【正文】 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(guó)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(kāi)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。而使用通用的低成本硬件與系統(tǒng)軟件開(kāi)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) 。如并車條件不滿足時(shí)，并車過(guò)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(guò)程還沒(méi)結(jié)束，設(shè)備已經(jīng)損壞了。 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。 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(guò)程進(jìn)行仿真研究。第一臺(tái)發(fā)電機(jī)自動(dòng)停車。 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(kāi)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(kāi)關(guān)，盡量減少狀態(tài)變量，來(lái)提高動(dòng)態(tài)性能仿真運(yùn)行速度。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(lái)說(shuō)是比較大的，如側(cè)推器和冷藏集裝箱系統(tǒng)。照明電網(wǎng)通過(guò)變壓器進(jìn)行供電。 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(kāi)關(guān)與傳輸線方程，變 壓器方程。在相 復(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置作用下通過(guò)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。 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。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。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。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 。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。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。 (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。 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。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 )。 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。逆功率繼電保護(hù)裝置動(dòng)作并通過(guò)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(wú)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，反而要從電網(wǎng) 22 上吸收有功功率，即變?yōu)橥诫妱?dòng)機(jī)運(yùn)行；其二，電氣原件本身的故障或失效，使逆功率繼電保護(hù)裝置發(fā)生誤動(dòng)作。逆功率繼電器有感應(yīng)式、電子式等多種類型，我國(guó)船舶電站大多采用 GG—— 21 型感應(yīng)式逆功率繼電器 。它既反映有功功率的大小，又反映有功功率的方向。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。 我國(guó)《海規(guī)》對(duì)發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)規(guī)定如下 :并聯(lián)運(yùn)行的交流發(fā)電機(jī)應(yīng)設(shè)有延時(shí) 3一 10s 動(dòng)作的逆功率保護(hù)，原動(dòng)機(jī)為柴油機(jī)時(shí)，逆功率整定值為發(fā)電機(jī)額定功率的 8%一 15%。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)發(fā) 電機(jī)出現(xiàn)逆功率運(yùn)行時(shí)，其主開(kāi)關(guān)跳閘，將處于逆功率狀態(tài)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)從電網(wǎng) 中切除，這種保護(hù)叫做逆功率保護(hù)。盡管引發(fā)“主開(kāi)關(guān)”跳閘的直接原因無(wú)外乎過(guò)載、短路、欠壓、或逆功率四種，但造成過(guò)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(shuō)。船舶電站的“主開(kāi)關(guān)”采用的是一種帶有保護(hù)裝置的開(kāi)關(guān)電器 —— 萬(wàn)能式自動(dòng)空氣斷路器。由此 而來(lái)，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。船舶電站有發(fā)電 裝置和配電裝置組成，一般設(shè)有 2—— 4 臺(tái)同容量，同型號(hào)的發(fā)電機(jī)組，通常僅有一臺(tái)或兩臺(tái)向電網(wǎng)供電，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電壓的變化及負(fù)載的投入和切除都直接對(duì)電網(wǎng)的頻率和電壓產(chǎn)生影響，特別是突加和突卸負(fù)載時(shí)會(huì)引起電網(wǎng)頻率和電壓較大的波動(dòng)，因此要求船舶發(fā)電機(jī)組要有較高品質(zhì)的調(diào)速和調(diào)壓裝置。運(yùn)行方式取決于換相電壓降。 圖 4一 3 中，主發(fā)電機(jī)電樞電壓和電流的向量合成構(gòu)成副勵(lì)磁機(jī)的電源，調(diào)節(jié)器通過(guò)控制功率變壓器的飽和來(lái)控制勵(lì)磁機(jī)的輸出 。 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。從圖 4一 1 旋轉(zhuǎn)整流器無(wú)刷交流勵(lì)磁系統(tǒng)中可看出，靜態(tài)勵(lì)磁機(jī)電樞電流經(jīng)可控硅整流后，作為旋轉(zhuǎn)交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì) 磁電流。 )。 +90176。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。當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載增加或功 率因數(shù)變化時(shí)，勵(lì)磁電流的相位也隨之變化。 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。 相位控制電路 :經(jīng) PIO 調(diào)節(jié) 器調(diào)節(jié)后的電壓差信號(hào)，再經(jīng)過(guò)二級(jí)放大，具有 較高的放大倍數(shù)，提高電壓變化率。 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。相復(fù)勵(lì)電路由線電 壓和電流供電，不需要中線或三相結(jié)構(gòu)。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。 16 圖 41 旋轉(zhuǎn)整 流器無(wú)刷交流勵(lì)磁系統(tǒng) 2. AVR 工作原理示意圖 AVR(Automatic Voltage Regulator)即電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)器，包括相復(fù)勵(lì)電路，電壓差檢測(cè)電路，電壓差信號(hào)放大電路 (PID 調(diào)節(jié)電路 )，電源電路，同步控制電路，相位控制電路，主晶閘管整流電路，如圖 4 一 2 所示。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(guò)疊加，控制旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流。 圖 41 為云河輪電力系統(tǒng)中的勵(lì)磁電路原理圖。為了解決這個(gè)問(wèn)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(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，其中采用了交流旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)。對(duì)于船舶交流電站的同步發(fā)電 機(jī)，在負(fù)載電流變化時(shí)，由于電樞反應(yīng)的影響將使發(fā)電機(jī)的端電壓發(fā)生變化，使 用電設(shè)備不能正常運(yùn)行，尤其對(duì)電感性負(fù)載，其影響更大。 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。相位補(bǔ) 償環(huán)節(jié)根據(jù)調(diào)速器的傳遞函數(shù)，畫(huà)出波特圖，對(duì)不 穩(wěn)定的系統(tǒng)進(jìn)行相位補(bǔ)償，補(bǔ)償環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)的確定以經(jīng)驗(yàn)為主，并結(jié)合補(bǔ)償后的波特圖曲線效果確定。 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)。船用柴油發(fā)電機(jī)要求 st 不大于 5s。過(guò)渡過(guò)程的穩(wěn)定時(shí)間 st 是指突加 (或突減 )全負(fù)