内河小型船舶电力推进系统研制研究报告简本.PDFVIP

交通部西部交通建设科技项目 交通编号： 合同号：2006 328 810 121 单位编号3 密 级： 分 类 号：U664.14 内河小型船舶电力推进系统研制 研究报告简本 上海海事大学 云南省航务管理局 2010 年1 月 内河小型船舶电力推进系统研制——研究报告简本 1．项目简介 在我国云南等西部地区，高原湖泊星罗棋布，特大及大中型水库众多，水上 交通资源丰富。随着社会经济的发展，西部航运交通运输日益繁荣，各类航运船 舶逐年增多，发展航运已成为当地经济增长的重要途径之一。但是，经济发展也 使得西部高原湖库区污染加剧、水质下降，水域环境保护问题日益突出，大量以 柴油机为动力装置的航运船舶对水域环境的污染不可忽视。因此，开发出满足我 国西部高原湖库区水域环保要求的新型绿色船舶，是发展西部航运经济、减少机 动船舶对水域环境污染的环保需求。 以电动机为推进动力装置的电力推进船舶，由于发电机组运行工况平稳，与 柴油机推进船舶相比，不会出现推进主柴油机燃烧不充分冒黑烟现象，废气排放 值低，舱底水生成量少，是目前获得航运界认可的可以替代柴油机推进的新型绿 色船舶。但是，由推进系统、电站系统、以及相应的控制系统组成的内河船舶电 力推进系统，结构复杂、技术要求高，我国目前还没有内河船舶电力推进系统成 套产品。因此，研究和解决电力推进系统的关键技术问题、开发适用于西部高原 湖库区的船舶电力推进系统应用技术，是发展新型电力推进船舶的技术需求。 “内河小型船舶电力推进系统研制”是上海海事大学承担的西部交通建设科 技项目，合作研究单位是云南省航务管理局，依托工程是云南滇池绿色船舶建造 工程和“新昆明港”建设项目。项目的实现目标是：建造国内第一艘高原湖库区滇池 电力推进客渡船，实现环保型电力推进船舶在云南昆明示范应用的目的。 2 ．主要研究工作 2.1 电力推进系统结构优化与参数匹配技术研究 根据内河小型船舶电力推进系统结构组成（图 2-1 ）。提出了满足国家标准和 CCS 规范要求的，基于船型及其船体参数为约束条件的内河小型电力推进船舶艉 轴推进结构优化的技术方法和过程。综合优化推进电机、变频器和谐波滤波器的 组成结构，使推进电机在低速下的输出转矩波动减少，低速性能提高，抗过载能 力增强，调速范围宽。 分析了电力推进机桨工况配合的工作特性和运行范围；建立了电力推进机桨 运动方程，定义了不同工况下的运行参数，以此作为电力推进系统机桨匹配运动 控制的依据。考虑不同航行工况，进行推进电动机与螺旋桨的功率匹配、航行工 况匹配、不同航行工况下的运行参数匹配、以及变频调速匹配。提出了基于电站 发电机组单机容量满足经济航速负荷要求约束条件的电力推进船舶电站容量优化 1 内河小型船舶电力推进系统研制——研究报告简本 的技术方法，实现无应急机组的双发电机组电站配置。 图2-1 内河船舶电力推进系统结构组成 2.2 电力推进船舶电站动态管理技术研究 针对内河小型电力推进船舶电站的电能综合管理，建立了发电机组起动与停 车、合闸与分断的逻辑控制模型；根据柴油发电机组运行特性，建立了发电机组 多变量动态控制模型。在这种混合多变量动态控制模型基础上，提出了频率和有 功功率、电压和无功功率进行调节的基本方法与控制算法。对于电能优化分配， 根据航行工况，可选择恒平均功率增/减机管理原则或恒储备功率增/减机管理原则 的发电机组自动增减机的具体过程和策略。 实时监视推进电动机运行状态和推进负荷，根据推进负荷需要，自动转移其 它电力负荷，实现电能统一调配。单机组或双机组运行时的负荷率均可保持在80% 以上。