基于虚拟同步发电机的船舶光伏并网逆变控制策略

在船舶电力系统中集成并网型太阳能光伏系统,当传统恒功率(PQ)控制策略光伏逆变器与船舶电站并联运行时,存在惯性小、阻尼低且不易实现光伏能量合理调度等问题。针对PQ控制策略存在的缺陷,提出一种基于虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)的光伏并网逆变控制策略,在控制算法中引入功-频下垂特性和虚拟转动惯量,使并网逆变器具有与同步发电机相似的输出下垂特性及惯性阻尼;利用PSCAD/EMTDC建立船舶光伏电-船电并网电力系统仿真模型,分别对PQ和VSG模式下的电网频率/电压波动、光伏并网逆变器和同步发电机组承担的有功功率/无功功率进行分析,研究系统参数的暂态变化。结果表明:采用VSG控制策略能有效抑制系统频率波动,实现光伏并网功率的自动调节,并显著提高电网的稳定性。

船舶能效知识图谱构建与研究现状分析

为了全面、直观地分析船舶能效研究领域的现状、趋势及热点,为船舶节能减排、推动航运业实现双碳战略目标提供指导,在中国知网(CNKI)和Web of Science(WOS)两个数据库中对1990~2021年之间的船舶能效研究文献进行检索。基于CiteSpace软件,从发文量、作者、机构、关键词4个维度构建船舶能效研究知识图谱,从船舶技术能效、营运能效、政策法规3个方面重点分析了船舶能效研究趋势和热点问题。研究结果表明:从2018年开始,发文量快速增长,船舶能效领域的研究成果一直处于上升趋势;根据关键词聚类分析,中文文献三大类为船舶能效设计指数(Energy Efficiency Design Index,EEDI)、船舶能效、温室气体,英文文献三大类为ship energy system(船舶能源系统)、CO_(2)emissions(二氧化碳排放)、waste heat recovery(余热回收)。根据各类核心关键词分析可以进一步将能效技术分为技术能效和营运能效。围绕EEDI的技术能效热点为新能源技术,同时余热利用技术是短期的热点;围绕船舶能效营运指数(Energy Efficiency Operational Indicator,EEOI)和船舶能效管理计划(The Ship Energy Efficiency Management Plan,SEEMP)的营运能效技术热点为航速优化和能量管理策略。

基于不同场景的船舶航速优化模型与影响因素研究

航速优化是实现船舶智能能效管理以及降低能耗的有效途径,能产生良好的经济效益和环境效益。论文介绍了船舶航速下的各种定义,并开展了航速优化分类研究。从环境、市场以及约束条件等3个方面阐述了船舶航速优化的影响因素。针对不同运输类型船舶,根据其营运特点,分别建立了以最小油耗和最大收益为目标的航速优化模型,并进行了优化算法的对比分析。开展了长江船舶案例研究,结果表明航速优化可为船舶提供动态航速建议,优化后的航速可以实现全航次节油5871 kg。

船舶烟气S-CO2布雷顿循环稳态热力学优化

主机烟气余热进行循环再利用是船舶绿色化的重要技术实现途径,其核心环节在于采用适宜的热力学循环系统实现烟气输入热功到涡轮输出轴功之间的高效能量转换。在简述超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿热力学循环系统基本原理和技术特点的基础上,根据换热器、涡轮机和压缩机等系统核心组成设备的数学模型,在Fortran软件环境中建立以系统热效率为目标优化函数的再压缩式循环结构的稳态运行效率数值计算仿真模型,分别针对循环压比、回热器总换热系数、分流系数等参数对系统循环热效率的影响问题进行算例分析。结果表明:在 2.10~2.45的压比范围内,不同工况条件下均存在全局最优分流系数使得热效率最大化。船舶热能动力循环发电系统最优运行工况分析中,在涡轮机入口温度500℃、压缩机入口温度35℃下,存在最优分流系数为0.39,对应的循环压比为2.37,循环热效率为32.15%。

船用低速柴油机电控系统控制策略试验研究

为研究电控系统主要控制参数随柴油机负荷变化规律及各参数间的相互关联,利用船用低速柴油机高压共轨电控系统硬件在环仿真试验平台,同步采集试验平台重要控制参数,对电控系统燃油轨压调节、伺服油轨压调节、低负荷喷油器轮换工作、燃油喷射定时和排气阀启闭定时等控制策略进行了研究.研究表明:燃油轨压调节采用闭环和前馈修正的控制算法,喷射定时控制与柴油机转速、扫气压力和燃油轨压相关联,柴油机低负荷时3个喷油器按一定间隔时间轮换工作;随柴油机负荷增加,伺服油轨压和排气阀开启持续角度亦增加;排气阀开启与柴油机转速和排气关闭角度相关,而排气阀关闭则仅与柴油机转速相关.

离/并网一体光伏系统在5000 PCTC远洋汽车滚装船上的应用

对比离网型太阳能光伏系统与并网型太阳能光伏系统在船舶电力系统中集成应用上存在的技术差异,以5 000 PCTC汽车滚装船为应用对象,设计一套采用大容量锂电池储能的离/并网一体化船基太阳能光伏系统。实船测试结果表明:该系统能实现在不同模式之间稳定切换运行,离/并网运行条件下测定的逆变器交流端输出电能的质量满足船级社相关规范的要求。

基于超级电容的船用光伏并网系统功率控制

针对光伏并网系统输出功率的间歇性和随机性会降低船舶电力系统运行稳定性的问题,采用超级电容作为储能,使船用光伏并网功率平缓输出。分析超级电容特性和光伏系统的构成,建立光伏电池阵列和基于扰动观察法的输出最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制模型,由超级电容和双向DC/DC变换器构成功率调节装置吸收或补偿功率突变,采用恒功率控制策略控制并网逆变器输出。通过调整辐照度进行仿真试验,并搭建试验平台验证,研究结果表明:在船用光伏并网系统中接入超级电容可平滑光伏输出功率,能有效抑制电网频率和相电压的波动,提高船用光伏并网电力系统的稳定性。

船用中速双燃料发动机放热规律神经网络预测模型的开发

以船用中速双燃料发动机为研究对象,提出其放热规律神经网络预测模型的开发方法。首先建立船用中速双燃料发动机的多维性能仿真模型,对增压空气压力、燃气喷射量和引燃油喷射提前角等不同控制参数进行数值组合,计算多组不同工况条件下的放热率曲线;通过对多条放热率曲线进行参数化分析,明确描述放热率曲线的4个曲线特征参数和特征方程;建立双燃料发动机放热规律神经网络预测模型,以控制参数作为输入量,以放热率曲线特征参数作为输出量,利用多组放热率数据对神经网络模型进行训练和测试。该模型揭示了控制参数与放热率之间的规律,可由控制参数对放热率曲线进行预测。仿真计算结果表明:相比一般的发动机实时仿真模型,神经网络预测模型结果更加贴近发动机实际工作状态。

基于转子热应力模型的舰船汽轮主机转速限制

为避免舰船紧急操纵时汽轮主机转子热疲劳损伤,通常采用限制汽机加速速率将转子热应力控制在许可范围内,然而,限制转速势必影响舰船操控性能。在MATLAB/SIMULINK环境下搭建汽机转子热应力模型,建立汽机转速与转子热应力之间的函数关系,获取热应力临界条件下的转速变化率,制定转速限制策略,并通过在汽机调速模型上模拟改变设定转速,验证分析该转速限制策略的有效性。结果表明:所制定的策略既能保证汽轮主机转子热应力不超限,又可实现转速快速响应车令,有效提升舰船的机动能力。

某大型豪华邮轮蒸汽系统蒸汽环网管径仿真优化研究

大型豪华邮轮的仿真和优化对于大型邮轮的设计具有重要意义。文章以某大型豪华邮轮蒸汽系统为研究对象,在分析该系统设计特点的基础上,利用流体仿真软件Flowmaster搭建该系统仿真模型并进行了仿真计算、分析和优化设计。研究结果表明:原设计方案下,船尾蒸汽管网蒸汽干度较低;通过优化船尾蒸汽环网管道管径,实现了船尾蒸汽平均干度的提升,降低了水锤发生的可能性,同时降低了燃油消耗量和管材建造成本。