论文部分内容阅读
摘要：电力系统是为船舶提供动力支持的重要组成部分，随着现代航行技术不断改进，对船舶的自动化要求也越来越高。为顺应时代的要求，船舶的电力系统不断改革，容量和性能有了一定程度的提升，船舶电力系统逐渐由辅助型走向主导型。由于经过技术革新，船舶的应用范围逐渐增大，实用性得到增强，同时船舶的航行能力和自动化的程度已经有所提升，性能更加优化[1]。但是，由于船舶的主要运行环境是海上环境，直接利用电力的能源有限，续航能力不足仍然是船舶工业发展的一个重要瓶颈，因此需要对船舶电力系统进行自动节能控制。节约能源是指尽量减少能源消耗。近几年许多学者从理论上研究了电机节能控制方法，现有的研究方法包括基于最小损耗模型的节能控制、依赖于电机参数的节能控制2种。但是，上述传统的电机节能控制技术存在着控制效果不佳的问题，因此需要在传统控制技术的基础上加以改进，以有效地降低船舶电力系统的能耗。
关键词：船舶电力系统;电力自动化;节能控制;控制技术
引言
由于船舶的主要运行环境是海上环境，直接利用电力的能源有限，续航能力不足仍然是船舶工业发展的一个重要瓶颈，因此需要对船舶电力系统进行自动节能控制。节约能源是指尽量减少能源消耗。近几年许多学者从理论上研究了电机节能控制方法，现有的研究方法包括基于最小损耗模型的节能控制、依赖于电机参数的节能控制2种。
1改进的船舶电力系统自动化节能控制技术
1.1搭建船舶电力系统数学模型
船舶的电力系统是船舶顺利用电的主要保障，负责船舶内一切用电设备的电力输送和接收，它主要由发电机和配电板组成。其中，船舶电力系统的具体结构形式。
1.2动态计算电力系统能源消耗
为确保电力系统自动能耗控制的效果，要先计算电力系统运行过程中产生的能耗参数，再进行系统优化节能控制设计，以确保求得结果干扰小，确保研究的精准性。
1.3优化改装自动化节能控制器
收集电力系统能耗历史数值，总结历史数值中反映出的能耗特征，以此进行节能控制的初步构建。计算系统运行产生的能耗总量，并根据计算结果对电力系统节能模糊控制器进行改进设计。当控制器开始工作时，首先将实际输入的清晰度值模糊化，得到其对应的模糊语言变量，然后根据模糊控制规则对模糊控制器输出的清晰度值进行模糊推理，得到模糊控制器输出的清晰度值，从而控制执行机构的工作，实现控制系统的模糊控制。
1.4自动化节能控制方式
由于电力系统中的各个部件运行原理不同，因此不同的电力设备需要不同的节能控制方式。其中发电机设备主要采用降压节能的方式，在电动机正常工作模式下，控制其实际的电压波动范围不高于额定电压的95%，若发现电压逼近额定电压的95%，立即降低电机的转速，迫使电机的磁通和电动势降低，从而实现对电压的控制。在发电机节能控制环节，需要选择最佳的电压调节系数，对实际节能控制过程进行优化，利用改进的控制器装置实现节能控制。船舶电力系统变频装置采用s/f控制方式，使电机转速可在其额定转差率不变的范围内波动，提高了变频器的稳定性。由此得出电力系统其他设备节能控制的具体方法，并在硬件设备的支持下，实现单个模块的节能控制。而电力系统整体上以调度为主，在保证电力设备协同运行的前提下，降低设备间能耗。在各调度目标存在局部最优的条件下，对各调度节点增加其惯性权重，根据进化代数改变其惯性权重，使其接近全局最优位置。
2对比实验分析
以测试设计的船舶电力系统自动化节能控制优化技术的节能效果为目的，设计对比实验。船舶电力系统在实际航行中的运作方式复杂，需要结合实际的海上环境因素调取不同的电力设备，为了降低实验中不确定变量的影响程度，利用Matlab7.0仿真软件构建实验环境，忽略极端条件下电力系统的运行模式。利用传统的节能控制方法和中提出的供电节能控制技术，形成实验的2个对比方法。选择某一型号的船舶设备，并得出其电力系统中的硬件元件的连接结构，进而得出船舶电力系统自动化运行图。设置电力系统中各个元
件的运行参数，具体包括定子电阻、转子电阻、负载转矩等。实验分别设置控制误差和节能效果作为实验的2个测试指标，通过理论计算得出船舶电力系统自动化运行的最少能耗，并基于此设定节能控制目标值。分别收集电力系统的电功率和通电运行时间数据，得出实际能耗结果，经过比对便可以得出反映控制误差的测试结果。另外节能效果的测试，就是对比应用节能控制优化技术前后，实际船舶电力系统能耗的变化情况。通过相关数据的统计，对比实验测试具体数据。数据的计算，可以得出应用3种节能控制技术下的实际船舶电力系统能量消耗值，通过与控制目标值的比对，分别得出3种方法的控制误差分别为 8.4 kW/h，3.8 kW/h 和 0.5 kW/h，另外从节能效果上看，应用改进的节能控制技术当船舶运行 8 h 后，电力系统的能源消耗量降低了 19.2 kW/h。
结语
综上所述，随着现代航行技术不断改进，对船舶的自动化要求也越来越高。为順应时代的要求，船舶的电力系统不断改革，容量和性能有了一定程度的提升，船舶电力系统逐渐由辅助型走向主导型。由于经过技术革新，船舶的应用范围逐渐增大，实用性得到增强，同时船舶的航行能力和自动化的程度已经有所提升，性能更加优化。但是，上述传统的电机节能控制技术存在着控制效果不佳的问题，因此需要在传统控制技术的基础上加以改进，以有效地降低船舶电力系统的能耗。
参考文献：
[1]李海生.船舶自动控制中的BRO智能算法研究[J].舰船科学技术，2021，43（12）：100-102.
[2]谷孝利，何炎平，黄超，刘亚东，赵永生.核动力船舶电力系统配置要点分析[J].舰船科学技术，2021，43（11）：112-115.
[3]卢时俊.船舶电力系统主要设计计算要点[J].机电设备，2021，38（03）：101-105.
[4]李小雄.船舶电力系统自动化节能控制技术改进研究[J].舰船科学技术，2021，43（08）：94-96.
[5]俞潇鹏.船舶电力系统自动化的研究分析[J].船舶物资与市场，2019（12）：39-40.
[6]李炜怿.船舶电力系统自动化及电机保护设计[J].舰船科学技术，2017，39（02）：61-63.
关键词：船舶电力系统;电力自动化;节能控制;控制技术
引言
由于船舶的主要运行环境是海上环境，直接利用电力的能源有限，续航能力不足仍然是船舶工业发展的一个重要瓶颈，因此需要对船舶电力系统进行自动节能控制。节约能源是指尽量减少能源消耗。近几年许多学者从理论上研究了电机节能控制方法，现有的研究方法包括基于最小损耗模型的节能控制、依赖于电机参数的节能控制2种。
1改进的船舶电力系统自动化节能控制技术
1.1搭建船舶电力系统数学模型
船舶的电力系统是船舶顺利用电的主要保障，负责船舶内一切用电设备的电力输送和接收，它主要由发电机和配电板组成。其中，船舶电力系统的具体结构形式。
1.2动态计算电力系统能源消耗
为确保电力系统自动能耗控制的效果，要先计算电力系统运行过程中产生的能耗参数，再进行系统优化节能控制设计，以确保求得结果干扰小，确保研究的精准性。
1.3优化改装自动化节能控制器
收集电力系统能耗历史数值，总结历史数值中反映出的能耗特征，以此进行节能控制的初步构建。计算系统运行产生的能耗总量，并根据计算结果对电力系统节能模糊控制器进行改进设计。当控制器开始工作时，首先将实际输入的清晰度值模糊化，得到其对应的模糊语言变量，然后根据模糊控制规则对模糊控制器输出的清晰度值进行模糊推理，得到模糊控制器输出的清晰度值，从而控制执行机构的工作，实现控制系统的模糊控制。
1.4自动化节能控制方式
由于电力系统中的各个部件运行原理不同，因此不同的电力设备需要不同的节能控制方式。其中发电机设备主要采用降压节能的方式，在电动机正常工作模式下，控制其实际的电压波动范围不高于额定电压的95%，若发现电压逼近额定电压的95%，立即降低电机的转速，迫使电机的磁通和电动势降低，从而实现对电压的控制。在发电机节能控制环节，需要选择最佳的电压调节系数，对实际节能控制过程进行优化，利用改进的控制器装置实现节能控制。船舶电力系统变频装置采用s/f控制方式，使电机转速可在其额定转差率不变的范围内波动，提高了变频器的稳定性。由此得出电力系统其他设备节能控制的具体方法，并在硬件设备的支持下，实现单个模块的节能控制。而电力系统整体上以调度为主，在保证电力设备协同运行的前提下，降低设备间能耗。在各调度目标存在局部最优的条件下，对各调度节点增加其惯性权重，根据进化代数改变其惯性权重，使其接近全局最优位置。
2对比实验分析
以测试设计的船舶电力系统自动化节能控制优化技术的节能效果为目的，设计对比实验。船舶电力系统在实际航行中的运作方式复杂，需要结合实际的海上环境因素调取不同的电力设备，为了降低实验中不确定变量的影响程度，利用Matlab7.0仿真软件构建实验环境，忽略极端条件下电力系统的运行模式。利用传统的节能控制方法和中提出的供电节能控制技术，形成实验的2个对比方法。选择某一型号的船舶设备，并得出其电力系统中的硬件元件的连接结构，进而得出船舶电力系统自动化运行图。设置电力系统中各个元
件的运行参数，具体包括定子电阻、转子电阻、负载转矩等。实验分别设置控制误差和节能效果作为实验的2个测试指标，通过理论计算得出船舶电力系统自动化运行的最少能耗，并基于此设定节能控制目标值。分别收集电力系统的电功率和通电运行时间数据，得出实际能耗结果，经过比对便可以得出反映控制误差的测试结果。另外节能效果的测试，就是对比应用节能控制优化技术前后，实际船舶电力系统能耗的变化情况。通过相关数据的统计，对比实验测试具体数据。数据的计算，可以得出应用3种节能控制技术下的实际船舶电力系统能量消耗值，通过与控制目标值的比对，分别得出3种方法的控制误差分别为 8.4 kW/h，3.8 kW/h 和 0.5 kW/h，另外从节能效果上看，应用改进的节能控制技术当船舶运行 8 h 后，电力系统的能源消耗量降低了 19.2 kW/h。
结语
综上所述，随着现代航行技术不断改进，对船舶的自动化要求也越来越高。为順应时代的要求，船舶的电力系统不断改革，容量和性能有了一定程度的提升，船舶电力系统逐渐由辅助型走向主导型。由于经过技术革新，船舶的应用范围逐渐增大，实用性得到增强，同时船舶的航行能力和自动化的程度已经有所提升，性能更加优化。但是，上述传统的电机节能控制技术存在着控制效果不佳的问题，因此需要在传统控制技术的基础上加以改进，以有效地降低船舶电力系统的能耗。
参考文献：
[1]李海生.船舶自动控制中的BRO智能算法研究[J].舰船科学技术，2021，43（12）：100-102.
[2]谷孝利，何炎平，黄超，刘亚东，赵永生.核动力船舶电力系统配置要点分析[J].舰船科学技术，2021，43（11）：112-115.
[3]卢时俊.船舶电力系统主要设计计算要点[J].机电设备，2021，38（03）：101-105.
[4]李小雄.船舶电力系统自动化节能控制技术改进研究[J].舰船科学技术，2021，43（08）：94-96.
[5]俞潇鹏.船舶电力系统自动化的研究分析[J].船舶物资与市场，2019（12）：39-40.
[6]李炜怿.船舶电力系统自动化及电机保护设计[J].舰船科学技术，2017，39（02）：61-63.