小型柴油发电机组并联运行稳定实验

现代柴油发电机电站中，所用的发电原动机zui为常见的是柴油发电机组。伴随着柴油机技术的更新与进步，船舶的吨位越来越大以及船舶大功率负载不断的增多，对于船舶柴油机电子转速控制器，以及船舶同步发电机励磁控制系统的控制精度等性能的要求也逐渐变高。传统的控制器一般都是采用PID控制策略，传统PID控制器不能对非线性因素的影响以及负载在大范围内改变的情况做出有效的应对，因此传统PID控制己很难保证系统具有较好的动态和静态性能。

    伊藤公司首先对传统PID控制进行了简单的介绍，并且详细地对模糊控制原理以及模糊控制器的设计进行了介绍。在对两者各自的优点以及缺点进行对比分析的基础上，为解决两种控制方法所存在的缺点，将两种控制方法结合起来设计了模糊一PID控制方法。模糊一PID控制可以对控制参数进行在线实时自定。该控制算法保持了传统PID控制和模糊控制两者的优点，具有算法的简单、精度高、鲁棒性好的特性。

    伊藤公司通过对船舶电站柴油机调速系统的数学分析，推导出其数学模型，并应用模糊-PID控制器对调速系统进行控制。以MATLAB仿真软件为仿真平台，在MATLAB中建立了柴油机调速系统应用传统PID和模糊一PID控制的仿真模型，并对应用不同控制策略下的仿真模型进行了在突加以及突减100%额定负载的仿真。仿真结果表明，在抑制调，缩短调节时间，抑制振荡等动态特性以及稳态精度方面应用模糊一PID控制将能收到更好的效果。

    伊藤公司对船舶同步发电机进行了数学推导，在派克方程的基础上，进行了一定的简化，得到了较为实用的船舶电站同步发电机电磁暂态过程五阶模型。在建立调压系统数学模型后，采用MATLAB仿真软件对调压系统建立仿真模型，对突加，突减静态负载进行了仿真，对两者的机端电压进行分析并得到相关结论。对仿真结果分析表明:传统PID控制应用于非线性、时变复杂系统中时存在局限性，模糊一PID控制并没有这种局限并且在励磁调节中表现出良好的控制效果。

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    由于船舶柴油发电机组的柴油机转速和同步发电机电压存在祸合关系，为减弱励磁系统和调速系统的祸合关系，建立了柴油发电机组统一的数学模型，设计了柴油发电机组转速和电压综合控制器。本文在对单机系统研究的基础上，对双机并统进行了仿真，并将模糊一PID控制器应用于其中。模糊一PID控制器有效的提高了并统频率的稳定性并有效保证了双机间负载功率均匀的分配。

    随着近代工业革命的兴起，科学技术也随之进入了口益飞速发展的时期，与之相关的船舶技术也得到了相应的发展。现代对于军事和海上运输要求的不断提高，使民用船舶性能技术的要求也不断提高，现代船舶技术正在朝着大型化、高速化、和自动化的方向快速发展。我国航海历史悠久，船舶技术以及航海技术曾经都于世界。由于历史原因近代船舶及航海技术停滞不前，没有得到很好的发展，新中国建立以后船舶技术被重新重视起来，并且得到了*、极快的发展。目前在我国，船舶航运事业有着极其重要的地位和作用，并且占据着国民经济中非常重要的地位。船舶技术和船舶工业的不断发展，船舶吨位和复杂程度都在不断的增大，现代一般的万吨级船舶的装机容量己经在1000千瓦左右，而世界上目前zui大的船舶的装机容量己经达到几万千瓦，单机的装机容量己经达到5000千瓦，船舶电站装机容量的增大使得船舶电力系统的供电能力、稳定性以及自动化水平的要求不断提高。经过一个世纪、三次技术飞跃的发展，柴油机己具备良好的可靠性和稳定性，较高的热效率以及适应性，己经成为*的原动力设备之一并被广泛的应用于众多领域中。柴油机以其不可比拟的优点成为现代船舶电站中为船舶同步发电机提供主要原动力的设备。

    在船舶各类系统中，船舶电力系统是独立于其他系统的核心系统之一，一般为单一或者两电站。船舶电力系统的核心是柴油发电机组，其中柴油机作为原动力机拖动同步发电机产生电能对船舶系统进行供电，因此船舶电力系统电网电压频率由取决于柴油机的转速，而电网电压则由同步发电机决定[[1]。船舶电力系统中同步发电机组的装机容量，相对于可以看成无穷大的陆地电网小很多，对于各种扰动影响的响应要比陆地电网明显的多，并且受到的影响也要大的多。船舶电力系统的负载能够正常工作是以加在负载两端的电压及其频率的稳定为前提条件的[[2l。对于船舶电力系统而言，柴油机和同步发电机作为一个整体，任意某一设备在受到外界的扰动时都会对电力系统产生影响。船舶电
力系统中各种负载所消耗的功率各不相同，甚至某些负载的容量和船舶电站的运行功率相近，因此在负载发生变化时船舶电力系统的电压以及电压频率将会受到相应的影响，进而对船舶电力系统内的稳定工作的负荷产生影响。船舶电力系统中的一些负荷不仅容量较大，并且负载进入和退出电网的频率也比较大。出于对舰船电力系统的稳定性、可靠性以及经济性的考虑，舰船电站中一般会采用多台柴油发电机组并联运行的形式由于受到各种扰动的影响，并联船舶柴油发电机组在运行时，柴油发电机组的功率和电流会出现和其他的柴油发电机组的功率、电流周期性交替增减的周期震荡现象，在周期震荡过程中，总功率并不发生变化，功率仅在柴油机组之间周期性转移。当电网短路、大容量负载启动以及离开电网时，会对船舶电力系统正常运行造成很大的影响。所以对于维持船舶柴油发电机组中柴油机的转速以及同步发电机的电压稳定，保证船舶电力系统及其负载的正常稳定工作有着极其重要的意义。

    影响船舶电力系统稳定性因素的复杂性，长期以来都是船舶电力系统中很难攻克的技术难题，从经济性角度考虑以及出于对船舶电力系统稳定运行，保证船舶的安全航行的迫切需求，对于将建模和仿真应用于船舶电力系统的需求越来越大，对于进行建模和仿真的分析及研究有着现实和实际意义
柴油发电机组发展历史与现状：

    现代社会对于能源的需求量越来越大，的能源供应越来越紧张，能源危机己经慢慢的向着人类逼近。能源的紧缺使人们迫切的想寻求一种低耗能，率的原动机。柴油机是众多工业原动机中的一种，其从上个世纪出现到现今一直都是人们关注的对象，柴油机具有其他种类工业原动机*的优势。柴油机具有对环境适应能力强、能够提供很宽范围的功率、热效率高等众多突出的优点。柴油机是各种应用原动机中使用的动力设备，因其所具备的优势在以后的发展中仍然会长时间的占据这一地位。柴油机自此诞生至今的一个世纪时间内，经历了三次技术性革命，每次技术革命总会使柴油机的性能产生一次飞跃。柴油机技术发展总会跟随当时时代科学技术发展的趋势，柴油机技术总体趋势上看就是从机械技术到电子技术的发展，柴油机供油系统从机械喷射式到电子控制供油的应用。在现今柴油机被广泛的应用于军事、民用等众多领域之中，柴油机现在主要应用之一就是作为提供电能的设备，作为提供给发电机的原动力的设备，柴油机具有适应性强，使用灵活，便于移动，对于启动环境要求低的特性，这些特性使其能够适应某些环境差，并且要求能够独立供电的地方。伴随船舶制造能力的不断提高，所能建造的船舶吨位不断增加，与其相关的船舶电站的发电功率也随之不断增大。我国在新中国建立初期，只能建造一些结构简单的小型的钢制船舶，但随着加大对船舶建造与研究的投入的力度，使我国船舶建造事业有了长足的发展。我过现在己经初步形成了一定规模的现代造船工，我国现在除某些需要技术特别复杂的船舶，己经有能力制造15万吨级以下的各种舰船并且与舰船配套的船舶电站也有了相应的发展。但对于国内柴油发电机组的发展来说，还无法与现今技术相比较，国内的柴油发电机组技术与国外技术还有比较大的距离。目前，国内柴油机的种类还比较少，无法满足众多有特殊要求的工作环境;由于技术的限制，国内生产的柴油发电机组的技术参数要求较低，导致柴油机的可靠性以及经济性都无法与国外的柴油发电机组相比较，而且在结构上也不够合理，使得柴油机载运转的过程中会产生比较高的震动噪声;由于新技术不够成熟，相对于上柴油机的智能化，国内柴油机的智能化和自动化程度还比较低。

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