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大型邮轮动力系统一体化管理策略研究
| 论文题名： | 大型邮轮动力系统一体化管理策略研究 |
| 关键词： | 大型邮轮;动力系统;一体化管理;顺序调度规则;离线仿真平台 |
| 摘要： | 大型邮轮动力系统多采用综合电力推进系统，其作为整个邮轮的“心脏”，要求系统在不同工况下安全、稳定的运行，因此对动力系统中多并联运行发电机组的规划设计和运行控制提出了较高的要求。同时考虑邮轮作为客载船对运行经济性的需求，在满足动力性的基础上优化邮轮航行经济性。针对这一要求，本文在设计了机组顺序调度规则的一体化管理策略基础上，利用粒子群-灰狼混合算法优化机组调度规则、更新管理策略，实现了降低邮轮动力系统发电成本的目的。 首先，明确邮轮动力系统各子系统划分，遵循面向对象的建模思路，根据各对象的数学模型，利用MATLAB/Simulink仿真平台建立系统被控对象模型。包括:柴油发电机组模型、变压器模型、变频器模型、推进电机模型。对模型进行精度校核，柴油机模型相对误差不超过6％，突卸载荷下发电机仿真误差为0.71％，满足精度要求。 其次，从一体化管理策略功能需求出发，确定管理策略结构并设计基于机组顺序调度规则的一体化管理策略。建立可用于控制对象的管理策略模型并与被控对象模型进行融合，集成为邮轮动力系统离线仿真平台。在此基础上进行顺序规则管理策略的离线仿真验证。对于发电机组并车、解列操作引起的柴油机转速波动最大不超过2％、最大稳定时间不超过4s;推进电机转速波动不超过7％，最大稳定时间不超过5s。 再次，以优化邮轮动力系统运行经济性为出发点，针对机组调度优先级问题，开发粒子群-灰狼混合算法，通过算法求解得到不同需求功率范围下发电成本最低的发电机组输出功率组合。以原动机的燃油消耗、启动成本和排放处理成本为衡量指标，不同负荷率下发电成本平均降低3.9％。根据优化结果设计、更新一体化管理策略，并验证经济性最优策略对系统各部分模型的运行控制效果。验证过程中，柴油机转速波动最大不超过3％、推进电机转速波动不超过1％，最大稳定时间不超过5s。 最后，为了使优化后的策略运行控制更接近实际，在NI-Pharlap和Simpole实时仿真环境中对控制策略的实时运行能力进行了验证。在实时环境下，经济性最优策略可以满足邮轮航速变化工况和突卸载荷工况的动力性和经济性要求。在网运行机组的动态更新过程中，发电机组电压和频率的波动最大不超过0.1％和0.2Hz，稳定时间不超过5s;发电机组转速波动最大不超过5％，波动稳定时间不超过1s。 |
| 作者： | 李丽丽 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 宋恩哲;金江善 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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