【正文】 統(tǒng)仿真研究隨之誕生了。 (1)正常 狀態(tài) :正常情況下向全船供電?？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。過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， 如龍格一庫塔方法、尤拉方法等，編寫的算法程序煩瑣，缺乏通用型。不過，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)問題可以建立出不相同的模型，而且有些非線性問 題目前還無法建立出準(zhǔn)確的模型進(jìn)行求解。 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。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。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)值來使得性能方程的數(shù)字系數(shù)簡化。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)。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。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 。 (3)忽略磁滯的影響 。忽略磁飽和時(shí)，只需處理線性禍 合電路，并可用疊加原理。 轉(zhuǎn)速 — 以逆時(shí)針方向?yàn)檎?。其?qRw? 是速度電動(dòng)勢(shì)，由于 d軸繞組實(shí)際上在旋轉(zhuǎn)，要切割磁通， 根據(jù)法拉第定律 e=BLV=BLRW=BSW=ψ w 可得出速度電動(dòng)勢(shì)的表示形式。 電樞繞組的互感包括與轉(zhuǎn)子、阻尼繞組之間的互感。 同理，可分析出他運(yùn)行情況時(shí)的計(jì)算。 eT :電磁轉(zhuǎn)矩 。當(dāng)柴油機(jī)用于船舶電站帶動(dòng)發(fā)電機(jī)時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)速保持恒定有嚴(yán)格的要求，以保證發(fā)電機(jī)的電壓和頻率穩(wěn)定，滿足并車及供電的需要。過渡過程的穩(wěn)定時(shí)間 st 是指突加 (或突減 )全負(fù)荷后轉(zhuǎn)速開始波動(dòng)，從轉(zhuǎn)速剛偏離最高空載轉(zhuǎn)速 (或標(biāo)定轉(zhuǎn)速 )的波動(dòng)范圍那一點(diǎn)起，到轉(zhuǎn)速達(dá)到新的穩(wěn)定范圍，即轉(zhuǎn)速剛回復(fù)到標(biāo)定轉(zhuǎn)速 (或最高空載轉(zhuǎn)速 )的波動(dòng)范圍 3那一點(diǎn)為止所需要的時(shí)間 (以 s 計(jì) )。 導(dǎo)閥的相對(duì)行程 ? 與伺服機(jī)活塞的相對(duì)行程 ? 之間的關(guān)系可看作積分環(huán)節(jié) （ 34） 式中 : sT — 導(dǎo)閥的時(shí)間常數(shù)。 原動(dòng)機(jī)起動(dòng)特性 實(shí)際建模時(shí)，轉(zhuǎn)速的反饋直接取自發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型中的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，由于發(fā)電 機(jī)模型較復(fù)雜，為了便于觀察原動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性，用式 (3 一 13)中的一階慣性環(huán)節(jié)代替原動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，如圖 3 一 2 中 Prime Mover 環(huán)節(jié)所示，轉(zhuǎn)速反饋取自原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。為了解決這個(gè)問題，提高同步發(fā)電機(jī)工作的可靠性，并減少 維修工作量，發(fā)展了無刷同步發(fā)電機(jī)，其中采用了交流旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)。主發(fā)電機(jī)電樞繞組端部經(jīng)電壓互感器和電流互感器分別引出電壓分量 和電流分量，經(jīng)過疊加，控制旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流。這與岸上輸電線路不同，岸上電網(wǎng)容量大，可以視為恒壓恒頻， 受負(fù)載擾動(dòng)極小。 電源電路 :從發(fā)電機(jī)電樞端引出單相電壓，經(jīng)變壓器降壓，二極管整流后作 為電源供應(yīng)給調(diào)節(jié)電路 (PIO 調(diào)節(jié)器 )和相位控制電路。 同步控制電路 :相復(fù)勵(lì)輸出的勵(lì)磁電流的相位是隨著負(fù)載電流的變化而變 化。本電路采用 AU 、 BU 、 CU 三相電壓，并經(jīng)三相半波整流后供給脈沖發(fā)生電路和脈沖放大電路，觸發(fā)脈沖范圍為 300176。 )。 勵(lì)磁系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 構(gòu)成相復(fù)勵(lì)交流勵(lì)磁系統(tǒng)的基本元件有 :交流勵(lì)磁機(jī)、整流器、滯后超前補(bǔ) 償器、放大器、勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn) 定反饋電路。運(yùn)行方式取決于換相電壓降。由此 而來，研究同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障具有重大的實(shí)用價(jià)值。盡管引發(fā)“主開關(guān)”跳閘的直接原因無外乎過載、短路、欠壓、或逆功率四種，但造成過載、短路、欠壓或逆功率的原因很多，以下主要選取逆功率進(jìn)行解說。因此要求逆功率保護(hù)具有一定的時(shí)限，最好具有反時(shí)限特性。當(dāng)供電 電壓下降至額定電壓的 50%時(shí)，也需要逆功率保護(hù)動(dòng)作。逆功率繼電器有感應(yīng)式、電子式等多種類型，我國船舶電站大多采用 GG—— 21 型感應(yīng)式逆功率繼電器 。 圖 52 發(fā)電機(jī) 1 運(yùn)行模擬器仿真 然后第二臺(tái)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)，并與第一臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。 三相同 步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)確同步時(shí)，待并機(jī)組與或電網(wǎng)之間必須同時(shí)滿足如下三個(gè)條件 : (1)待并發(fā)電機(jī)的電壓大小與電網(wǎng)電壓大小相等。如圖： 圖 54 發(fā)電機(jī) 1 自動(dòng)停車模擬 器仿真 發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)特性仿真 發(fā)電機(jī) 1單獨(dú)向電網(wǎng)供電時(shí)的特性曲線 圖 55發(fā)電機(jī)啟動(dòng)特性仿真圖 25 發(fā)電機(jī) 2并入電網(wǎng)后，發(fā)電機(jī) 1特性曲線的變化 圖 56 并入發(fā)電機(jī) 2，發(fā)電機(jī) 1特性曲線模擬器仿真 小結(jié) 本仿真系統(tǒng)可滿足電站監(jiān)控操作訓(xùn)練的基本需要。當(dāng)船舶在 海上正常航行，且冷藏集裝箱比較少時(shí)，一般只需要一臺(tái)發(fā)電機(jī)在網(wǎng)運(yùn)行 。為了預(yù)防意外失電，可由應(yīng)急發(fā)電機(jī)向應(yīng)急電網(wǎng)供電，應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量 325KVA，額定功率 260KW，額定電壓AC450V，額定電流 417A，三相交流電，額定頻率 60 日 z。 “云河”輪中柴油發(fā)電機(jī)組與調(diào)速機(jī)構(gòu)組成了閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，原動(dòng)機(jī)在調(diào)速 器的調(diào)速控制下穩(wěn)定地運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速工況，向發(fā)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩功率。 主電網(wǎng)與應(yīng)急電網(wǎng)模型中含有 :電網(wǎng)結(jié)構(gòu)方程，傳輸開關(guān)與傳輸線方程，變 壓器方程。船舶上各種用電設(shè)備比較 多，有些相對(duì)于發(fā)電機(jī)的容量來說是比較大的，如側(cè)推器和冷藏集裝箱系統(tǒng)。第一臺(tái)發(fā)電機(jī)自動(dòng)停車。 文中進(jìn)行了同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)描述，數(shù)學(xué)模型及參數(shù)確定，原動(dòng)機(jī) 和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)建模，勵(lì)磁系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述和建模等一些基礎(chǔ)研究工作，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、故障和并聯(lián)運(yùn)行進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的效果。而使用通用的低成本硬件與系統(tǒng)軟件開發(fā)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真裝置，將是電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì) 。大連海事大學(xué)出版社， 2 黃倫坤，朱正鵬，劉宗德編 .船舶電站及其自動(dòng)裝置 .人民交通出版社， 198 3 白方周，張雷著 .科學(xué)定性仿真導(dǎo)論 .中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社， 1998 4 張志涌等編著 .精通 ，北京航空航天大學(xué)出版社， 5 陳桂明，張明照，戚紅雨等編著 .應(yīng)用 MATLAB 建模與仿真 .科學(xué)出版社， 2020 6 孫增沂等編著 .智能控制理論與技術(shù) .清華大學(xué)出版社， 7 秉正編著 .非線性動(dòng)力學(xué)與混沌基礎(chǔ) .東北師范大學(xué)出版社， 1994 8 黃德雙著 .神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別系統(tǒng)理論 .電子工業(yè)出版社， 9 王耀南著 .智能控制系統(tǒng) — 模糊邏輯，專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 .湖南大學(xué)出版社， 10 嚴(yán)心明，林華峰，馮圣培編 .船舶電站與電力拖動(dòng)， 1996 11 船舶電站系統(tǒng)仿真軟件開發(fā)，計(jì)算機(jī)仿真， 20O3 12 王振興，耿英三 ，戴鵬程，等 .基于專用集成電路的智能交流接觸器低壓電器 . 13 潘晨曦，榮命哲，劉懿瑩，等 .新型永磁機(jī)構(gòu)接觸器控制器的研制低壓電器， 。 34 參考文獻(xiàn) 1 鄭華耀。如并車條件不滿足時(shí)，并車過程負(fù)載變化、電流的動(dòng)態(tài)變化和逆功率的數(shù)字變化的獲得，這在實(shí)際系統(tǒng)中測(cè)量非常困難，因?yàn)槿绻趯?shí)際系統(tǒng)做這樣的實(shí)驗(yàn)，很多時(shí)間實(shí)驗(yàn)過程還沒結(jié)束，設(shè)備已經(jīng)損壞了。 32 33 第七章 總結(jié) 本文在船舶電力系統(tǒng)中使用 船舶電站實(shí)操 軟件，對(duì)船舶電站電力系統(tǒng)中的一些電力過程進(jìn)行仿真研究。 云河輪電力系統(tǒng)仿真模型 考慮到狀態(tài)變量越多，復(fù)雜程度以指數(shù)級(jí)上升，所以在對(duì)云河輪系統(tǒng)進(jìn)行各 項(xiàng)性能仿真時(shí)，斷開圖 6一 3云河輪電力系統(tǒng)模型中某些關(guān)系不大的負(fù)載和備用 發(fā)電機(jī)組的主開關(guān)，盡量減少狀態(tài)變量，來提高動(dòng)態(tài)性能仿真運(yùn)行速度。照明電網(wǎng)通過變壓器進(jìn)行供電。在相 復(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置作用下通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)電壓維持不變。 云河輪電力系統(tǒng)模型 云河輪電力系統(tǒng)仿真模型由柴油發(fā)電機(jī)組模型、主電網(wǎng)模型、應(yīng)急 電網(wǎng)模型 和負(fù)載模型組成。每臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量 2850KVA，額定功率2280KW，額定電壓 AC450V，額定電流 3567A，額定頻率 60 日 z。因此 ,在遇到此類故障時(shí) ,要從兩方面進(jìn)行考慮 一方 面是屬于發(fā)電機(jī)組確實(shí)出現(xiàn)逆功率 ；另一方面是屬于可能出現(xiàn)的誤動(dòng)作。 (3)待并發(fā)電機(jī)電壓的初相位與電網(wǎng)電壓的初相位一致。手動(dòng)同步并車方法分為手動(dòng)準(zhǔn)同步并車方法和粗同步并車法 (電抗器并車方法 )。逆功率繼電保護(hù)裝置動(dòng)作并通過空氣斷路器的失壓脫扣器使發(fā)電機(jī)跳閘，逆功率保護(hù)裝置動(dòng)作原因無外乎兩種，其一，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)工作失常，致使該發(fā)電機(jī)不但不能發(fā)出 有功功率，反而