基于模型预测控制的双机组混合动力船舶能量管理研究

[目的]船舶柴电混合动力系统合理分配柴油机和电机输出功率,可大幅降低油耗和排放。针对传统混合动力能量管理策略的性能最优与运算实时的矛盾,提出采用模型预测控制(MPC)进行能量管理瞬时优化。[方法]首先,利用反向建模法搭建由双柴油发电机组、储能系统、岸电组成的客渡船混合动力系统能量流模型;然后,提出以油耗和电能消耗的总温室气体(GHG)排放为目标函数,在系统约束条件下可在线滚动优化求解的MPC能量管理算法,最终进一步进行了不同预测时域长度的灵敏度分析。[结果]仿真结果表明,MPC较传统规则控制方法可分别降低4.85%的燃油消耗量和3.54%的温室气体总排放。[结论]相比于传统的规则控制策略,MPC油耗低,温室气体排放少,且计算负荷较小,具有良好的实船应用潜力。

核电厂应急柴油发电机组调速系统故障分析

核电厂应急柴油发电机组调速系统作为安全级应急电源的频率控制系统的核心部分,对柴油发电机组的转速、功率等参数进行控制,确保其稳定运行和相应安全功能的执行至关重要。本文以某核电厂的应急柴油发电机组调速系统为例,结合典型的故障案例,对调速系统的功能定位、控制原理、工作模式等进行分析,并提出了合理可行的解决方案,同时可以为同类核电及其他发电项目提供参考。

考虑噪声影响的柴油发电机组并联运行自动化监控系统

设计考虑噪声影响的柴油发电机组并联运行自动化监控系统,实时监控柴油发电机组并联运行状态,确保其安全稳定运行。采集柴油发电机组并联运行状态数据,广义S变换的时频滤波算法合理去除所采状态数据噪声后,改进随机森林算法的故障感知与预测方法监测柴油发电机组并联运行状态,并将监测结果以及监控画面合理呈现于远程监控终端,供用户查看。实验结果表明,该系统可有效监控柴油发电机组并联运行状态,数据去噪效果较好,将其应用于实际工作,可获得较为理想的柴油发电机组并联运行自动化监控效果。

6 500t/d水泥生产线余热发电孤网运行技术改进

某6500t/d水泥生产线配套132kV/6kV总降压变电站和12MW余热发电机组,当外部电网故障时,余热发电机组将进行孤网供电运行。分析了现有配电系统无法自动判别改变并网、孤网运行方式,缺乏外部电网故障时的自我保护等问题,提出了构建“电源、电网、负荷”机网协调控制系统解决方案,介绍了其功能构成和结构组件。当外部电网故障时,机网协调控制系统能够迅速切换至适当的电网运行模式,自动实施二次调频调压控制,保障配电系统的稳定运行。

船舶柴油发电机组智能控制及优化

由于传统PID控制在复杂多变系统难以做到精确控制,因此结合PID控制与模糊控制策略应用于发电机组的调速系统与励磁系统,对船舶发电机组实现模糊PID控制。由于模糊控制的控制规则取决于人为主观经验,且模糊控制规则和隶属度函数需要大量实验与经验佐证,采取PSO粒子群算法对模糊PID控制中的隶属度函数进行优化。根据Matlab仿真平台模型搭建及分析,表明PSO粒子群算法优化后的模糊PID控制使得船舶柴油发电机组的调速系统与励磁系统更加优化稳定,具有良好的稳态与动态性能。

基于卷积神经网的柴油发电机组转速控制系统设计

柴油发电机组的转速波动会导致供电电压和频率波动,影响用电设备使用效能和电能质量。为达到有效实现转速控制的目的,该文设计了基于卷积神经网控制模型的柴油发电机组转速控制系统。系统硬件结构包括转速控制器、供油执行器和传感器。通过信号采集与预处理,获取柴油机各个部位控制量的变化范围;基于卷积神经网络实现一维信号向二维灰度图像的转换;建立柴油发电机组转速控制模型。经实验论证分析,该文系统执行器的静态特性稳定,与其它系统对比,动态性能更优。

柴油发电机组智能运维架构与标准研究

本文充分考虑柴油发电机智能运维特点和现状,结合智能运维标准要求,建立了柴油发电机智能运维框架对检验项目要求进行了系统性分析。

孤岛型风柴储微电网运行情况分析

孤岛型微电网可有效解决偏远地区居民用电问题。针对孤岛型微电网的稳定运行及优化调度,提出了一种基于频率电压分区控制的微电网运行控制策略:正常运行区内,根据柴发负载率以进行储能出力调节及风机启停控制,实现风能最大利用及柴发经济运行;警告运行区内,通过储能出力调节以使孤岛型微电网频率电压波动快速平抑;紧急运行区内,通过切机或减载实现微电网稳定运行。经东澳岛风柴储微电网实例验证,所提控制策略可有效实现孤岛型微电网功率分配及稳定运行。

柴油发电机组非线性H_2/H_∞调速器的研究

船舶电力系统频率的稳定性主要取决于船舶电站柴油机调速系统的转速响应特性.船舶电站柴油机调速系统是一个非线性控制系统,为了分析系统的动态特性,首先建立柴油机调速系统的非线性数学模型,然后以此为基础设计非线性H2/H∞速器.将直接反馈线性化和混合H2/H∞控制理论相结合应用于柴油发电机组调速器的设计,把系统的性能要求转化为标准H2/H∞控制问题,获得了柴油机非线性H2/H∞转速控制律.计算机仿真结果表明,设计的非线性H2/H∞调速器有效地提高了系统的动态精度和抑制扰动的能力,改善了船舶电力系统频率的稳定性.

柴油发电机组非线性H_2/H_∞综合控制器

独立电力系统的稳定性主要取决于柴油发电机组的转速和电压响应特性.柴油发电机组控制系统是一个非线性控制系统,转速和电压相互作用,对二者进行综合控制非常必要.为了分析系统的动态特性,首先建立柴油发电机组的非线性数学模型,然后以此为基础设计非线性H2/H∞综合控制器.将直接反馈线性化和混合H2/H∞控制理论相结合应用于柴油发电机组综合控制器的设计,把系统的性能要求转化为标准H2/H∞控制问题,获得了柴油发电机组非线性H2/H∞综合控制律.计算机仿真结果表明,设计的非线性H2/H∞综合控制器有效地提高了系统的动态精度和抑制扰动的能力,改善了独立电力系统的稳定性.

基于模式切换的逆变器与发电机并联控制策略

随着新能源技术的发展,偏远山区、海岛等独立电力系统越来越多地采用新能源发电设备与柴油发电机混合供电方式。针对这类系统中新能源逆变器单独供电、与柴油发电机并联供电的功能需求,以逆变器单独供电时采用电压源控制、与柴油发电机并联时采用电流源控制为基础,提出基于逆变器控制模式切换和柴油发电机准同期并联相结合的控制策略,解决逆变器与柴油发电机并联过程的控制问题,电磁暂态时域仿真和1∶1样机物理实验验证了该控制策略的有效性。

小型柴油发电机组隔声罩结构优化设计研究

采用实验手段研究了小型柴油发电机组的噪声源和噪声特性,对不同频率范围的噪声提出了具体可行的隔声罩结构优化措施。针对结构隔声量,分析板结构质量是影响隔声罩隔声量的主要因素,采用拓扑优化方法进行优化设计,使1 000 Hz频率以下噪声隔声量达13.16 d B(A);对隔声罩通风口处的声能泄露,确定中高频噪声为噪声控制主要目标,在考虑管道内存在高次波传播的情况下,分析管道隔板位置和大小对传递损失的影响,采用遗传算法设计和优化通风管道结构,减少高次波的传播,使1 000 Hz^3 500 Hz频率范围内噪声传递损失达30.3 d B(A)。通过以上措施,小型柴油发电机组7 m处的噪声降低至60.7 d B(A)。

弱电网下变电站级微网运行模式平滑切换控制策略

弱电网下变电站级微网联络线距离长,系统容量大,并网/孤岛运行模式切换过程中电压波动剧烈易导致切换失败,为此提出一种运行模式平滑切换控制策略。一方面分析了柴油发电机组运行控制特性,对其电压输入回路进行了改进,使其适用于多并网点微网系统;另一方面在并网转孤岛切换中考虑联络线调压器调节特性,采用经电压闭锁的功率步长控制,有效减小了切换过程中的电压波动;采用自动同期与多次同期控制相结合的方式提高了孤岛转并网切换的及时性与成功率。该策略已应用于某微网项目中,成功实现了多次并网/孤岛平滑切换,验证了所提策略的有效性。

柴油发电机组并联运行稳定性研究

在船舶电站模拟器研制中，为了对柴油发电机组并联运行时的失步进行监视并定量分析其稳定性，推导了摇摆角的参数计算公式，提出了发电机组摇摆曲线参数的在线算法．通过求解多阶导数构成的状态方程组，求出了曲线的指数参数．定义并联运行稳定度，利用Simulink工具箱构建了仿真系统验证该算法．算例仿真结果表明：并联运行稳定度可以指示发电机组并联运行的稳定裕量；在电站模拟器训练中，该算法所求的参数能够及时反映发电机组并联运行的稳定性；发电机组的摇摆曲线参数可由曲线的1～4阶导数确定；当指数参数随时间变化或曲线数据离散时，可用五点式插值求导方法得到指数参数．

CMAC复合PID在柴油发电机组转速控制中的应用

船用柴油发电机组调速系统是复杂的非线性系统,需要采用先进的控制技术以提高其转速响应特性与稳定性.提出了一种小脑模型神经网络(CMAC)与PID复合控制的柴油机调速策略,利用传统PID来实现反馈控制,保证系统的稳定性并抑制扰动,CMAC神经网络对控制器进行前馈控制,确保系统的控制响应速度,提高控制精度.在搭建dSPACE半实物仿真平台并对算法进行了仿真验证之后,使用MicroAutoBox进行了D6114发电机组配机试验.试验结果表明,机组具有良好的动静态特性,转速波动率为0.15%,标定负载突变超调6.7%,稳定时间为2.5s,完全满足二级电站对柴油机调速系统的要求,通过与D6114发电机组原控制器下的发电频率变化曲线对比,证明了其具有与产品级控制器相近的控制性能.

增压式柴油发电机组的噪声治理技术

增压式柴油发电机组由于柴油机增压，使气流阻力增加。在对它进行降噪处理时，特别要控制其排气消声通道的压力损失。最关键的还是降低通道各器件中的流速。

风柴储生物质独立微网系统的优化控制

生物质资源是广泛存在且可存储的绿色可再生能源,但生物质发电技术在偏远地区的独立微网系统中应用较少。该文围绕风柴储生物质独立微网系统,基于各分布式电源运行特性,提出一种包含正常运行时的经济运行调度和大扰动时的紧急功率控制的双模式优化控制方案。柴油发电机组运行于发电效率较高的基点运行功率附近,吸收净负荷的瞬时波动,并提供系统运行备用容量;生物质发电系统视净负荷的波动出力,和风电实现有效的合作发电,提高可再生能源渗透率;提出一种新的电池储能系统控制方法,优先紧急功率控制,削峰填谷次之,减小储能容量配置需求,优化运行工况。针对某偏远社区的独立微网系统,从基于准稳态的系统运行经济性和典型运行场景下的暂态稳定性两个层面进行仿真研究,结果验证了方法的有效性。

CKD6E混合动力机车电传动及控制系统

对我国研制的首台节能环保型混合动力机车——CKD6E机车进行了介绍,对机车电传动电路、控制系统、工作方式进行了设计说明,提出了机车开发调试过程中的关键问题及解决措施,总结了混合动力机车区别于传统机车的特点,并提出了改进建议。

不同容量柴油发电机组并联运行时优化控制的研究

通过2台不同容量柴油机组并联运行的实验,综合分析了其并联运行时优化控制的有关问题,用实例做了介绍,总结了优化控制的经验,验证了优化控制技术的研究具有一定的实际应用价值。

基于速度集的高速动车组运行能耗优化操纵模型及算法

分析高速动车组的运行过程,针对基于最大值原理的传统最优经济算法未考虑限速工况这一不足加以改进,建立以给定区间运行时间、距离及限速等为约束条件的高速动车组运行能耗优化操纵模型,将求解高速动车组运行能耗最小值问题转化为寻找满足约束条件的高速动车组目标速度值及为实现这一目标值而操纵高速动车组以不同速度运行的速度集合,并据此制定高速动车组的优化操纵方案。改进的优化经济算法按照坡道、曲线、隧道和限速等特征以及线路化简条件将运行区间划分为若干子区间,并根据目标速度值和约束条件得到高速动车组在各个子区间内对应的速度,构成速度集合;在模型中引入拉格朗日乘子和惩罚项,消除时间、距离和限速约束条件,利用广义乘子法搜索目标速度值及对应的速度集合,将优化高速动车组运行能耗的有约束非线性规划求解问题转化为无约束极值求解问题。仿真结果表明:与传统最优经济算法比较,使用改进的优化经济算法不但计算速度更快,而且以此制定的高速动车组最优操纵方案能够进一步降低运行能耗(约2%),实际操纵也更简便。