船舶电力系统的设计与优化

本文旨在评估不同能效优化策略对船舶电力系统效率的影响,以提供环保、经济高效的解决方案,航运业中的能源效率和环保性日益受到关注,因此改进船舶电力系统的能效至关重要。为此,本实验设计船舶电力系统样机,并模拟了不同工况下的负载变化和能源分配策略。在实验过程中,本文选择和控制了合适的实验参数,采用有效的数据收集方法,通过分析数据,评估了初始能效状态,对不同能效优化策略的实验数据进行对比分析。在讨论部分,本文对不同能效优化策略的效果进行深入分析,讨论了实验结果与实际船舶电力系统应用的关联。同时,强调了该研究结果的重要性和影响,并探讨了如何在实际航运业中应用这些策略的可行性和挑战。

基于智能控制的船舶电力系统优化研究

本文深入探讨了船舶电力系统的特点、重要性及其存在的问题,并提出了基于智能控制的优化对策。分析船舶电力系统的独特性和智能控制在其中的应用价值,强调了优化的现实意义;随后指出了船舶电力系统在能效、稳定性和智能化水平方面存在的问题,并分别提出了针对性的优化策略和提升措施。在能效优化方面,提出了引入先进能效监测与评估系统、智能优化算法等策略;在稳定性提升方面,提出了自适应控制算法、故障预测与诊断系统等措施;在智能化水平提升方面,则强调了智能控制算法、决策支持系统以及现代信息技术的应用。通过这些优化对策的实施,旨在推动船舶电力系统的绿色转型,提升船舶的整体性能和竞争力。

并网型交直交电源对船舶电力系统暂态稳定性影响的仿真分析

为解决故障扰动对集成并网型交直交电源的船舶电力系统暂态稳定性的不确定性影响问题,在电力系统计算机辅助设计(power system computer aided design,PSCAD)软件中构建集成并网型交直交电源的船舶交直流混联电力系统仿真模型,以电力系统电压、频率以及功角稳定理论为基础,探讨短路故障和突变负载扰动时的电力系统特征参数变化规律,分析短路故障和突变负载扰动时虚拟惯量对系统频率稳定性的支撑作用。结果表明:短路时的系统特征参数变化更剧烈,突变负载扰动时的电压波动为短路时的18.2%;突变负载扰动时虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略下功率仅需1.1 s稳定,恒功率控制策略下始终不稳定;当虚拟惯量为2 kg·m 2时VSG控制策略能够为系统提供-1.750~2.297 kW的惯量支撑功率。该研究结果可为并网型交直交电源在船舶电力系统中的应用提供理论指导。

基于IQGA的船舶电力系统故障定位方法

为了快速精准定位船舶电力系统故障,争取宝贵的船舶电力抢修时间,提出一种改进的量子遗传算法(improved quantum genetic algorithm,IQGA)。首先,搭建船舶电力系统的数学模型,把故障定位问题转化为求目标函数最优问题;接着,将量子计算引入遗传算法(genetic algorithm,GA)中,采用双链量子比特编码方式,改进量子旋转门的角度更新策略;最后,加入量子非门实现染色体变异操作,增强算法收敛性能。仿真实验结果表明,改进量子遗传算法能够精准定位故障区段,并且较传统算法有着更为显著的收敛性能。

基于小波变换的船舶电力系统绝缘监测方法

为了迅速发现船舶电力系统中容性设备绝缘故障,有必要对其绝缘情况进行检测。船舶容性设备中的绝缘介质容易老化,其绝缘性能也会受到影响。介质损耗因数tanδ是反映容性设备绝缘情况的重要参数。基于相关函数分析提出一种以小波为基础滤除高次谐波的方法,用于解决船舶交流电网中高次谐波会较大影响介质损耗角测量方法的问题。选择合适的小波函数滤除高次谐波用于小波变换,能够消除谐波的影响,提高测量精度。介质损耗角测量方法经过改进后具有更好的绝缘监测准确性。

船舶电力系统中压MW级三电平逆变器设计

三电平及多电平变换器以其在高电压、高品质、高效率等方面的突出优势已成为近年来国内外研究与应用的热点之一,其中二极管箝位(NPC)型三电平结构以其结构简单、可靠性高等优点得到了最为广泛的研究和应用。本文针对应用于船舶综合电力系统的中压MW级三电平逆变器,对逆变器主电路参数设计、模块化设计、散热设计等工程性比较强的方面进行了论述,最后给出了原型机的试验结果,验证了该结构中压MW级三电平逆变器的性能。

基于LSTM-FCN神经网络的船舶电力系统故障识别方法

船舶电力系统拓扑结构日趋复杂,故障种类繁多且不易区分。为确保继电保护动作的正确性,本文基于船舶电力系统故障录波数据,利用全卷积网络(Fully Convolutional Network,FCN)在局部特征提取上的优势,以及长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)在时序特征提取上的优势,提出了一种基于改进LSTM-FCN网络的故障诊断模型,并应用于船舶电力系统故障识别。依托PSCAD/EMTDC仿真软件对典型船舶电力系统各种故障进行仿真,通过小波变换对采样信号进行预处理。实验结果表明:本文所提出的故障诊断模型能够很好地对船舶电力系统故障进行分类识别。

全电力推进船舶电力系统的数字仿真

随着新技术、新设备的广泛应用,由于全电力推进的船舶电力系统与陆地电力系统的差别,需要对全电力推进的船舶电力系统进行建模与数字仿真。本文研究了采用全电力推进的船舶电力系统的数学模型,并利用Matlab初步实现了该系统的数字仿真。仿真采用了分层结构和模块化设计,具有进行船舶电力系统的稳态、动态仿真以及交流系统谐波分布计算的功能,算例证明了该仿真模型和方法的正确性。

改进粒子群算法在船舶电力系统网络重构中的应用

船舶电力系统网络重构本质上是带约束的多目标组合优化问题。针对船舶电网重构问题的特点,建立了船舶电力网络的无向图模型;在此基础上,进一步建立了以负荷恢复量、开关操作次数和发电机效率均衡性为优化目标的船舶电力系统多目标重构模型;提出了一种结合"背包策略"和模拟退火算子的改进粒子群算法进行求解。其中"背包策略"可以明显提高粒子群算法的搜索起点和加快收敛速度;模拟退火算子能够很好地提高粒子群算法的局部搜索能力和克服粒子群算法易于陷入局部最优解的缺点。测试算例结果表明,利用所提方法能够获得更好、更完备的船舶电力系统重构方案,算法具有较好的优化性能。

基于以太网的船舶电力系统动态电能质量监测与故障诊断系统设计

[目的]现代船舶电力系统的信息化、自动化、智能化和安全运行的要求越来越高,传统的基于现场总线的船舶电力信息交换系统已经无法满足要求。[方法]通过Modbus/TCP工业以太网弥补现场总线的不足,并在此基础上联合船舶电力系统现场总线采集的固有数据和在线测量装置采集的实时数据建立数据中心,结合相关性理论和神经网络智能算法进行大数据分析,[结果]完成船舶电力系统动态电能质量监测与故障诊断,并用LabVIEW实现人机界面设计。[结论]通过实验室平台验证了该方案软、硬件实现的可行性。

基于快速非支配排序遗传算法的船舶电力系统多目标故障重构

为避免已有船舶电力系统故障重构方法中将多目标优化问题通过加权转化为单目标优化问题进行求解而产生的问题,以失电负荷最少、开关操作代价最小为目标函数,利用带精英策略的快速非支配排序遗传算法实现故障重构多目标、多约束问题求解,该算法求得的Pareto最优解分布均匀,得到的最优重构方案集具有稳定性和多样性。得到故障重构方案集后,对系统运行的安全性、可靠性、高效运行性等指标进行归一化处理,得到综合辅助评价函数作为各故障重构方案辅助评价指标。算例测试结果表明,该方法能避免单目标优化算法对权值的过分依赖等缺点,能够兼顾多个指标,得出的最优故障重构方案更加符合实际。

基于改进事故树分析法的船舶电力系统故障分析

船舶电力系统是现代船舶的动力基础,提高其可靠性,是保障船舶安全稳定运行的前提.事故树分析法可以应用于船舶电力系统的风险评价,但较难进行准确地定量分析.针对这一局限,引入层次分析法的权值计算来改进其定量分析.通过事故树构造的层次结构模型,将事故树的结构重要度转化为判断矩阵,并结合层次分析法的排序计算,对影响船舶电力系统故障的各种因素进行综合评价.实例分析表明,改进的事故树分析法能有效识别导致船舶电力系统崩溃的关键因素,提高分析结果的准确性,从而为船舶电力系统的安全管理提供科学依据.

船舶电力系统相量测量单元多目标优化配置问题

为实现船舶电力系统潮流方程直接可解,同时保证相量测量单元(PMU)配置数目最少和N-1电压相量可解冗余度最高,提出了船舶电力系统PMU多目标优化配置方法。首先根据船舶电力系统不同工况下潮流方程的特点,分析得到PMU配置方案是否满足不同工况下潮流方程直接可解的判断方法;在此基础上,着重考虑最大运行工况下PMU配置数目最少和N-1电压相量可解冗余度最高的要求,建立了PMU多目标优化配置模型,并采用量子遗传优化算法对模型进行求解。以24节点典型船舶电力系统为例对所提方法进行了说明和验证,结果表明,该方法可实现全局多目标寻优,从而找到准确而完整的Pareto最优前沿。得到的PMU优化配置方案可为船舶电力系统配置PMU提供参考。

船舶电力系统的动态过程仿真研究

提出了一种面向船舶电力系统动态过程的仿真计算方法。以连网柴油发电机组旋转坐标系为参考,建立了一种船舶电力系统数学模型,微分代数方程组求解采用牛顿法与隐式梯形积分法相结合。柴油机调速器依据速度下倾特性控制电网频率和有功功率分配,自动电压调节器引入均压线概念。选用中铁渤海一号船舶电力系统为仿真对象,实现柴油发电机组并联运行的动态过程仿真,仿真结果验证了数学模型和仿真计算方法的有效性。

船舶电力系统建模

分析研究船舶电力系统的安全性可以运用系统故障仿真手段,但必须对船舶电力系统精确的数学模型进行建模。从某大型集装箱船舶电力系统的工作原理出发,根据柴油发电机组的动态特性,研究了船舶电力系统模型的结构和原理,建立了船舶电力系统模型,该系统可以仿真船舶电力系统的许多运行工况。给出了发电机组正常起动过程和滑油泵、侧推器先后起动时滑油泵电缆发生三相接地故障的仿真过程,对电力系统的参数整定和安全策略的选取有一定的参考价值。

船舶电力系统模拟训练评估算法

针对船舶电力模拟训练评估系统的设计与实现问题,分析了构建指标体系的方法。依据设计原则,设计了船舶电力模拟训练的评估指标体系。确定了各评估指标的算法,并根据层次分析法构建权重集,然后运用模糊评判理论建立了综合评估模型。选取某船电力系统模拟训练考核的实例,进行了考核和综合评估,结果表明:该方法科学,可操作性强。

电力推进船舶电力系统多功能故障监视报警装置研发

针对电力推进船舶电力系统,研发了以现场总线与工控以太网技术为基础,以电力参数测量仪表、电能质量监测仪表、模拟量指针式仪表、PLC、触摸屏和工控机为核心的多功能故障监视报警装置与系统。装置的硬件实现,运用了基于Modbus现场总线的集中监视系统结构设计技术与设备配置方法;软件实现,运用了故障报警逻辑判别、集中监视人机界面设计、故障信息处理和设备之间的报文传输技术。对发电、传输和推进负荷的多个装置组成监视系统,在船舶电力系统实验室的应用表明其监视与报警功能满足要求、提高了电力系统的安全可靠性。

大型轮机模拟器中船舶电力系统的建模与仿真

结合开发研制大型集装箱船舶轮机模拟器,建立了船舶电力系统的数学模型,包括发电机组模型、电压自动控制模型、负载模型和电站管理系统等模型。采用了数学建模与物理操纵相结合的混合仿真技术,实现了具有良好人机交互界面的船舶电力仿真目标。仿真结果表明,仿真数据和效果与实船情形相同或相似,该系统同时可实现400多个故障模拟功能,并且已在国内外4台大型轮机模拟器上成功运行,取得了令人满意的培训效果。

基于现代内点法的船舶电力系统无功优化

率先采用现代内点法求解船舶电力系统无功优化。在传统的船舶电力系统无功优化模型等式约束中增加线路传输功率约束,建立了新的船舶电力系统无功优化模型,该模型能有效优化无功。对某船舶电力系统进行了仿真计算,结果验证了方法和所建模型的正确性与有效性。

船舶电力系统状态评估方法研究

提出一种基于故障诊断的船舶电力系统状态评估方法,将故障模式及影响分析和3σ统计原理应用到系统状态评估中,建立了从监测参数到故障诊断,从而得到即时状态的评估模型,并对船舶电力系统的实际运行状态做出了评估.计算结果表明,模型评估过程简单、清晰,评估结论准确、有效.