一种船舶综合电力推进虚拟仿真平台制造技术

本发明专利技术属于电力系统仿真分析领域，具体涉及一种船舶综合电力推进虚拟仿真平台。船舶综合电力推进虚拟仿真平台,包括数据源模块、可视化三维模块、三维可视化虚拟仿真显示界面模块，数据源模块为可视化三维模块提供仿真数据，每一个可视化三维模块具有数据源模块，数据源模块由数据初始参数、设备的数学模型组成。由于采用了上述的技术方案，本发明专利技术能够对船舶综合电力系统中推进负载的变化对主配电板的影响与主配电板参数发生改变后对推进负载的影响做出相关的可视化虚拟仿真，这为研究船舶综合电力系统的短路计算、其他用电负载的保护、发电机控制策略提供了可借鉴的虚拟仿真平台。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶综合电力推进虚拟仿真平台
本专利技术属于电力系统仿真分析领域，具体涉及一种船舶综合电力推进虚拟仿真平台。
技术介绍
随着世界科学的进步、船舶工业的不断发展，船舶综合电力系统已经成为国内外船舶领域发展的主要方向，船舶综合电力系统能够同时为电力推进负载与其他用电设备集中供电，实现了电力能源的统一管理。然而电力推进部分的供电量需求占整个船舶发电站输出电量的60％以上，当推进负载发生变化时会给整个船舶电力网络带来的相当大的冲击，这给船舶电力系统的稳定性带来了严重的影响，同时，电力网络的波动也会给推进部分带来不可忽视的影响。因此，开发出针对推进负载对船舶综合电力网络影响的可视化仿真平台将会对分析整个船舶电力系统的稳定性带来积极的影响。对于专利授权公告号为CN101211512、名称为“一种船舶电力推进虚拟仿真系统”的专利提供了船、机、浆的建模以及船舶驾驶的三维可视化，实现真实的船舶操作台对虚拟船舶电力推进系统的实时控制但并未涉及到推进负载的变化对船舶电站主汇流排电压、频率等的影响。对于专利授权公告号为CN202013274U、名称为“一种船舶电力推进多模式混合动力系统实验平台”的专利中给出了船舶供电装置、驱动实验装置和试验控制台，能够根据不同的供电模式、推进模式给相关的实验构造平台，但是并没有对变压器、变频器、推进电机、螺旋桨进行相关的数学建模，更没有涉及到可视化的仿真。对于专利授权公告号为CN202624620U、名称为“船舶电力推进系统”的专利中给出了船舶驾驶操作控制模块、机舱操作控制模块、调速控制模块、动力推进模块之间的连接关系及各个部分之间的信号传递关系，能够保证该船舶电力推进系统平稳运行、维护成本低等特点，但是并未涉及到推进部分对船舶综合电力网络影响的可视化仿真。
技术实现思路
本专利技术的目的是为船舶综合电力推进系统提供一个可视化的虚拟仿真平台。本专利技术的目的是这样实现的：船舶综合电力推进虚拟仿真平台,包括数据源模块、可视化三维模块、三维可视化虚拟仿真显示界面模块，数据源模块为可视化三维模块提供仿真数据，每一个可视化三维模块具有数据源模块，数据源模块由数据初始参数、设备的数学模型组成，其中数据初始参数是为变压器、变频器、推进电动机、螺旋桨提供人为输入的初始参数，设备的数学模型包括变压器数学模型、变频器数学模型、推进电动机数学模型、螺旋桨数学模型，各个设备的数学模型都是由非线性数学微分方程组成且从螺旋桨、推进电动机、变频器、变压器按顺序依次都有着数学参数上的直接耦合关系，每一个设备的数学模型都对应可视化三维模块，可视化三维模块是由变压器、变频器、主配电板、推进电动机、螺旋桨、连接管道模型构成，每一个模型在3DSMAX环境下建立，经过OpenGL调用3DS文件后形成的接近实物的三维立体模型，三维可视化虚拟仿真显示界面模块由动态效果显示和数据输入与输出显示两部分组成，其中数据输入与输出分别是数据初始参数输入与主配电板参数的输出，动态效果显示是三维模块动态的体现如螺旋桨的旋转、变压器、变频器、推进电机根据输出功率不同颜色的变化。本专利技术的有益效果在于：由于采用了上述的技术方案，本专利技术能够对船舶综合电力系统中推进负载的变化对主配电板的影响与主配电板参数发生改变后对推进负载的影响做出相关的可视化虚拟仿真，这为研究船舶综合电力系统的短路计算、其他用电负载的保护、发电机控制策略提供了可借鉴的虚拟仿真平台。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是数据源模块的数据求解与参数耦合关系图示；图3是不同模型文件的调用过程示意图示。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术的目的是为船舶综合电力推进系统提供一个可视化的虚拟仿真平台，该仿真平台主要针对推进部分(螺旋桨转速、船速、推进电机转矩)发生变化后对主配电板电压、电流、频率带来的影响，以及主配电板的电流、电压、频率发生改变后对推进部分带来的影响，该仿真平台为整个船舶综合电力系统电站的控制策略设计、船舶综合电力系统保护提供一个三维可视化虚拟仿真的基础。本专利技术是在以3DSMAX建立三维模型、OpenGL调用3DS格式文件为基础，以VC++6.0开发软件为主体，建立三维模型库，利用三维模型搭建了一个具体的船舶综合电力推进系统的结构体系，形成了一个比较完善的程序构架。设计方案如图1所示，专利技术由三大部分组成：数据源模块、可视化三维模块、三维可视化虚拟仿真显示界面模块。数据源模块的主要功能是为可视化三维模块提供仿真数据支撑，每一个可视化的三维模块后都有相应的数学模型作为仿真的数据根源。数据源模块由数据初始参数、设备的数学模型组成，其中数据初始参数是为变压器、变频器、推进电动机、螺旋桨提供人为输入的初始参数，设备的数学模型包括变压器数学模型、变频器数学模型、推进电动机数学模型、螺旋桨数学模型，各个设备的数学模型都是由非线性数学微分方程组成且从螺旋桨、推进电动机、变频器、变压器按顺序依次都有着数学参数上的直接耦合关系，每一个设备的数学模型都对应着可视化三维模型。可视化三维模块是由变压器、变频器、主配电板、推进电动机、螺旋桨、连接管道模型构成，且每一个模型都是在3DSMAX环境下建立，经过OpenGL调用3DS文件后形成的接近实物的三维立体模型。三维可视化虚拟仿真显示界面模块由动态效果显示和数据输入与输出显示两部分组成，其中数据输入与输出分别是数据初始参数输入与主配电板参数的输出(电流、电压、频率)，动态效果显示是三维模块动态的体现如螺旋桨的旋转、变压器、变频器、推进电机根据输出功率不同颜色的变化。本专利技术设计方案的工作原理：工作顺序流程如图1的结构示意所示，首先是在虚拟仿真界面中输入电力设备的初始参数及设定参数，初始参数如变压器视在功率、变频器额定功率、推进电动机的额定功率，设定参数如船舶的船速、螺旋桨转速等，然后数据源模块获得基本的数据参数后求解由螺旋桨、推进电动机、变频器、变压器的一系列非线性微分方程组，由方程组间的参数耦合关系求出，变压器原边的电压、电流、频率即主配电板参数，具体过程如图2所示。其中三维模型中螺旋桨的动态转动效果由数据源模块输出的转速数据控制，而变压器、变频器、推进电动机的模型颜色分别由各自的微分方程组求得的功率值控制，如图3所示，由零功率灰色过度到额定功率的黄色如果超出额定功率为红色，当设定参数发生变化时三维可视化虚拟仿真显示界面实时显示着变化前与变化后的主配电板的电流、电压、频率值和动态变化的效果图。数据源模块的建立：这一部分主要是依据对变压器、变频器、推进电机、螺旋桨设备的精确数学建模。其中针对螺旋桨的数学建模主要考虑螺旋桨作为一个特殊的负载对船舶综合电力系统的动态响应，主要考虑到的数学公式包括：螺旋桨自由航行特性方程(螺旋桨输出功率与其转速关系)、螺旋桨反转特性方程(螺旋桨的推力与阻力矩、螺旋桨敞水特性、螺旋桨进速比、船舶总阻力、伴流系数、推力减额系数)。综合上述这些螺旋桨与船体之间的关系得到螺旋桨数学模型。推进电动机(永磁同步电动机)数学模型主要是考虑推进电机的转速与负载转矩及交轴电流的关系，交轴电流与直轴电流及转速、交轴电压的关系，直轴电流与交轴电流及直轴电压的关系，输出转矩与交直轴电流的关系根据这四个大点建立推进电机的数学模型。变频器数学模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶综合电力推进虚拟仿真平台,包括数据源模块、可视化三维模块、三维可视化虚拟仿真显示界面模块，其特征在于：数据源模块为可视化三维模块提供仿真数据，每一个可视化三维模块具有数据源模块，数据源模块由数据初始参数、设备的数学模型组成，其中数据初始参数是为变压器、变频器、推进电动机、螺旋桨提供人为输入的初始参数，设备的数学模型包括变压器数学模型、变频器数学模型、推进电动机数学模型、螺旋桨数学模型，各个设备的数学模型都是由非线性数学微分方程组成且从螺旋桨、推进电动机、变频器、变压器按顺序依次都有着数学参数上的直接耦合关系，每一个设备的数学模型都对应可视化三维模块，可视化三维模块是由变压器、变频器、主配电板、推进电动机、螺旋桨、连接管道模型构成，每一个模型在3DS MAX环境下建立，经过OpenGL调用3DS文件后形成的接近实物的三维立体模型，三维可视化虚拟仿真显示界面模块由动态效果显示和数据输入与输出显示两部分组成，其中数据输入与输出分别是数据初始参数输入与主配电板参数的输出，动态效果显示是三维模块动态的体现如螺旋桨的旋转、变压器、变频器、推进电机根据输出功率不同颜色的变化。

【技术特征摘要】
1.一种船舶综合电力推进虚拟仿真平台,包括数据源模块、可视化三维模块、三维可视化虚拟仿真显示界面模块，其特征在于：数据源模块为可视化三维模块提供仿真数据，每一个可视化三维模块具有数据源模块，数据源模块由数据初始参数、设备的数学模型组成，其中数据初始参数是为变压器、变频器、推进电动机、螺旋桨提供人为输入的初始参数，设备的数学模型包括变压器数学模型、变频器数学模型、推进电动机数学模型、螺旋桨数学模型，各个设备的数学模型都是由非线性数学微分方程组成且从螺旋桨、推进电动机、变频器、变压器按顺序依次都有着数学参数上的直接耦合关系，每一个设备的数学模型都对应可视化三维模块，可视化三维模块是由变压器、变频器、主配电板、推进电动机、螺旋桨、连接管道模型构成，每一个模型在3DSMAX环境下建立，经过OpenGL调用3DS文件后形成的接近实物的三维立体模型，三维可视化虚拟仿真显示界面模块由动态效果显示和数据输入与输出显示两部分组成，其中数据输入与输出分别是数据初始参数输入与主配电板参数的输出，动态效果显示是三维模块动态的体现，包括螺旋桨的旋转、变压器、变频器、推进电机根据输出功率不同颜色的变化；在以3DSMAX建立三维模型、OpenGL调用3DS格式文件为基础，以VC++6.0开发软件为主体，建立三维模型库，数据源模块为可视化三维模块提供仿真数据支撑，每一个可视化的三维模块后都有相应的数学模型作为仿真的数据根源；在虚拟仿真界面中输入电力设备的初始参数及设定参数，初始参数包括变压器视在功率、变频器额定功率、推进电动机的额定功率，设定参数包括船舶的船速、螺旋桨转速；数据源模块获得基本的数据参数后求解由螺旋桨、推进电动机、变频器、变压器的一系列非线性微分方程组，由方程组间的参数耦合关系求出，变压器原边侧的电压、电流、频率即主配电板参数，其中三维模型中螺旋桨的动态转动效果由数据源模块输出的转速数据控制，而变压器、变频器、推进电动机的模型颜色分别由各自的微分方程组求得的功率值控制，由零功率灰色过度到额定功率的黄色如果超出额定功率为红色，当设定参数发生变化时三维可视化虚拟仿真显示界面实时显示着变化前与变化后的主配电板的电流、电压、频率值和动态变化的效果图；在数据源模块中各个电力设备的数学模型都是非线性且参数之间强耦合的微分方程组，利用龙格库塔法及人为输入的数据初始参...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰海，孟杰，卢芳，文书礼，谭磊，曲文秀，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23