浮动频压节能控制器调压环节的设计与实现

【摘要】：随着节能减排问题的重视程度不断提高,作为耗油大户的船舶,其节能技术亦引起了各国的重视。然而,目前的船舶节能技术主要体现在船舶船型节能、优化动力装置等方面,针对船舶电力系统的节能技术研究相对欠缺。因此,本论文便针对这一现状,提出船舶电力系统浮动频压的设计思想,并进行具体设计与实现。 本课题在研究并分析了船舶电网的频率与电压协同下降的节能潜力和实际可行性之后,提出了船舶电力系统浮动电制与固定电制相结合的电站运行方法,并且针对船舶自动化电站,设计并实现了船舶电力系统浮动频压节能控制器。浮动频压节能控制器通过实时检测船舶主机功率,在保证全船负载正常工作的前提下,按照一定比例,控制船舶电网的频率和电压协同下降,从而达到节能的目的。 本文的主要工作是针对浮动频压节能控制器其中一个重要环节,即调压环节,进行具体分析与设计。本论文所设计的浮动频压节能控制器调压环节采用西门子S7-200系列PLC作为核心控制器,利用PID控制功能对船舶电网的电压进行实时地控制。调压环节的主要功能是根据船舶主机功率信号,控制船舶电网电压,使之能够与频率成比例地下降,并在多台同步发电机并联运行时,进行无功功率的分配,保证船舶电站可靠运行。 本课题所设计的船舶电力系统浮动频压节能控制器在进行整体调试过后,能够稳定可靠运行。通过多次试验,分析试验数据,可以看出本课题所设计的浮动频压节能控制器具有良好的节能效果,能够完成预定的节能任务。 【关键词】：浮动频压 节能控制器 调压环节 PLC PID
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U665.12
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景及国内外研究现状综述10-12
• 1.2 船舶电力系统浮动频压节能控制器概述12-13
• 1.3 船舶电力系统频率、电压协同下降运行的经济性与可行性分析13-16
• 1.3.1 船舶电力系统频率、电压协同下降的节能潜力预测13-15
• 1.3.2 船舶电力系统频率、电压协同下降运行的可行性分析15-16
• 1.4 船舶电力系统固定电制与浮动电制的提出16-17
• 1.5 本课题的主要内容以及本人所做工作17-18
• 第2章 船舶电力系统浮动频压节能控制器及调压环节的设计原理18-37
• 2.1 船舶电力系统浮动频压节能控制器的整体设计18-21
• 2.1.1 船舶电力系统浮动频压节能控制器的设计原理18-19
• 2.1.2 船舶电力系统浮动频压节能控制器的硬件构成19-21
• 2.2 同步发电机励磁系统的作用及其与同步发电机有关性能的关系21-31
• 2.2.1 励磁与发电机端电压的关系22-24
• 2.2.2 励磁与发电机无功功率的关系24-28
• 2.2.3 励磁与发电机运行稳定性的关系28-31
• 2.3 船舶电力系统浮动频压节能控制器调压环节实现的具体功能及原理31-37
• 2.3.1 控制同步发电机端电压保持在恒值不变32-33
• 2.3.2 控制同步发电机并联运行时无功功率的调整和分配33-36
• 2.3.3 船舶电力系统浮动频压节能控制器调压环节的节能体现36-37
• 第3章 船舶电力系统浮动频压节能控制器调压环节的硬件设计37-54
• 3.1 船舶电力系统浮动频压节能控制器调压环节的整体设计方案37-42
• 3.1.1 励磁方式的确定37
• 3.1.2 核心控制器的选定37-38
• 3.1.3 励磁主回路形式的选定38-39
• 3.1.4 主回路中开关器件的确定39-40
• 3.1.5 起励形式的选择40
• 3.1.6 电压调整环节的整体组成40-42
• 3.2 船舶电力系统浮动频压节能控制器调压环节主回路的设计42-44
• 3.3 船舶电力系统浮动频压节能控制器调压环节控制回路的设计44-51
• 3.3.1 船舶同步发电机端电压的检测44-45
• 3.3.2 IGBT驱动电路的设计45-48
• 3.3.3 控制回路电源的设计48-49
• 3.3.4 无功功率分配环节的设计49-51
• 3.3.5 降压给定信号环节的设计51
• 3.4 硬件电路抗干扰设计51-54
• 第4章 船舶电力系统浮动频压节能控制器调压环节的软件设计54-64
• 4.1 船舶电力系统浮动频压节能控制器调压环节的设计流程图54-56
• 4.2 PWM输出环节的设计56-57
• 4.3 PID控制环节的设计57-61
• 4.3.1 电压调整环节PID闭环控制系统的组成57-58
• 4.3.2 电压调整环节数字PID控制算法58-59
• 4.3.3 数字PID控制算法在PLC内部的实现59-61
• 4.4 电压下降给定值的线性转换61-64
• 第5章 船舶电力系统浮动频压节能控制器及电压调整环节的调试与节能试验64-81
• 5.1 系统试验平台简介64-65
• 5.2 船舶电力系统浮动频压节能控制器电压调整环节的调试65-73
• 5.2.1 电压调整环节主回路滤波环节的参数确立65-66
• 5.2.2 电压调整环节控制回路中PWM环节的调试66-67
• 5.2.3 电压调整环节PID控制器参数的选定67-73
• 5.3 船舶电力系统浮动频压节能控制器电压调整环节的试验及其结果73-78
• 5.3.1 电压调整环节的试验内容73-74
• 5.3.2 电压调整环节的试验结果74-78
• 5.4 浮动频压节能控制器整体试验结果及节能数据分析78-81
• 结论81-83
• 参考文献83-86
• 致谢86

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