基于PLECS的船舶中压直流综合电力系统仿真研究

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｐｂｏａｒｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ； Ｍ ＶＤＣ； Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
０ 引 言
随着船舶现代化 的发展 ，船舶综合 电力推进 ［１ 已经 逐 渐 成 为 船 舶 的 主 流 推 进 方 式 。 采 用 中 压 直 流 （Ｍｅｄｉｕｍ Ｖｏｌｔａｇｅ ＤＣ，ＭＶＤＣ）配 电的船舶综合 电力 系 统 除了具备船舶 综合 电力系统本 身的优点外 ，还具有 能够 提高系统 的功率密度 、节省 空间 、提 高系统 的效 率等潜 在 的优点 ，因而成 为 了船舶 综合 电力 系统未来 的发展趋势 ［２． 。然而 ，与优点相对应 的是 系统复 杂程 度 和控制 难度 的大大增 加 ，需要 有效 的分析 和研 发 工具从而充分发挥 ＭＶＤＣ系统的优点 。
摘 要 ：针对船舶 中压直 流综 合电力系统 ，分 析系统的结构 和特 性。给 出船舶 中压直流综合 电力 系统的机理 模 型 ，包 括 原 动 机 、 发 电 机 、推 进 电 机 和 四象 限负 载 等 。在 ＰＬＥＣＳ软 件 中 建 立 船 舶 中压 直 流 综 合 电力 系 统 的 仿 真 模 型 ，实 现 了 系统 起 动 、加 速 和 突 然倒 车 等 正 常 和 极 端 工 况 的数 字 仿 真 ，仿 真 结 果 验 证 了本 文所 进行 的 数 字 仿 真 研 究 的正 确 性 ，能 够 为 系 统 的 早 期设 计 提 供 仿 真 工 具 。
关键词 ：船舶综合 电力 系统 ；中压 直流 ；仿真 中图 分 类 号 ：ＴＭ７４３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １６７２—７６１９（２０１６）０４—００８７—０６ ｄｏｉ：１０．３４０４￣．ｉｓｓｎ．１６７２—７６１９．２０１６．０４．０１８
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｉｐｂｏａｒｄ Ｍ ＶＤＣ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＥＣＳ
建模 与仿真 在设计研 发 阶段 能够成 为船舶 综合 电 力 系统 强有力 的设计和分 析工具 。商用 的数 字仿真 软 件 提 供 了丰 富 的模 型 库 供 用 户 使 用 。 文 献 ［５】利 用 Ｍａｔｌａｂ初步实现 了全 电力 推进船舶交 流 电力 系统 的数
字仿 真 ，具有 进 行 稳 态 、动 态 仿 真 和谐 波 分 析 的功 能 ；文 献 ［６阡０用 ＰＳＣＡＤ实现 了船舶 中压 交流综 合 电 力系统 的数 字仿真 ；文献［７］基 于 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ完 成了低压 直流 电力 系统 的建模与 仿真 ，利用 自主构建 的模型解 决 了系统结 构复杂 ，仿真速度 慢 的缺点 ；文献 ［８】开展 了初步 的 中压 直流综合 电力系 统 的数字 仿真 ，但是其 研究 的工况较为单一 ，控制方式较为 陈旧。
第 ３８卷 第 ４期 ２０１６年 ４月
舰 船 科 学 技 术
ＳＨＩＰ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ
ＶＯｌ｜３８Βιβλιοθήκη Ｎｏ．４ Ａｐｒ．，２０１６ 基于 ＰＬＥＣＳ的船舶中压直流综合 电力系统仿真研究
程垠 钟 ，李莉红 ，晏 阳，杜剑 维 （中 国舰 船研 究 院 ，北京 １００１９２）
ＣＨＥＮ Ｇ Ｙ ｉｎ·ｚｈｏｎｇ，ＬＩ Ｌｉ－ｈｏｎｇ，Ｙ ＡＮ Ｙ ａｎｇ，Ｄ Ｕ Ｊｉａｎ—ｗ ｅｉ
（Ｃｈｉｎａ Ｓｈｉｐ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｃａｄｅｍｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｓｈｉｐｂｏａｒｄ ｍｅｄｉｕｍ ｖｏｌｔａｇｅ ＤＣＭ ＶＤＣ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔ ｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｒｉｍｅ－ｍ ｏｖｅｒ，ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｍｏｔｏｒ ａｎ ｄ ｆｏｕｒ—ｑｕａｄｒａｎｔ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｌｏａｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ｍ ＶＤＣ ｓｈｉｐｂｏａｒｄ ｉｎｔｅｇ ｒ ａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ ＰＬＥＣＳ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎ ｄ ｔｈｅ ｎｕｍ ｅｒ ｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ａｎｄ ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｓｔａｒｔ，ｓｐｅｅｄ ｕｐ ａｎｄ ｃｒａｓｈ ｂａｃｋ ｉｓ ｃａ￣ｉｅｄ ｏｕｔ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｒ ｍ ａｌ ａｎｄ ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆ ｏｒ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｔｈｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｖａｌｉｄａｔｅ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔ ｈｅ ｓｈｉｐｂｏａｒｄ Ｍ ＶＤＣ ｉｎｔｅｇｒ ａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｏｏｌｓ ｉｎ ｔ ｈｅ ｅａｒｌｙ ｄｅｓｉｇｎ ｓｔａｇｅ ｆ ｏｒ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．
从 以往 国内外 进行 的船舶 综合 电力 系统数 字仿真 研究来 看 ，针对 交流配 电系统 的仿真研 究较 多 ，也较 为成 熟 ；而 针对 直 流 配 电 系统 的仿 真研 究 则 刚 刚 开 始 ，针对 ＭＶＤＣ系统 的数 字仿真则更加 匮乏 ，使用 的 模 型 、控 制方式 以及仿 真研究 的工况都 较具有 一定 的 局 限性 。本 文通 过 开展结 构 分析 、数 学模 型 等研究 ， 实现 了船舶 ＭＶＤＣ综合 电力系统 的数字仿真 。