浮动频压节能控制器调频环节的设计与实现

【摘要】：随着化石能源的短缺以及油价的飞速上涨,船舶节能技术被越来越多的人所重视。减少能源消耗,提高船舶航运的经济效益日渐成为一项非常有意义的研究课题。由此产生了优化船体设计、提高推进效率等船舶节能技术。浮动频压节能控制器的出现,又为船舶节能技术开拓了一片新的领域。 本论文针对船舶自动化电站,以S7-200型号PLC作为核心控制器,设计开发船舶电站浮动频压节能控制器,并对调频环节及其自动化功能详细阐述。该控制器通过检测船舶主机的功率,在确保主机正常工作的情况下,按照一定的比例,控制船舶电网频率及电压协同下降,从而达到节省电力、减少燃油消耗的目的。 本设计中浮动频压节能控制器具备以下功能： 1)根据主机功率的大小,完成单台机组以及多台机组并联运行时的降频降压控制； 2)自动准同步并车、解列以及并联运行时的调频调载； 3)实现在上位机上船舶电站和浮动频压节能控制器运行参数的显示以及对船舶电站的控制。 本设计的浮动频压节能控制器以大连海事大学船舶电站实验室的自动化电站为调试平台进行调试。浮动频压节能控制器能够稳定可靠地工作,完成预定的任务,节能效果良好。 【关键词】：浮动频压 节能控制器 频率调节 船舶电站 PLC
【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
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题的意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 本课题研究的主要内容12-13
• 第2章 船舶电力系统浮动频压节能控制器可行性、原理及要求13-23
• 2.1 船舶电力系统浮动频压节能控制器可行性概述13-14
• 2.2 发电机组频率调整环节14-18
• 2.2.1 调速器的原理及调速特性15-16
• 2.2.2 PD控制器16-18
• 2.2.3 规范对电网频率以及调速器的要求18
• 2.3 发电机组准同步并车18-20
• 2.3.1 同步发电机组并车的定义及意义18-19
• 2.3.2 理想并车条件及准同步并车19-20
• 2.3.3 规范对发电机组并车的要求20
• 2.4 发电机组的负载分配20-23
• 2.4.1 自动调载中有功功率的转移和分配21-22
• 2.4.2 规范对负载分配的规定22-23
• 第3章 船舶电力系统浮动频压节能控制器调频环节的设计23-54
• 3.1 船舶电力系统浮动频压节能控制器总体结构及调频环节设计内容23-28
• 3.1.1 浮动频压节能控制器功能概述23
• 3.1.2 浮动频压节能控制器系统构成23-26
• 3.1.3 调频环节设计涉及的主要设计内容26
• 3.1.4 调频环节的工作流程26-28
• 3.2 船舶电力系统浮动频压节能控制器频率精确检测的设计28-34
• 3.2.1 频率精确测量原理28-29
• 3.2.2 电压波形的变换及分频电路29-31
• 3.2.3 恒定频率基准脉冲的设计31-33
• 3.2.4 PLC测频程序的设计33-34
• 3.3 船舶电力系统浮动频压节能控制器频率调节的设计34-40
• 3.3.1 调频硬件驱动电路的设计34-35
• 3.3.2 PLC中PID闭环回路的设计35-37
• 3.3.3 驱动信号脉宽变换的设计及死区设定37-38
• 3.3.4 降频节能控制38-40
• 3.4 船舶电力系统浮动频压节能控制器准同步自动并车的设计40-47
• 3.4.1 准同步并车实现方案的选取40-42
• 3.4.2 差频三角波形成电路设计42-43
• 3.4.3 恒定超前时间的获得43-45
• 3.4.4 自动并车程序的设计45-47
• 3.5 船舶电力系统浮动频压节能控制器自动调频调载及双机节能控制47-50
• 3.5.1 双机调频调载及节能控制方案选择47-48
• 3.5.2 双机调频调载及节能控制硬件驱动电路设计48-49
• 3.5.3 机调频调载及节能控制程序的设计49-50
• 3.6 船舶电力系统浮动频压节能控制器软硬件具体配置50-54
• 第4章 浮动频压节能控制器通信及监控系统的设计与实现54-63
• 4.1 船舶电力系统浮动频压节能控制器各机组间控制器的通信的设计54-58
• 4.1.1 机组间PLC的通信原理54-56
• 4.1.2 通信数据地址及含义56-57
• 4.1.3 网络性能的优化57-58
• 4.2 船舶电力系统浮动频压节能控制器监控系统的设计58-63
• 4.2.1 监控系统的主要功能58
• 4.2.2 监控系统通信原理及参数获取与指令发出58-61
• 4.2.4 监控界面的设计61-63
• 第5章 船舶电力系统浮动频压节能控制器调试及实验结果63-77
• 5.1 船舶电力系统浮动频压节能控制器调试实验平台简介63-64
• 5.2 船舶电力系统浮动频压节能控制器系统综合调试64-72
• 5.2.1 测频精度分析与调试65-69
• 5.2.2 频率调节PID参数整定69-70
• 5.2.3 差频三角波滤波70-72
• 5.3 船舶电力系统浮动频压节能控制器实验结果72-77
• 5.3.1 调频环节实验结果72-75
• 5.3.2 浮动频压节能控制器整体实验结果75-77
• 结论77-78
• 参考文献78-81
• 致谢81

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