船舶電力系統自動化節能控制技術改進研究

李秀容

摘要：電力系統是為船舶提供動力支持的重要組成部分，隨著現代航行技術不斷改進，對船舶的自動化要求也越來越高。為順應時代的要求，船舶的電力系統不斷改革，容量和性能有了一定程度的提升，船舶電力系統逐漸由輔助型走向主導型。由于經過技術革新，船舶的應用范圍逐漸增大，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有所提升，性能更加優化[1]。但是，由于船舶的主要運行環境是海上環境，直接利用電力的能源有限，續航能力不足仍然是船舶工業發展的一個重要瓶頸，因此需要對船舶電力系統進行自動節能控制。節約能源是指盡量減少能源消耗。近幾年許多學者從理論上研究了電機節能控制方法，現有的研究方法包括基于最小損耗模型的節能控制、依賴于電機參數的節能控制2種。但是，上述傳統的電機節能控制技術存在著控制效果不佳的問題，因此需要在傳統控制技術的基礎上加以改進，以有效地降低船舶電力系統的能耗。

關鍵詞：船舶電力系統;電力自動化;節能控制;控制技術

引言

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

1改進的船舶電力系統自動化節能控制技術

1.1搭建船舶電力系統數學模型

船舶的電力系統是船舶順利用電的主要保障，負責船舶內一切用電設備的電力輸送和接收，它主要由發電機和配電板組成。其中，船舶電力系統的具體結構形式。

1.2動態計算電力系統能源消耗

為確保電力系統自動能耗控制的效果，要先計算電力系統運行過程中產生的能耗參數，再進行系統優化節能控制設計，以確保求得結果干擾小，確保研究的精準性。

1.3優化改裝自動化節能控制器

收集電力系統能耗歷史數值，總結歷史數值中反映出的能耗特征，以此進行節能控制的初步構建。計算系統運行產生的能耗總量，并根據計算結果對電力系統節能模糊控制器進行改進設計。當控制器開始工作時，首先將實際輸入的清晰度值模糊化，得到其對應的模糊語言變量，然后根據模糊控制規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，從而控制執行機構的工作，實現控制系統的模糊控制。

1.4自動化節能控制方式

由于電力系統中的各個部件運行原理不同，因此不同的電力設備需要不同的節能控制方式。其中發電機設備主要采用降壓節能的方式，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%，若發現電壓逼近額定電壓的95%，立即降低電機的轉速，迫使電機的磁通和電動勢降低，從而實現對電壓的控制。在發電機節能控制環節，需要選擇最佳的電壓調節系數，對實際節能控制過程進行優化，利用改進的控制器裝置實現節能控制。船舶電力系統變頻裝置采用s/f控制方式，使電機轉速可在其額定轉差率不變的范圍內波動，提高了變頻器的穩定性。由此得出電力系統其他設備節能控制的具體方法，并在硬件設備的支持下，實現單個模塊的節能控制。而電力系統整體上以調度為主，在保證電力設備協同運行的前提下，降低設備間能耗。在各調度目標存在局部最優的條件下，對各調度節點增加其慣性權重，根據進化代數改變其慣性權重，使其接近全局最優位置。

2對比實驗分析

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

件的運行參數，具體包括定子電阻、轉子電阻、負載轉矩等。實驗分別設置控制誤差和節能效果作為實驗的2個測試指標，通過理論計算得出船舶電力系統自動化運行的最少能耗，并基于此設定節能控制目標值。分別收集電力系統的電功率和通電運行時間數據，得出實際能耗結果，經過比對便可以得出反映控制誤差的測試結果。另外節能效果的測試，就是對比應用節能控制優化技術前后，實際船舶電力系統能耗的變化情況。通過相關數據的統計，對比實驗測試具體數據。數據的計算，可以得出應用3種節能控制技術下的實際船舶電力系統能量消耗值，通過與控制目標值的比對，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，另外從節能效果上看，應用改進的節能控制技術當船舶運行 8 h 后，電力系統的能源消耗量降低了 19.2 kW/h。

結語

綜上所述，隨著現代航行技術不斷改進，對船舶的自動化要求也越來越高。為順應時代的要求，船舶的電力系統不斷改革，容量和性能有了一定程度的提升，船舶電力系統逐漸由輔助型走向主導型。由于經過技術革新，船舶的應用范圍逐漸增大，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有所提升，性能更加優化。但是，上述傳統的電機節能控制技術存在著控制效果不佳的問題，因此需要在傳統控制技術的基礎上加以改進，以有效地降低船舶電力系統的能耗。

參考文獻：

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