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船舶燃气轮机—发电系统稳定性研究

作　者: 张丛辉
导　师: 谢春玲
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 轮机工程
关键词: 飞轮储能 燃气轮机发电 仿真
分类号: U664.131
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 102次
引　用: 2次
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内容摘要


船舶电力推进系统实现了推进和电力两大系统的完美融合,成为当今船舶推进系统的发展方向之一。船用燃气轮机发电系统功率大、质量轻、振动小更适合作为电力推进系统的电源,因而受到了许多国家的重视。电力推进船舶的负载较以前已经有了巨大变化,大功率脉冲用电设备的使用及螺旋桨甩负荷导致电力系统产生了一些不可避免的电能质量问题。本文根据这一现状对船用燃气轮机发电系统的稳定性进行研究。以某型船电力推进系统为研究对象,分析工作过程和存在的问题。采用国内技术成熟、能量密度高的飞轮储能技术改善燃气轮机发电系统稳定性。针对与燃气轮机发电系统相匹配的飞轮储能装置的设计展开研究。本文采用仿真方法来研究燃气轮机发电系统特性及飞轮储能装置对它的稳定性的改善情况。基于模块化建模思想对电力推进系统进行模块化分解。建立了基于容积惯性法的具有较高精度的燃气轮机非线性数学模型;建立了dq0坐标下发电机的动态数学模型;建立了飞轮储能装置、柴油机及其调速器、励磁系统、电力负载、推进电机和船桨运动数学模型。基于Matlab/simulink仿真软件平台建立上述模块的数学模型,再将各模块的仿真模型通过接口连接成电力推进系统仿真模型。使用仿真模型分别对加装和不加装飞轮储能装置的电力推进系统进行突加电力负载的过程和螺旋桨突甩负荷的过程仿真,对比燃气轮机发电系统主要参数前后变化情况。仿真结果表明本文设计的飞轮储能装置可以改善燃气轮机发电系统电能质量,从而提高了燃气轮机发电系统的稳定性,其结论可以为应用于燃气轮机发电系统的飞轮储能装置的设计提供理论依据。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章 绪论  11-22
  1.1 研究的目的及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-17
    1.2.1 船舶电力推进国内外发展状况  12-15
    1.2.2 飞轮储能技术国内外发展与应用  15-17
  1.3 燃气轮机仿真技术的发展与应用  17-20
  1.4 论文主要研究内容  20-22
第2章 飞轮储能装置设计  22-47
  2.1 船舶电力推进总体方案  22-25
    2.1.1 原动机  23-24
    2.1.2 发电机  24
    2.1.3 推进电机  24-25
  2.2 飞轮储能装置设计  25-46
    2.2.1 飞轮转子设计  26-34
    2.2.2 飞轮转子风损  34-39
    2.2.3 飞轮转轴临界转速计算  39-43
    2.2.4 飞轮轴承润滑计算  43-46
  2.3 本章小结  46-47
第3章 电力推进系统及飞轮储能数学模型  47-68
  3.1 模块化建模方法  47-49
    3.1.1 模块化建模方法定义及优点  47-48
    3.1.2 船舶电力推进系统模块化分解  48-49
  3.2 燃气轮机数学模型  49-57
    3.2.1 压气机模块  49-51
    3.2.2 燃烧室模块  51-52
    3.2.3 涡轮模块  52-54
    3.2.4 容积模块  54-55
    3.2.5 转子模块  55-56
    3.2.6 调速器模块  56-57
  3.3 柴油机及调速器数学模型  57
  3.4 飞轮储能装置数学模型  57-59
  3.5 船桨运动数学模型  59-61
  3.6 电力系统数学模型  61-66
    3.6.1 发电机模块  61-63
    3.6.2 励磁系统模块  63-65
    3.6.3 推进电机模块  65-66
    3.6.4 电力负载模块  66
  3.7 本章小结  66-68
第4章 电力推进系统及飞轮储能仿真模型  68-77
  4.1 燃气轮机仿真模型  68-72
  4.2 柴油机及其调速器仿真模型  72-73
  4.3 飞轮储能装置仿真模型  73
  4.4 船桨运动模型  73-74
  4.5 电力系统仿真模型  74-75
  4.6 单套电力推进系统仿真模型  75
  4.7 某型船电力推进系统仿真模型  75-76
  4.8 本章小结  76-77
第5章 电力推进系统仿真结果及分析  77-89
  5.1 燃气轮机机组仿真结果及分析  77-79
    5.1.1 额定工况的仿真  77-78
    5.1.2 燃气轮机机组动态仿真  78-79
  5.2 燃气轮机发电模块仿真结果及分析  79-80
  5.3 飞轮储能装置对电力推进系统影响  80-86
  5.4 船舶电力推进系统总体仿真  86-88
  5.5 本章小结  88-89
结论与展望  89-91
  全文总结  89-90
  本文不足与后续研究展望  90-91
参考文献  91-96
致谢  96

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶机械 > 船舶动力装置 > 燃气动力装置 > 燃气轮机
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