持同步的問(wèn)題。因此，理解同步電機(jī)的特性和建立其精確的模型是極其重要的。 同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)描述方法 (1)一種是用 a b c 變量表示的磁鏈電流電壓關(guān)系方程。 (2)另一種用 d q 0 軸系來(lái)表示的磁鏈電流電壓關(guān)系方程 。 b c 相變量和 d q 0 變量之間的變換 設(shè)定子 a 相 d 軸之間的夾角為 設(shè)定子 a 相和 d 軸之間的夾角為 θ ， q 軸超前 d軸 90 度。則定子相電流到 d q 軸新變量的變換如下 : di = dk ?????? ?????? ???????? ?? ????? 32c o s32c o sc o s cba iii (21) ?????? ?????? ???????? ???? ????? 32s in32s ins in cbaqq iiiki (22) 常數(shù) ai 和 di 是任意的，可以選擇它們的數(shù)值來(lái)使得性能方程的數(shù)字系數(shù)簡(jiǎn)化。 在有關(guān)同步電機(jī)理論的大部分文獻(xiàn)中，取值為 2/3。因?yàn)樵趯?duì)稱條件下， tIi sm ?sin?? (23) ?????? ?? 32sin ?? tIi smb (24) ?????? ?? 32sin ?? tIi smc (25) 式 (2 一 3)、 (2 一 4)、 (2 一 5)代入式 (2 一 1)，得 ? ????????????????????? ?????? ??????? ???????? ??????? ???tIktItItIkismdsmsmsmdds i n2332c o s32s i n32c o s32s i nc o ss i n 7 ai 的幅值等于 mI 時(shí)，可得 dK 等于 2/3o 同樣地取 aK 等于 2/3。 為了給出一個(gè)完 全的自由度，必須定義第三個(gè)分量來(lái)使得三相電流變換成三個(gè)量。由于兩個(gè)電流分 di 量和共 qi 同產(chǎn)生的磁場(chǎng)等同于原來(lái)的三相電流產(chǎn)生的磁 場(chǎng)，第三個(gè)分量必須不再在氣隙中產(chǎn)生空間磁場(chǎng)。因此，一個(gè)方便的第三變量是 零序電流 0i ，并與對(duì)稱分量相聯(lián)系 : ? ?cbao iiii ??? 31 (27) 在對(duì)稱條件下 ， ? ? 0??? cba iii ，從而 00?i 。此時(shí) d q 軸系成為 dq0軸系。 將 a b c 相變量到 d q 0 變量的變換寫成下面的形式 (28) 逆變換為 : (29) 式 (2 一 8)從 a b c 相變量到 dq0 變量的變換。本文采用 dq0 軸系建立電機(jī)模型，利用 式 (2一 9)轉(zhuǎn)換變量，輸出 a b c 相變量，如三相電流、電壓等。式（ 2一 9)與式 (2 一 8)正好相反 坐標(biāo)變換的優(yōu)點(diǎn) dq0 變換又稱派克變換。它是在最初由勃朗德提出，進(jìn)一步由勃朗德和尼克爾發(fā)展起來(lái)的雙反應(yīng)理論基礎(chǔ)上形成的。用 dq0 變量的同步電機(jī)方程進(jìn)行分析，比用向量的方程要簡(jiǎn)單，其理由如下 :在對(duì)稱條件下，不出現(xiàn)零序量 。對(duì)稱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，定子量有恒值，在其他運(yùn)行方式時(shí)，它們隨時(shí)間變化 。與 d 軸和 q 軸有關(guān)的量可由端部試驗(yàn)來(lái)測(cè)量。 ?????????????????????????????????? ???????? ????????? ??????? ????????????cbaqdiiiiii21212132s in32s ins in32c os32c osc os0???????????????????????????????????????????? ???????? ??????? ???????? ?????????????cbaqdiiiiii132s in32c os132s in32c os1s inc os0 ?????????? 8 同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 1．?dāng)?shù)學(xué)模型推導(dǎo)前的假設(shè) 在推導(dǎo)同步發(fā)電機(jī)的方程時(shí)，作如下假設(shè) : (l)就定子與轉(zhuǎn)子的相互影響而言，定子繞組沿氣隙是正弦分布的 。 (2)定子槽不會(huì)引起轉(zhuǎn)子電感隨 轉(zhuǎn)子位置而變化 。 (3)忽略磁滯的影響 。 (4)忽略磁飽和的影響。 前面三點(diǎn)假設(shè)是合理的，這已被假設(shè)計(jì)算性能與實(shí)際測(cè)量性能相比較的結(jié)果 所證實(shí)。第四點(diǎn)假設(shè)是為了分析方便而設(shè)定的。忽略磁飽和時(shí)，只需處理線性禍 合電路，并可用疊加原理。 正方向規(guī)定 (由于三相對(duì)稱，本文只取其中的一相分析 ): 電流 — 采用發(fā)電機(jī)極性慣例，定子電流的正方向是流出電機(jī)，勵(lì)磁和阻尼電路的電流正方向是流入電機(jī)。 電壓 — 以沿電流方向的電壓降為正。 磁通 — 正向電流按右手螺旋定則產(chǎn)生正向磁通。 轉(zhuǎn)速 — 以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎? 電磁轉(zhuǎn)矩 — 與正轉(zhuǎn)速方向相同者為正。 上下標(biāo)和變量規(guī)定 : 下標(biāo) d、 q一 d、 q 軸 下標(biāo) S、 R— 定子、轉(zhuǎn)子 下標(biāo) l、 m— 漏感、互感 下標(biāo) f、 k一勵(lì)磁繞組、阻尼繞組 dV — 瞬時(shí)定子相電壓 sR — 定子電路電阻 kdV — 瞬時(shí) 阻尼繞組電壓 (恒為零 ) mdL — 電樞與阻尼和轉(zhuǎn)子的互感 fdV — 瞬 勵(lì)磁電壓 ldL — 電樞繞組的漏感 qRw? — d軸速度電動(dòng)勢(shì) dRw? 一 q 軸速度電動(dòng)勢(shì) lkdL — 阻尼繞組的漏感 lfdL — 瞬一勵(lì)磁繞組的漏感 9 kdR — 阻尼電路電阻 fdR — 轉(zhuǎn)子電路電阻 kdi — 阻尼繞組電流 fdi — 勵(lì)磁繞