电推船能量管理冗余控制器设计

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1、分类号：TP2密级：非密UDC：620编号：S2015-711-01中国舰船研究院硕士学位论文电推船能量管理冗余控制器设计作者：沈璐璐指导老师：艾钢研究员学科专业：轮机工程上海船用柴油机研究所二○一五年三月分类号：TP2密级：非密UDC：620编号：S2015-711-01硕士学位论文电推船能量管理冗余控制器设计DesignofRedundancyControllerforEnergyManagementSysteminElectronicPropulsionShip指导教师姓名：艾钢职称：研究员学位申请人姓名：沈璐璐申请

2、学位级别：工学硕士专业名称：轮机工程研究方向：舰船自动化论文提交时间：2015-3-13培养单位：上海船用柴油机研究所学位授予单位：中国舰船研究院学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文所有研究工作，均在导师指导下由作者本人独立完成。引用的有关观点、方法、数据和文献已在论文中注明，并与参考文献对应。除论文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经公开发表的研究成果。对本文研究作出任何贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式注明并表示感谢。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权声明中国舰船研究院和**

3、****研究所（培养单位）有权保存本人呈交的学位论文复印件及电子版，有权向国家有关部门或机构送交论文复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权中国舰船研究院和******研究所（培养单位）可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描手段保存或汇编本论文。本学位论文属于：公开内部秘密，在年解密后适用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日摘要电力电子技术飞速发展，推动了船用电力架构变革，使得船舶能量转换的面貌彻底改变。电推船主要由发电系统

4、、配电系统、推进系统、调速控制系统和监控系统组成，其全部设备或者绝大部分设备都需要用电或者采用电力传动。电力推进、大功率设备等高耗能负载的出现，使得电推船电力的产生、分配、管理变得相当复杂。与常规动力船舶相比，电推船电力系统网络结构发生了较大变化。因此需要采用集中式控制、分布式管理的冗余监控模式。能量管理系统根据全船功率需求对每台发电机组进行监控并协调发电机的工作；对推进、脉冲、高功率设备进行负载综合计算分析和协调管理，采用基于系统分析之上的深层次能量（基于功率）管理方式，合理分配各种负载的电能。能量管理系统功能综合、信息

5、分散，保持动力系统在当前操作下处于最佳运行状态，是监控系统的核心，是船舶控制设备的评判部件，对综合全电力系统的最佳操作与控制优化，具有重要作用。因此，能量管理系统应具有较强的实时性和较高的可靠性，才能确保电推船供电系统在任何时候都能提供与用电需求相匹配的电能。本文在充分分析了现有冗余控制方案的基础上，结合容错系统、嵌入式系统和实时系统的优点，提出了热备冗余硬件方案。根据全电力推进船的能量管理控制系统特点，合理分配系统资源和控制功能优先级，基于角色分配、数据同步以及心跳同步设计了嵌入式冗余容错能量管理控制器。最后，本文基于半

6、物理仿真试验，完成冗余容错能量管理控制器的功能和性能验证。试验证明了本文设计的能量管理控制器能实现冗余功能，当主控制模块发生故障时，备用模块快速切换获取控制权，实现机组优先级设置、最小发现机组数限制、负载管理等控制功能。本控制器可推广于电推船能量管理系统，具有较好的经济性和社会价值。关键字：能量管理冗余控制；角色分配；同步IABSTRACTWiththedevelopmentofpowerelectronictechnology,theadvancedlandpowerstructureisgraduallyapplied

7、tothemarinepowerdistributionsystem.Itcompletelychangestheformoftheenergyconversion.PPS(PowerPropulsionShip)referstotheshipthatisfixedwithallormostofthedevicesthatworkedbasedonelectricpower.Comparedwiththeconventionalpower,therearemanychangesinpowersystemstructureo

8、fPPS.Especiallyafterthehighenergyconsumptionloademerge,suchaspowerpropulsion,greatmaritimepower,itiscomplicatedtogeneratepower,distributepowerandmanagep