一种基于Modelica的电力推进系统建模仿真方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Modelica的电力推进系统建模仿真方法，在自主可控的多领域仿真平台上通过改变拓扑组成及设计参数对电力推进系统的电气性能进行仿真验证和优化设计；电力推进系统模型具有模块化、层次化、参数化等特点，元件、组件模型可以重用，并通过模块化、层次化的组件连接和继承实现结构化建模。本发明专利技术有利于降低电力推进系统建模的难度，提高工作效率，极大地优化开发周期、降低开发成本。降低开发成本。降低开发成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Modelica的电力推进系统建模仿真方法


[0001]本专利技术属于计算机建模及仿真
，尤其涉及一种基于Modelica的电力推进系统建模仿真方法。

技术介绍

[0002]典型的船舶电力推进系统主要由发电设备、供电电源系统、电力变换系统、驱动电机和控制系统等组成，涉及机、电、热、控制等多领域强耦合过程，且船舶为了应对复杂的海洋环境和不同的航行任务，其电力推进系统中各设备的运行工况复杂多变，因此迫切需要通过仿真手段对船舶电推进系统性能进行详细预测和全面评估，比较不同设计方案的优劣，并很大地减少开发成本及节约时间。
[0003]目前大多数船舶电力推进系统的建模及方案设计都是建立在非自主可控的外资商业仿真软件的基础上开展的，如Matlab/Simulink、Ansys等。它们能用于不同领域的建模及仿真，但有以下问题：1，非自主可控，当软件权限被限制则仿真设计工作完全中止；2，不同软件的仿真环境不兼容，同一设计逻辑下的模型相互很难移植使用；3，不同软件使用的语法不一致、约束关联不一致，导致扩展困难，不实用；4，需要设计者对不同软件有深入了解。因此，有必要解决机、电、热、控制等多领域强耦合系统下自主可控的电力推进系统建模仿真问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于根据现有技术的不足，设计出一种基于Modelica的电力推进系统建模仿真方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于Modelica的电力推进系统建模仿真方法，包括如下步骤：S101，分解船舶电力推进系统得到包含供电电源模型库、电机模型库、控制系统模型库、电力变换模型库、负载模型库和通用模型库的模型库架构，所述的供电电源模型库、电机模型库、控制系统模型库、电力变换模型库、负载模型库和通用模型库在物理上是相对独立的，模型库中的模型采用模块化设计思路，能完成独立的物理功能，即均包含能完成独立物理功能的模型；S102，分析模型库架构的供电电源模型库、电机模型库、控制系统模型库、电力变换模型库、负载模型库和通用模型库，拆解简化得到模型特征；S103，根据模型特征，基于Modelica语言的数学物理建模并封装基本元件模型，构建由对应功能的基本元件模型集成和/或扩展形成的组件模型；S104，将供电电源模型库、电机模型库、控制系统模型库、电力变换模型库、负载模型库和通用模型库内的基本元件模型及组件模型通过传递数据的耦合接口进行组合，得到基础模型库；
S105，根据基础模型库搭建船舶电力推进系统的系统模型库，并注入模型参数和系统参数，其中。
[0006]所述的一种基于Modelica的电力推进系统建模仿真方法，其系统模型库是对供电电源模型库、电机模型库、控制系统模型库、电力变换模型库、负载模型库和通用模型库内的基本元件模型及组件模型通过拖拽式建模形成的多种特定使用条件下电力推进系统模型的集合。
[0007]所述的一种基于Modelica的电力推进系统建模仿真方法，其耦合接口是指电、机、热、控制等多领域紧密耦合接口。
[0008]所述的一种基于Modelica的电力推进系统建模仿真方法，其步骤S101中船舶电力推进系统为三相六电平对拖系统，所述的模型库架构包含直流电源模型库、2
×
三相三电平变频器模型库、2
×
三相两电平变频器模型库、六相电动机模型库、六相发电机模型库、联轴器模型库以及控制系统模型库。
[0009]所述的一种基于Modelica的电力推进系统建模仿真方法，其步骤S103中基于功率开关器件和二极管的基本元件模型形成基于三相三电平变频器或三相两电平变频器的组件模型。
[0010]本专利技术的有益效果是：1，本专利技术方法基于Modelica语言在多领域仿真平台舰船综合电力系统集成仿真平台上开发，完全自主可控。开发的模型层次清晰、模型可重用、可扩展，极大地提高了建模效率，针对不同电力推进系统需求能够有效地进行建模与仿真验证；2，本专利技术方法基于多领域仿真平台实现机、电、热、控制等系统集成，实现多领域系统强耦合；3，本专利技术方法基于本专利技术设计的电力推进系统模型，可以对库内模型拖拽式组合搭建，快速实现不同电力推进系统建模，建模过程操作简单、大大缩减开发周期；4，本专利技术方法仿真的电力推进系统模型具有模块化、层次化、参数化等特点，参数化是指通过对电力推进系统模型中关键参数设定，运行仿真模型快速得到系统性能结果，便于更快的优化设计；层次化建模是指从系统的最底层开始基于Modelica建立元件级模型，基于元件级模型建立组件级模型，根据要求在元件和组件模型基础上建立更高一级的部件级模型库，最后在部件级模型库上建立系统模型库。
附图说明
[0011]图1是本专利技术建模仿真方法的流程示意图；图2是本专利技术实施实例提供的三相六电平对拖电力推进系统原理图。
具体实施方式
[0012]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明，以下实施例仅用于清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0013]本专利技术提供的一种基于Modelica的电力推进系统建模仿真方法，旨在对船舶电力推进系统构建统一的多学科耦合仿真模型，对电力推进系统的电气性能进行仿真验证和优化设计，如图1所示，包括如下步骤。
[0014]S101，分解船舶电力推进系统得到包含供电电源模型库、电机模型库、控制系统模型库、电力变换模型库、负载模型库和通用模型库的模型库架构；所述的供电电源模型库、电机模型库、控制系统模型库、电力变换模型库、负载模型库和通用模型库在物理上是相对独立的，模型库中的模型采用模块化设计思路，能完成独立的物理功能，即均包含能完成独立物理功能的模型。
[0015]S102，分析模型库架构的供电电源模型库、电机模型库、控制系统模型库、电力变换模型库、负载模型库和通用模型库，拆解简化得到模型特征。
[0016]S103，采用与基本元件模型的模型特性相匹配的建模方式，根据模型特征构建由对应功能的基本元件模型以及基本元件模型集成和/或扩展形成的组件模型，所述的基本元件模型基于Modelica语言的数学物理建模并封装。
[0017]S104，将供电电源模型库、电机模型库、控制系统模型库、电力变换模型库、负载模型库和通用模型库内的基本元件模型及组件模型通过传递数据的耦合接口进行组合，得到基础模型库；其中耦合接口是指涉及不同学科领域的基本定理、原理的数学建模模型连接以及相同学科领域内不同模型之间连接的接口，例如电、机、热、控制等多领域紧密耦合接口。
[0018]S105，根据基础模型库搭建船舶电力推进系统的系统模型库，并注入模型参数和系统参数；其中系统模型库是对供电电源模型库、电机模型库、控制系统模型库、电力变换模型库、负载模型库和通用模型库内的基本元件模型及组件模型通过拖拽式建模形成的多种特定使用条件下电力推进系统模型的集合。
[0019]本专利技术通过模块化、层次化的元件、组件连接和继承实现结构化建模，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Modelica的电力推进系统建模仿真方法，其特征在于：包括如下步骤：S101，分解船舶电力推进系统得到包含供电电源模型库、电机模型库、控制系统模型库、电力变换模型库、负载模型库和通用模型库的模型库架构；所述的供电电源模型库、电机模型库、控制系统模型库、电力变换模型库、负载模型库和通用模型库均包含能完成独立物理功能的模型；S102，分析模型库架构的供电电源模型库、电机模型库、控制系统模型库、电力变换模型库、负载模型库和通用模型库，拆解简化得到模型特征；S103，根据模型特征，基于Modelica语言的数学物理建模并封装基本元件模型，构建由对应功能的基本元件模型集成和/或扩展形成的组件模型；S104，将供电电源模型库、电机模型库、控制系统模型库、电力变换模型库、负载模型库和通用模型库内的基本元件模型及组件模型通过传递数据的耦合接口进行组合，得到基础模型库；S105，根据基础模型库搭建船舶电力推进系统的系统模型库，并注入模型参数和系统参数。2.根据权利要求1所述的一种基于Model...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜立天，龙文枫，肖烨然，刘乐，谢鹏飞，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：