船舶柴油发电机组的建模与运行仿真研究

船舶柴油发电机组的运行过程是电站运行的重要组成部分。并联运行的柴油发电机组数量决定了船舶电站的容量。并联运行的稳定性与船舶电站的稳定性密切相关。建立能准确反映柴油发电机组运行的数学模型对电站的运行控制、仿真和性能分析都具有重要意义。 柴油发电机组并联运行过程的研究涉及到柴油发电机的模型、并联运行控制模型、电力负荷模型等的建立。其中,柴油发电机模型尽管存在一些不同的建模方法,但大多数仅限于单台模型仿真。本文以柴油发电机模型为核心,建立了多台柴油发电机组并联运行的数学模型。 本文以“育鲲”轮的船舶电站为参考对象,分别建立了柴油发电机模型、电力负荷模型,并联运行控制系统模型。在此基础上,构建了并联运行过程的仿真模型,以Matlab/simulink为仿真工具,进行了仿真分析。仿真结果与实船测试数据进行了对比。 同步发电机模型是柴油发电机组模型的重要组成部分,对计算精度和仿真实时性有很大影响。本文充分考虑定子暂态对动态性能的影响,改进同步发电机的数学模型,引入七阶状态方程组,提高了动态仿真精度。对柴油发电机加载、卸载及压缩空气起动过程进行仿真,结果符合实际情况,也验证了模型的正确性。 在简化参数的条件下,建立对电力系统稳定性影响最大的电动机负荷模型。在统一坐标下,采用派克变换,将变阻抗方法运用到柴油发电机组状态方程组中,避免求解微分代数方程组,提高运算速度。采用simulink组件进行了仿真,得到了满意的结果。 分析了并联运行过程中同步的物理规律和特点,根据并联运行控制原理,提出了并联运行过程中负载转移仿真方法。定义了“并联运行稳定度”来表示并联运行的稳定程度,并分析了并联运行稳定性。考虑计算精度与仿真实时性的矛盾,进一步简化模型,并将其运用到船舶电站模拟器上。 柴油发电机组的建模与运行仿真是船舶电站研究的一个重要领域,文中改进了同步发电机模型,引入了变阻抗方法建立电动机负荷模型,提出了柴油发电机并联运行过程的数学模型,首次提出并定义了并联运行稳定度的新概念,给出发电机组摇摆角曲线参数求解方法。上述对于电站的控制、仿真和性能分析有重要意义,并为研制电站模拟器奠定了重要基础。