江门柴油发电机组并联运行稳定性研究

  

【摘要】：现代船舶电站中，所用的发电原动机最为常见的是柴油发电机组。伴随着柴油机技术的更新与进步，船舶的吨位越来越大以及船舶大功率负载不断的增多，对于船舶柴油机电子转速控制器，以及船舶同步发电机励磁控制系统的控制精度等性能的要求也逐渐变高。传统的控制器一般都是采用PID控制策略，传统PID控制器不能对非线性因素的影响以及负载在大范围内改变的情况做出有效的应对，因此传统PID控制已很难保证系统具有较好的动态和静态性能。 本文首先对传统PID控制进行了简单的介绍，并且详细地对模糊控制原理以及模糊控制器的设计进行了介绍。在对两者各自的优点以及缺点进行对比分析的基础上，为解决两种控制方法所存在的缺点，将两种控制方法结合起来，设计了模糊-PID控制方法。模糊-PID控制可以对控制参数进行在线实时自整定。该控制算法保持了传统PID控制和模糊控制两者的优点，具有算法的简单、精度高、鲁棒性好的特性。 本文通过对船舶电站柴油机调速系统的数学分析，推导出其数学模型，并应用模糊-PID控制器对调速系统进行控制。以MATLAB仿真软件为仿真平台，在MATLAB中建立了柴油机调速系统应用传统PID和模糊-PID控制的仿真模型，并对应用不同控制策略下的仿真模型进行了在突加以及突减100%额定负载的仿真。仿真结果表明，在抑制超调，缩短调节时间，抑制振荡等动态特性以及稳态精度方面应用模糊-PID控制将能收到更好的效果。 本文对船舶同步发电机进行了数学推导，在派克方程的基础上，进行了一定的简化，得到了较为实用的船舶电站同步发电机电磁暂态过程五阶模型。在建立调压系统数学模型后，采用MATLAB仿真软件对调压系统建立仿真模型，对突加，突减静态负载进行了仿真，对两者的机端电压进行分析并得到相关结论。对仿真结果分析表明：传统PID控制应用于非线性、时变复杂系统中时存在局限性，模糊-PID控制并没有这种局限并且在励磁调节中表现出良好的控制效果。 由于船舶柴油发电机组的柴油机转速和同步发电机电压存在耦合关系，为减弱励磁系统和调速系统的耦合关系，建立了柴油发电机组统一的数学模型，设计了柴油发电机组转速和电压综合控制器。本文在对单机系统研究的基础上，对双机并联系统进行了仿真，并将模糊-PID控制器应用于其中。模糊-PID控制器有效的提高了并联系统频率的稳定性并有效保证了双机间负载功率均匀的分配。