包文俊[1]2001年在《船舶多种发电方式联合运行的仿真研究》文中指出本论文是结合上海市教委重点学科研究项目“船舶电站多种发电方式的联合运行的仿真研究”进行的。电站仿真技术是系统仿真技术的一个应用分支。系统仿真技术涉及计算机及网络通信技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域。随着这些领域不断取得新的进展，系统仿真技术日益向纵深发展，应用领域也迅速扩大。与此同时，关注有关技术领域的新进展和趋势，以增强仿真系统性能、提高开发效率为目标，将有关成熟的技术应用于仿真系统的开发，并已形成具有较强通用性的系统开发技术，具有很强的应用性，得到了广泛的重视。电站仿真技术是一门综合技术，它是数学、物理、化学、热力学、流体力学、控制理论、计算机技术、热能动力、电工学等多学科专业理论为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具对真实电站发电机组进行仿真的综合技术。系统仿真技术理论的成熟推动了电站仿真机的研制，电站仿真系统的研究也成为了一个热点。船舶电站仿真属于数学—物理仿真。它是建立发电机组的数学模型，并转换成可在计算机上运行的软件来模拟发电机组，而电站主控制室内的物理效应设备则采用实物接入系统，构成数学—物理仿真系统。 船舶电站仿真系统是轮机模拟器的重要组成部分，轮机模拟器是航海教育界对船舶机舱仿真培训系统的通称。上海海运学院研制成功的“SMSC-2000轮机模拟器”，于1999年4月通过了交通部的验收，1999年12月又通过了科技成果鉴定，其教学实践功能完全达到了国际海事组织颁布的STCW78／95公约要求以及国家海事局颁布的海船船员适任证书和评估大纲的要求，其开发技术及成果达到了九十年代中期国际先进水平。但是在该轮机模拟器的辅机电站仿真系统中只对船舶柴油机发电机进行仿真模拟的开发。这将导致受训人员对大型的船只如巨型油轮的仿真培训不够完善。因此，有必要对其他两种发电系统进行仿真，并使之能够并联运行。同时为了能够尽快的实现国际海事组织规定的2002年船员必须实现精通电的要求，开发出实际的且完善的电站仿真培训系统具有现实意义和经济价值。本论文是上海市教委重点课题——船舶多种发电方式联合运行的仿真研究的一部分。其中柴油发电机的仿真研究已经在SMSC-2000模拟器中完成，现在进行轴带发电机与汽轮发电机的建模和仿真，以及叁种发电方式联合运行的仿真研究。本论文主要进行船舶轴带、汽轮机发电机的界面设计、数学建模和仿真以及叁种发电方式联合运行仿真研究。本文的主要内容如下： 第一章简要的介绍了电站仿真技术的发展历史和目前水平，并说明了今后电站仿真技术和电站仿真机的发展方向。并说明了本文所做工作意义及其各项具体工作。 第二章是介绍了船舶电站仿真系统的特征以及组成，并说明了叁种发电方式联合运行的实际意义。 第叁市分析厂轴带发电机系统及其仿真系统的结构和组成，由十在实际船舶中，．轴带发电机的使用也是比较突出的，本文则采用具有代表性的西门f可控硅轴带发民’一’———‘”—’”””—””—”一——”———””””——””“”’””’“”””’”－”—’—”“’—‘””“”—”—”－’”一 电机系统为模型，旨在通过对有代表性的系统进行研究和仿真，建立相应的仿真数 学模型，实现了较完善的轴带发电机仿真系统。 第四章主要研究了船舶废气透平发电机。对船舶废气透平发电机进行了数学建 模及仿真。由于船舶废气透平发电机一般在大型油轮中使用，且船舶多种发电机联 合运行的船舶电站仿真器是一种培训型仿真器，主要是操作功能的体现，因此，对 船舶废气造平发电机的数学模型仿真作了一些简单化处理。 第五章介绍了基于Web的电站仿真系统的定义和概念，并进行了初步的探索和 研究，并提出了两种比较可行的实现方法。但将讨论和研究集中在关键的技术问题 上，主要是基于Web的电站仿真中如何与数据库的交互问题。本章的研究对以后的。开发作了一些基础性的理论研究。 通过以上的研究工作，本电站仿真系统开发出：汽轮发电机组的主界面、汽轮 发电机组集控台（仪表台）和汽轮发电机组机旁控制台、轴带发电机主界面、轴带 发电机的数学建模、汽轮发电机的数学建模、汽轮发电机的数学建模。以及初步整 理了有关基于Web仿真的理论，希望在今后的网络应用中能得到实现。因此，本课 题研究实现了船舶多种发电方式联合运行的仿真。当然，由于时间问题以及所开发 的电站仿真系统主要面向船员和学生的培训，所以对该仿真电站作了一些简化。还 有一部分研究成果并没有在本课题中实现，而是作者结合国内外的系统仿真发展动 态和相关技术，对船舶电站的发展方向作了一些预测和基础性的研究，可作为本课 题的后续研究和开发。
王知磊[2]2004年在《船舶电站多种发电方式联合运行的仿真研究》文中研究说明随着航运事业的发展，在能源匮乏的今天，对船舶电站系统航行安全、船舶节能和降低运行成本的研究提出了更高的要求。本论文的工作顺应了把上海建设成为国际航运中心的宏伟目标，结合上海市教委重点学科研究项目“船舶电站多种发电方式联合运行的仿真研究”进行的。船舶电站多种发电方式联合运行以达到最佳节能目的，提高经济效益，其通常有这叁种发电方式：独立的重油柴油机发电机组发电方式、轴带发电机组发电方式、废气透平发电机组发电方式。在理想情况下，主机功率较大、废气锅炉蒸汽量大，如果船舶用气量不大时，透平发电量足，这时轴带发电机可作为电动机运行，帮助主机推进船舶。在主机功率较小，透平发电量不足时轴带发电机供电给电网以满足用电设备的需要。停航时，由柴油发电机组提供。 船舶电站多种发电方式联合运行的仿真系统包括OFF LINE的纯软件仿真和ON LINE的物理数学仿真，其主要功能是为了满足STCW公约要求，对海船船员和学生进行教学、考核和评估。可替代船员的一部分海上经历，快速培养现代高级轮机管理人员，提高在校学生的实操水平和应变能力，对拓宽现职船员对自动化船舶的适应能力，特别对培养机电合一的新一代船员有着巨大的社会意义和经济效益。本论文主要进行了以下几个方面的研究： 第一．数据库方面；船舶电站仿真系统一般采用参数传递数据。在教学、考核和评估的时候，它使得各个学生站数据很难达到一致性，并且数据变量难于处理。譬如，培训教学时一个客户端占有主机控制权---控制监视电站设备，这时，其他客户端难以获得主控客户端的操作情况和电站设备的工作状况。另外，随着科学技术，特别是Internet技术的飞速发展及其广泛应用，基于WEB的电站仿真技术、分布交互式电站仿真、基于WEB的分布交互式电站仿真已经成为电站仿真热点。主要鉴于这两方面考虑，项目中选用Visual Basic、SQL Server和ADO技术来完成数据库，使得船舶电站仿真系统通信数据容易管理、满足客户端数据一致性，便于以后发展的电站仿真系统容易改进； 第二．嵌入式实时系统方面；船舶电站系统仿真程序很大，许多电站物理仿真设备是集中式管理，在操作运行的时候，其不可避免地带来了延迟，导致监视控制的实时性较差，主控机的负担较重。并且在研华PC-LabCard上连接的信号线不能太长，这对于设备的安装配置有了一定的限制。其整个系统完全依赖于PC一LabCard，其可靠性差。如果它出现异常情况，整个系统就可能瘫痪，不能很好地进行分布式控制。因此本项目采用TMS320LF2407 DSP完成分布式电站仿真系统。嵌入式实时系统的引用使电站仿真设备能进行分布式控制，其管理得以完善，实时性好，可靠性高。 通过对以上的研究，完善了船舶电站多种发电方式联合运行的仿真研究，有很高的现实意义。
许晓彦[3]2007年在《船舶多模式电站与船舶电网电能质量研究》文中进行了进一步梳理发展高性能船舶制造业的一个重要目标是提高船舶运行安全性的同时提高能源利用率。而作为船舶系统中一个重要组成部分的船舶电力系统与船舶的各个系统均关系密切，并直接影响着船舶运行的安全性与经济性。船舶电站和船舶电网是船舶电力系统运行的节能与提高可靠性的两个环节。本文的重点为针对船舶电力系统的两个组成部分—电站部分和电网部分—分别进行了节能和提高系统运行可靠性两个方面的研究。提出了采用船舶多模式电站进行供电，并采用一种混合有源滤波与功率因数校正电路用于船舶电网以改善电能质量的方法。根据仿真试验结果，船舶电力系统采用上述方法在降低能源消耗和提高系统运行可靠性方面取得了不错的效果。本文共分六章。第一章为绪论，阐述了本论文研究的意义、相应研究方向的研究现状，并介绍了本论文的主要工作。第二章首先介绍了船舶电力系统的组成，从节能和提高供电可靠性两个方面对常规船舶电站的设计进行了分析，并分析了出于节能和提高系统可靠性为目的的船舶电站的各种控制方案。重点为对船舶多模式电站—即船舶电站采用辅助柴油发电机组发电，主机废气透平发电机组发电和晶闸管轴带发电机组发电方式的联合运行—进行分析研究。对上述叁种发电系统建立了相应的数学模型，特别地，针对主机废气透平发电机组负载变化时的动态运行特性建立了发电机转速控制的数学模型，以及分别针对晶闸管轴带发电机组在正常供电过程中励磁电流调节的动态运行特性和过渡过程中逆变角调节的动态运行特性建立了相应的数学模型。仿真实验结果说明了所建立的相应数学模型是符合实际的。然后对该叁种发电系统之间的联合运行从节能，供电可靠性和动力装置可靠性方面进行了研究。结果表明，采用船舶辅助柴油发电机组，晶闸管轴带发电机组和主机废气透平发电机组组成的船舶多模式电站，在运行时可以有效地节约能耗，同时也因这叁种发电系统可互为备用而提高了不间断供电的可能性，以及因晶闸管轴带发电机的可逆运行而提高了船舶在主机故障状态下的安全性。在造船界的应用前景较为乐观。第叁章首先介绍了通用电网的电能质量标准，以及电能质量参数的检测技术和滤波与功率因数校正技术的发展状况。然后从谐波和功率因数的概念，频域范畴的傅里叶分析与小波分析法以及时域范畴的基于瞬时无功功率理论的分析法，介绍了电能质量分析的理论基础。同时，从脉冲控制法的级联型多电平逆变电路的发展和滤波方法中的有源滤波器的发展二个方面介绍了电能质量改善的理论基础。最后介绍了船舶电网的电能质量标准及其滤波与功率因数校正技术的主要问题。第四章首先在Matlab环境下设计了一个并联有源滤波系统模型进行仿真实验，分别对电源侧和负载侧的电流波形和频谱进行了分析。然后对比分析了集总式处理结构和分布式处理结构在船舶电网电能质量参数测量系统的适用性。并设计了一种适用于船舶电网的电能质量实时参数测量系统。该系统采用数字信号处理(DSP)芯片，配以相应的外围电路，完成交流电信号的数据采样、处理、存储和显示。所设计的测量系统在模拟抗混迭滤波的硬件电路基础上结合FIR数字滤波的方法，避免了被测信号频谱混迭现象的发生，减少由单纯模拟滤波器的非平直通带特性带来的测量误差。同时进行了硬件的抗干扰设计，并根据检测装置的结构和所采用的采样方法，对于可能产生的测量误差进行了定性分析。最后设计了一个并联有源滤波器的物理仿真实验平台：采用一个带阻感性负载的叁相桥式全控整流电路形成一个非线性负载模型来模拟船舶电网负载，采用变压器相应设置了一个独立小容量电网。根据在线仿真实验结果，在对畸变的负载侧电流进行谐波抑制后，电网侧相电流已接近正弦波，说明所设计的并联有源滤波器能有效地进行滤波。第五章在设计谐波抑制系统的过程中，研究了无源滤波器的参数计算法，串联有源滤波器和有源功率因数校正电路控制系统的设计。并分别针对无源滤波器，串联有源滤波器，有源功率因数校正电路建立了仿真模型以分析其运行特性。本章的重点为设计了一种混合有源滤波与功率因数校正电路，这是基于使电网参数的无功功率和畸变功率两个参量最小化，从而达到使总功率因数最大化的目标。该电路的设计将主动式解决问题的方法和被动式解决问题的方法结合在一起，互相补充，共同担负起抑制谐波和提高功率因数的任务，从而在快速性和准确性方面满足船舶电网的要求。另外，文中还提出了二种该电路的简化结构形式，选取了其中较为简化而又可靠的一种电路运行仿真研究。仿真研究结果证明该电路在改善船舶电网电能质量方面的效果较理想。第六章为全文总结。本文的主要创新包括以下几个方面：(1)对船舶叁种发电机组成的多模式电站进行了数学建模与仿真实验，并对其在节能、运行可靠性及船舶运行安全性方面进行了研究。从而将船舶上叁种不同原动机的发电机在联合运行中统一了起来，并根据负荷的变化及主机转速的变化来分配多种形式发电机所承担负荷的份额。这一理论在上海海事大学仿真技术研究所向广州航海高等专科学校和江苏科技大学推广应用的多模式船舶电站模拟器和轮机模拟器中得到了实践检验。(2)为改善船舶电网谐波畸变与低功率因数，开展了滤波与功率因数校正研究，首次提出了一套可行的技术路线。即提出了与现有滤波电路不同的，串并联相结合的混合型电路。由于电流谐波对船舶的节能与可靠性影响较大，而以往对电流谐波分析较少(以往对电压源一般为分析电压谐波)，故本文在理论上着重分析了电流谐波的生成与影响。而本文新提出的这种混合型滤波与功率因数校正系统，被证明相比于现有的纯并联系统在滤波性能上有一定提高。(3)在实验室里设计并开发了一个船舶电网电能质量测量与滤波的物理仿真试验平台。试验结果表明，其不仅具有良好的抗混迭效果，并能在快速性和准确性方面满足船舶电网的要求。
夏永明[4]2005年在《船舶电站多种发电方式的联合运行仿真系统分布式结构的实现》文中认为简要介绍已研制完成的船舶电站多种发电方式联合运行仿真系统的总体组成,主要阐述仿真系统分布式结构的设计以及实现,简要说明分布式船舶电站多种发电方式联合运行仿真系统的特色和成果。系统采用了分布式结构,由下位机完成各自的柴油发电机组、轴带发电机组、透平发电机组的仿真,并由上位机实现电力管理,通过通信实现多种发电方式联合运行仿真。构成嵌入式物理一数学仿真,提高仿真设备实时、可靠性,改善了系统性能。
王知磊, 夏永明[5]2003年在《船舶电站多种发电方式联合运行仿真系统中的数据库交互》文中研究指明船舶电站多种发电方式联合运行仿真系统是一个用于对实际船舶电站系统进行节能试验,研究和培训的大型仿真系统。对于船舶电站仿真系统的各种现场信息数据和控制数据,以前采用研华的PC-LabCard,进行参数传递。电站改建为分布式后,引入数据库对所有的参数进行了集中式管理,使数据库中数据能够高效共享,满足所有客户端的一致性,极大地减少了数据的冗余,消除了数据的不一致性。本文重点阐述了本仿真系统数据库的建立和应用,充分发挥SQL Server的优点,屏蔽了原来用WINSOCKET控件的繁琐。
沈琪[6]2005年在《基于CAN总线的嵌入式监控系统研究与应用》文中研究表明在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时，嵌入式系统开发技术也得到迅速发展，由于嵌入式系统具有体积小、功耗低、性能强、可靠性高，以及面向行业应用的突出特点，目前已经广泛地应用于军事国防、消费电子、网络通信、工业控制等各个领域。伴随着网络时代的来临，在高端嵌入式应用中，32位微处理器的应用将成为主流，以ARM为内核的微处理器就是其中一种被广泛应用RISC(精简指令集计算机)芯片。 本文以嵌入式监控平台为研究对象，探讨了嵌入式监控系统的硬件和软件构成，在ARM芯片可扩展的CAN接口基础上，构建CAN网络嵌入式智能监控节点，实现了节点与上位机的数据通信，提高了监控系统的实时性和可靠性。 本文的主要内容： 1．根据嵌入式监控系统的要求，选择32位ARM7核的芯片LPC2119为主控制器，完成系统的硬件电路设计； 2．在系统中引入了嵌入式实时操作系统——μC/OS-Ⅱ，实现在ADS编译环境下，μC/OS-Ⅱ的移植。移植代码通过测试后，建立监控系统任务，通过μC/OS-Ⅱ完成任务调度； 3．基于集成CAN控制器的ARM7芯片组建现场监控网络，充分发挥了32位控制器的优势，实现了基于ARM的CAN网络通信； 4．嵌入式监控系统在船舶电站半实物仿真系统中的应用研究。
侯昉[7]2004年在《基于嵌入式实时操作系统和TCP/IP协议的单片机测控系统》文中提出将嵌入式系统与网络相结合，构造能与网络相连接的智能节点，是目前控制、通讯、计算机等多学科的研究热点。这种智能节点可以是复杂昂贵的工业实时控制设备，也有可能是小巧经济可以接入Internet的智能家电。 本文的工作致力于将嵌入式实时操作系统(RTOG)uC／OS-Ⅱ和应用最广泛的网络协议TCP／IP协议相结合，移植到51系列单片机上。这样的系统由内置64K程序Flash存储器的WinbondW5168EBP单片机，32K扩展数据存储器和RTLS019AS以太网络接口控制芯片构成。 本系统最大的特点是在8位单片机上实现了HTTP协议。系统配置成功后，成为局域网中有独立IP地址的一个节点。局域网中的任一一台PC在IE浏览器的地址栏输入配置给系统的IP地址，就可以访问到存储在本系统中的超文本页面。通过对页面上的控制按钮进行直接操作，可以达到控制系统电平输出的目的。连入网络内的PC只要能够运行IE浏览器，不要进行任何其他软件设置和添加任何其他硬件设备，就具备了对测控设备进行操作的能力。 单片机上实现TCP／IP的意义和价值在于：将原来孤立的控制单元改造成能够融合进控制网络和信息网络的节点。同时，以太网上运行的TCP／IP协议是一个开放的标准，它并不由某个厂商所控制。开放性和公开性使得开发具有自主知识产权的系统成为可能。 本论文研究实现的基于RTOS和TCP／IP协议的分布式单片机测控系统，主要做了以下几个方面的工作： 1 实现了公开源码的嵌入式操作系统uC／OS-Ⅱ在51系列单片机WinbondW78E516BP上的移植，修正了参考资料普遍存在的错误。(见本文2.9小节，p27—28)； 2 通过合理选择，实现了TCP／IP协议栈中的部分内容。值得重点指出的是用8位单片机实现了HTTP协议，从而使得单片机成为了可以用IE浏览器直接访问的节点； 3 分析了基于TCP／IP协议的分布式单片机测控系统的实时工作性能，进行了延迟时间的试验测试。提出了工业以太网的性能敏感因素和改进办法； 4 系统在船舶电站仿真系统中用于网络数据通信和远程控制。
沈琪, 夏永明[8]2005年在《船舶电站多种发电方式的联合运行仿真系统组网与通信》文中提出介绍已研制完成的船舶电站多种发电方式联合运行仿真系统。整个系统设计灵活,充分发挥了网络的工作性能,使其完全符合实时要求。
夏永明, 刘佳佳[9]2009年在《基于CAN总线和分布式结构的船舶电站多种发电方式仿真》文中提出为进行船舶电站仿真系统中多种发电方式联合运行的研究及管理、操作、训练,实现多个学员的同时教学和实操,克服集中型仿真系统缺点,对船舶电站多种发电方式联合运行仿真采用分布式结构,由下位机完成各自的柴油发电机组、轴带发电机组、透平发电机组的仿真,并由上位机实现电力管理,通过CAN总线通信实现多种发电方式联合运行.对CAN总线运行过程中偶尔出现通信失败的状况进行分析,从而改进CAN总线通信接口硬件/软件的设计,提高CAN总线性能,使其更好地运用于该仿真系统.结果表明该设计方法提高仿真设备的实时性、可靠性,改善系统性能.
王志涛[10]2008年在《燃燃联合动力发电模块特性仿真研究》文中研究表明船舶综合电力系统代表着当今船舶动力的发展方向,其主要特点是将推进系统与电力系统合二为一。世界各国已经有了综合电力系统原动机模块的系列化产品,但是还没有联合动力作为原动机模块的先例。由于燃燃联合动力装置具有机动性好,单位重量尺寸小等特点,所以把燃燃联合动力发电模块作为综合电力系统的一种模块来进行研究具有重要的工程意义。本文运用MATLAB/Simulink仿真工具对燃燃联合动力发电模块进行了建模与仿真,建模采用模块化的设计方法,整个系统包括燃气轮机模型、叁S离合器模型、并车齿轮箱模型及电力系统模型。利用模型对单台燃机的动态过程,离合器的啮合过程,燃燃联合动力发电模块的并车、负荷转移、解列等动态过程进行了仿真研究。得到了不同升速率和不同阻尼下叁S离合器中间滑移件位移仿真曲线,得到了燃燃联合动力发电模块单机及双机的各种运行模式下的转速、功率、电压、电流、频率以及并入和脱开时离合器中间滑移件的位移变化规律。燃燃联合动力发电模块的稳定可靠的运行关键是要求解决两燃机的功率分配问题。本文介绍了目前双机并车常采用的四种控制方式——并列调速器并车控制方式、主从调速器并车控制方式、平行式功率反馈调速器并车控制方式和单调速器并车控制方式的控制原理和各自的优缺点,对双机工作时负荷分配的方式进行了研究,找出了适合燃燃联合动力发电模块的运行方式并进行了仿真研究。
参考文献：
[1]. 船舶多种发电方式联合运行的仿真研究[D]. 包文俊. 上海海运学院. 2001
[2]. 船舶电站多种发电方式联合运行的仿真研究[D]. 王知磊. 上海海事大学. 2004
[3]. 船舶多模式电站与船舶电网电能质量研究[D]. 许晓彦. 上海海事大学. 2007
[4]. 船舶电站多种发电方式的联合运行仿真系统分布式结构的实现[J]. 夏永明. 上海海事大学学报. 2005
[5]. 船舶电站多种发电方式联合运行仿真系统中的数据库交互[C]. 王知磊, 夏永明. 2003年全国系统仿真学术年会论文集. 2003
[6]. 基于CAN总线的嵌入式监控系统研究与应用[D]. 沈琪. 上海海事大学. 2005
[7]. 基于嵌入式实时操作系统和TCP/IP协议的单片机测控系统[D]. 侯昉. 上海海事大学. 2004
[8]. 船舶电站多种发电方式的联合运行仿真系统组网与通信[J]. 沈琪, 夏永明. 上海海事大学学报. 2005
[9]. 基于CAN总线和分布式结构的船舶电站多种发电方式仿真[J]. 夏永明, 刘佳佳. 上海海事大学学报. 2009
[10]. 燃燃联合动力发电模块特性仿真研究[D]. 王志涛. 哈尔滨工程大学. 2008
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