船舶電力系統(tǒng)自動化節(jié)能控制技術(shù)改進研究

李秀容

摘要：電力系統(tǒng)是為船舶提供動力支持的重要組成部分，隨著現(xiàn)代航行技術(shù)不斷改進，對船舶的自動化要求也越來越高。為順應(yīng)時代的要求，船舶的電力系統(tǒng)不斷改革，容量和性能有了一定程度的提升，船舶電力系統(tǒng)逐漸由輔助型走向主導(dǎo)型。由于經(jīng)過技術(shù)革新，船舶的應(yīng)用范圍逐漸增大，實用性得到增強，同時船舶的航行能力和自動化的程度已經(jīng)有所提升，性能更加優(yōu)化[1]。但是，由于船舶的主要運行環(huán)境是海上環(huán)境，直接利用電力的能源有限，續(xù)航能力不足仍然是船舶工業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸，因此需要對船舶電力系統(tǒng)進行自動節(jié)能控制。節(jié)約能源是指盡量減少能源消耗。近幾年許多學(xué)者從理論上研究了電機節(jié)能控制方法，現(xiàn)有的研究方法包括基于最小損耗模型的節(jié)能控制、依賴于電機參數(shù)的節(jié)能控制2種。但是，上述傳統(tǒng)的電機節(jié)能控制技術(shù)存在著控制效果不佳的問題，因此需要在傳統(tǒng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上加以改進，以有效地降低船舶電力系統(tǒng)的能耗。

關(guān)鍵詞：船舶電力系統(tǒng);電力自動化;節(jié)能控制;控制技術(shù)

引言

由于船舶的主要運行環(huán)境是海上環(huán)境，直接利用電力的能源有限，續(xù)航能力不足仍然是船舶工業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸，因此需要對船舶電力系統(tǒng)進行自動節(jié)能控制。節(jié)約能源是指盡量減少能源消耗。近幾年許多學(xué)者從理論上研究了電機節(jié)能控制方法，現(xiàn)有的研究方法包括基于最小損耗模型的節(jié)能控制、依賴于電機參數(shù)的節(jié)能控制2種。

1改進的船舶電力系統(tǒng)自動化節(jié)能控制技術(shù)

1.1搭建船舶電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

船舶的電力系統(tǒng)是船舶順利用電的主要保障，負(fù)責(zé)船舶內(nèi)一切用電設(shè)備的電力輸送和接收，它主要由發(fā)電機和配電板組成。其中，船舶電力系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)形式。

1.2動態(tài)計算電力系統(tǒng)能源消耗

為確保電力系統(tǒng)自動能耗控制的效果，要先計算電力系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的能耗參數(shù)，再進行系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能控制設(shè)計，以確保求得結(jié)果干擾小，確保研究的精準(zhǔn)性。

1.3優(yōu)化改裝自動化節(jié)能控制器

收集電力系統(tǒng)能耗歷史數(shù)值，總結(jié)歷史數(shù)值中反映出的能耗特征，以此進行節(jié)能控制的初步構(gòu)建。計算系統(tǒng)運行產(chǎn)生的能耗總量，并根據(jù)計算結(jié)果對電力系統(tǒng)節(jié)能模糊控制器進行改進設(shè)計。當(dāng)控制器開始工作時，首先將實際輸入的清晰度值模糊化，得到其對應(yīng)的模糊語言變量，然后根據(jù)模糊控制規(guī)則對模糊控制器輸出的清晰度值進行模糊推理，得到模糊控制器輸出的清晰度值，從而控制執(zhí)行機構(gòu)的工作，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的模糊控制。

1.4自動化節(jié)能控制方式

由于電力系統(tǒng)中的各個部件運行原理不同，因此不同的電力設(shè)備需要不同的節(jié)能控制方式。其中發(fā)電機設(shè)備主要采用降壓節(jié)能的方式，在電動機正常工作模式下，控制其實際的電壓波動范圍不高于額定電壓的95%，若發(fā)現(xiàn)電壓逼近額定電壓的95%，立即降低電機的轉(zhuǎn)速，迫使電機的磁通和電動勢降低，從而實現(xiàn)對電壓的控制。在發(fā)電機節(jié)能控制環(huán)節(jié)，需要選擇最佳的電壓調(diào)節(jié)系數(shù)，對實際節(jié)能控制過程進行優(yōu)化，利用改進的控制器裝置實現(xiàn)節(jié)能控制。船舶電力系統(tǒng)變頻裝置采用s/f控制方式，使電機轉(zhuǎn)速可在其額定轉(zhuǎn)差率不變的范圍內(nèi)波動，提高了變頻器的穩(wěn)定性。由此得出電力系統(tǒng)其他設(shè)備節(jié)能控制的具體方法，并在硬件設(shè)備的支持下，實現(xiàn)單個模塊的節(jié)能控制。而電力系統(tǒng)整體上以調(diào)度為主，在保證電力設(shè)備協(xié)同運行的前提下，降低設(shè)備間能耗。在各調(diào)度目標(biāo)存在局部最優(yōu)的條件下，對各調(diào)度節(jié)點增加其慣性權(quán)重，根據(jù)進化代數(shù)改變其慣性權(quán)重，使其接近全局最優(yōu)位置。

2對比實驗分析

以測試設(shè)計的船舶電力系統(tǒng)自動化節(jié)能控制優(yōu)化技術(shù)的節(jié)能效果為目的，設(shè)計對比實驗。船舶電力系統(tǒng)在實際航行中的運作方式復(fù)雜，需要結(jié)合實際的海上環(huán)境因素調(diào)取不同的電力設(shè)備，為了降低實驗中不確定變量的影響程度，利用Matlab7.0仿真軟件構(gòu)建實驗環(huán)境，忽略極端條件下電力系統(tǒng)的運行模式。利用傳統(tǒng)的節(jié)能控制方法和中提出的供電節(jié)能控制技術(shù)，形成實驗的2個對比方法。選擇某一型號的船舶設(shè)備，并得出其電力系統(tǒng)中的硬件元件的連接結(jié)構(gòu)，進而得出船舶電力系統(tǒng)自動化運行圖。設(shè)置電力系統(tǒng)中各個元

件的運行參數(shù)，具體包括定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻、負(fù)載轉(zhuǎn)矩等。實驗分別設(shè)置控制誤差和節(jié)能效果作為實驗的2個測試指標(biāo)，通過理論計算得出船舶電力系統(tǒng)自動化運行的最少能耗，并基于此設(shè)定節(jié)能控制目標(biāo)值。分別收集電力系統(tǒng)的電功率和通電運行時間數(shù)據(jù)，得出實際能耗結(jié)果，經(jīng)過比對便可以得出反映控制誤差的測試結(jié)果。另外節(jié)能效果的測試，就是對比應(yīng)用節(jié)能控制優(yōu)化技術(shù)前后，實際船舶電力系統(tǒng)能耗的變化情況。通過相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，對比實驗測試具體數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的計算，可以得出應(yīng)用3種節(jié)能控制技術(shù)下的實際船舶電力系統(tǒng)能量消耗值，通過與控制目標(biāo)值的比對，分別得出3種方法的控制誤差分別為 8.4 kW/h，3.8 kW/h 和 0.5 kW/h，另外從節(jié)能效果上看，應(yīng)用改進的節(jié)能控制技術(shù)當(dāng)船舶運行 8 h 后，電力系統(tǒng)的能源消耗量降低了 19.2 kW/h。

結(jié)語

綜上所述，隨著現(xiàn)代航行技術(shù)不斷改進，對船舶的自動化要求也越來越高。為順應(yīng)時代的要求，船舶的電力系統(tǒng)不斷改革，容量和性能有了一定程度的提升，船舶電力系統(tǒng)逐漸由輔助型走向主導(dǎo)型。由于經(jīng)過技術(shù)革新，船舶的應(yīng)用范圍逐漸增大，實用性得到增強，同時船舶的航行能力和自動化的程度已經(jīng)有所提升，性能更加優(yōu)化。但是，上述傳統(tǒng)的電機節(jié)能控制技術(shù)存在著控制效果不佳的問題，因此需要在傳統(tǒng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上加以改進，以有效地降低船舶電力系統(tǒng)的能耗。

參考文獻：

[1]李海生.船舶自動控制中的BRO智能算法研究[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2021，43（12）：100-102.

[2]谷孝利，何炎平，黃超，劉亞東，趙永生.核動力船舶電力系統(tǒng)配置要點分析[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2021，43（11）：112-115.

[3]盧時俊.船舶電力系統(tǒng)主要設(shè)計計算要點[J].機電設(shè)備，2021，38（03）：101-105.

[4]李小雄.船舶電力系統(tǒng)自動化節(jié)能控制技術(shù)改進研究[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2021，43（08）：94-96.

[5]俞瀟鵬.船舶電力系統(tǒng)自動化的研究分析[J].船舶物資與市場，2019（12）：39-40.

[6]李煒懌.船舶電力系統(tǒng)自動化及電機保護設(shè)計[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2017，39（02）：61-63.