面向对象的船舶电力系统数字仿真研究
摘要: 本文提出的面向对象的船舶电力系统数字仿真技术采用了分层结构和模块化设计，其中，分层结构在减少建模工作量的同时极大地提高了仿真的效率，而模块化设计则增强了仿真的灵活性和扩展性。因此，该技术在船舶电力系统数字仿真领域中具有较高的实用价值和广阔的应用前景。
关键词: 船舶、舰船工程; 面向对象的仿真技术; 船舶电力系统; 分层结构; 模块化设计
1引言
全电推进的船舶电力系统，作为一个独立的综合供电网络，既与陆上的大型供电网络有本质区别，又与由独立推进电站向推进电动机供电的情况不同。首先，船舶电力系统的电源和负载具有可比性，一般来说，船舶推进功率通常占供电网络总功率的60%-70%甚至更大，这对负载和电源的管理、系统组成、配置以及运行控制和调度提出了更高的要求。其次，在船舶电力系统中，以电力变换器与交流推进电动机的技术组合为核心的交流化技术得到了广泛的应用，而由此带来的电力谐波污染间题、变换器与电源以及传动系统之间的相互作用等问题，目前还缺乏有效的评估手段。另外，海洋环境的复杂多变决定了船舶电力系统运行工况的复杂性，这使得船舶中心电站所面临的稳定性问题变得更加严峻。
面对这些新问题和新现象，需要对船舶电力系统进行大量的试验和研究。由于种种原因，大多数情况下不具备在原型上做试验的条件，此时，具有良好经济性和实用性的数字仿真就显得尤为重要了。然而，相对于国外而言，我国对船舶电力系统数字仿真的研究还处在起步阶段，各科研院所在进行船舶电力系统数字仿真研究时大多采用面向功能(function-oriented)的技术。由于面向功能的设计方法指导下所建立的仿真系统其系统组织方式和用户界面是专用的、固定的，不同系统之间则缺乏共同性和相互综合的可能性，当仿真系统需要不断扩展和修改功能时，修改工作量很大，并且容易导致系统冗余增大、结构复杂、利用率下降。
有鉴于此，本文在参考陆地电力系统数字仿真技术的基础上，提出了一种基于SIMULINK仿真工具箱的面向对象(object-oriented)的船舶电力系统数字仿真技术。通过对实际系统的数字仿真研究表明，该技术能大大提高仿真的效率，增强仿真的灵活性和扩展性，因而具有良好的应用前景。
2面向对象的船舶电力系统数字仿真
面向对象的数字仿真技术的核心就是把认识、描述现实系统对象的过程和方法与分析、设计、实现这个系统的过程和方法结合起来。据此，本文提出的面向对象的船舶电力系统数字仿真技术的两个突出特点是:采用分层结构和模块化设计。
2. 1分层结构
船舶电力系统与陆地电力系统相比规模虽小，但其复杂程度并未降低。实际上，由于电力电子技术日新月异的发展，使得船舶电力系统变得更加灵活多变。在这种情况下，如果以整个船舶电力系统为对象直接进行仿真研究，不但大大增加建模的难度，也给调试和维护造成了诸多不便。因此，本文提出可以根据研究对象所属的类层，相应地将整个仿真系统划分为四个不同的层次，采取分层设计、分层仿真、分层组合、综合仿真的办法对船舶电力系统进行数字仿真研究。下面对这四个层次作进一步的说明:
(1)数学层
数字仿真的基础工作是建立数学模型和在数学模型上做试验，数学层作为数字仿真中最基础的层次，担负着为每一个仿真对象建立数学描述的重任。各种模型建立是否准确，只有通过数学层仿真研究才能判断。
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