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前言1

第1章 总论1

1.1电力推进概述1

1.1.1电力推进的概念1

1.1.2电力推进与热力机直接推进的差异2

1.2现代综合能源电动船舶概述3

1.2.1综合能源电动船舶的概念3

1.2.2综合能源的运行原理5

1.3现代综合能源电动船舶的主要特征及其与传统船舶和汽车的差异6

1.4现代综合能源电动船舶基本分类和主流模式8

1.4.1分类原则概述8

1.4.2主流模式11

1.5主流模式的特点对比及用途概述14

1.5.1主流模式的特点14

1.5.2主流模式对比及其用途16

1.6现代综合能源电动船舶的工程哲学20

1.6.1树立正确的科技哲学理念20

1.6.2未来船舶的能源出路和撑起水上的一片蓝天21

1.7船舶电力推进的发展趋势23

第2章 综合能源船舶电站和电力推进的一般性问题25

2.1船舶电站和电力推进的基本运行原理25

2.1.1电力推进的动力学原理与电气传动原理25

2.1.2船舶电站与推进电动机的工作特性28

2.1.3电网互补原理30

2.2电力推进的机械特性及其功率估算31

2.3综合能源船舶电站的数学物理模型33

2.4综合能源在电站中的相互关系和作用35

2.4.1主能量源和辅能量源35

2.4.2静态负荷和动态负荷36

2.4.3能量源与功率源39

2.5柔性船舶电站电网系统与瞬时功率理论42

2.5.1柔性船舶电站电网系统的概念42

2.5.2柔性船舶交流电站电网系统的技术基础——瞬时功率理论44

2.6动力蓄电池对于柔性船舶电站和综合能源的作用49

2.6.1动力蓄电池是扩大综合能源利用的关键49

2.6.2蓄电池是改造刚性船舶电站的重要因素51

第3章 现代综合能源电动船舶及其带有动力蓄电池的船舶电站53

3.1现代综合能源电动船舶的主要特点53

3.2现代综合电力推进系统的船舶电站与传统船舶电站的差异54

3.3传统船舶电站存在的问题和技术劣势56

3.4能源及其发电装置自身的劣势58

3.5蓄电池的电气特性、特殊功能和工作原理59

3.5.1电气特性59

3.5.2特殊功能和工作原理60

3.6动力蓄电池在综合能源船舶电站中的地位和作用61

3.7综合能源船舶电站的特点和优势63

3.7.1带有动力蓄电池的船舶电站63

3.7.2综合能源船舶及其综合电力推进系统技术的优势67

第4章 综合能源电动船舶的船体和轮机特殊性69

4.1综合能源船舶的船体特殊性概述69

4.2综合能源船舶的船舶形式70

4.3综合能源船舶对传统船舶空间布局的改变72

4.4综合能源船舶的轮机特殊性概述73

4.5柴油机推进与电力推进的工作原理对比75

4.5.1能量生产与推进原理的差异75

4.5.2两种推进模式中的柴油机的工作原理及工作模式的差异76

4.5.3转速转矩调节性能差异78

4.5.4柴油机推进与电推系统的附属配备及运行性能差异80

4.6电力推进与柴油机推进的能量效率比较80

4.6.1能量传递环节比较81

4.6.2控制程序和工作流程比较81

4.6.3空载怠速损耗比较82

4.6.4运动惯性动能损耗和制动损耗比较84

4.6.5控制性能导致节能情况比较84

4.6.6能源供应与传递模式耗能比较85

4.6.7综合节能因素比较86

4.7直线推进器及其船舶87

4.7.1三种推进器的工作原理分析88

4.7.2直线推进器的基本结构89

4.7.3直线推进的优势90

4.7.4直线推进的典型方案92

4.7.5直线推进的电轴系统——同步旋转系统[10][11]93

第5章 综合能源电动船舶的光伏发电装置和风力发电装置98

5.1船舶利用风光能发电技术概述98

5.2太阳能发电系统100

5.2.1光伏发电的原理——光伏效应100

5.2.2光伏电池的特性101

5.2.3光伏发电系统的结构及控制103

5.2.4光伏发电系统的逆变技术105

5.3风力发电系统109

5.3.1风力发电原理及风力机的效率109

5.3.2风力发电系统的功率和速度调节113

5.3.3风力发电系统的频率调节115

5.3.4风力发电装置分类116

5.3.5速度调节型变速恒频技术的工作原理117

5.3.6船舶利用风力发电的基本特点119

5.3.7风力发电系统的结构和控制122

5.3.8船舶利用风能发电装置的基本模式及实用形式124

5.4船舶光伏发电装置的容量估算128

5.5船舶风能发电装置的容量估算130

第6章 综合能源电动船舶的推进电动机132

6.1综合能源电动船舶的推进电动机概述132

6.1.1直流电动机132

6.1.2交流电动机133

6.1.3永磁电动机134

6.1.4开关磁阻电机140

6.1.5国内外新型推进电动机142

6.1.6推进电动机及其驱动系统对比143

6.2综合能源电动船舶对于推进电动机的要求144

6.2.1船舶推进性能对于推进电动机的要求145

6.2.2电源及控制策略与推进电动机配套性的要求146

6.2.3推进方式对于电动机及其控制策略的要求148

第7章 综合能源电动船舶的动力蓄电池150

7.1综合能源电动船舶的动力蓄电池概述150

7.1.1动力蓄电池的概念及用途150

7.1.2动力蓄电池的主要类型及性能比较151

7.2磷酸铁锂离子电池简介[14]152

7.3不同运行模式中的蓄电池的不同作用154

7.3.1独立推进的能量源作用和储能器作用154

7.3.2静音电源作用155

7.3.3功率源作用156

7.3.4蓄电池与发电机组及多种能源的互补作用157

7.3.5机动快速电源作用158

7.3.6应急电源作用159

7.3.7蓄电池对于刚性船舶电站的改造作用160

7.4综合能源船舶对动力蓄电池的要求163

7.4.1一般性综合要求163

7.4.2不同船舶模式对于动力蓄电池的要求164

第8章 综合能源电动船舶的推进控制策略及技术169

8.1综合能源电动船舶的推进控制策略概述169

8.1.1推进控制策略与电源变换169

8.1.2控制策略的优劣综述171

8.2基本控制要求和控制规律172

8.2.1基本控制要求172

8.2.2基本控制规律173

8.3控制技术和控制元器件概述174

8.3.1控制技术概述174

8.3.2控制元器件——电力半导体开关元器件概述177

8.4直—交变换变频控制策略和技术[8][9]178

8.4.1 V/F变压变频调速179

8.4.2矢量控制181

8.4.3直接转矩变频控制186

8.5交—直—交变换变频控制策略和技术189

8.5.1矩阵式变换器交—直—交变换变频控制策略和技术概述189

8.5.2间接型矩阵式变换器191

8.6组合式控制策略[16]202

第9章 综合能源电动船舶的能源组合及其电站构成204

9.1综合能源的组合与电能供应204

9.2综合能源的选择207

9.2.1风力发电机组选择207

9.2.2太阳能发电装置选择210

9.2.3燃油发电机组选择211

9.2.4动力蓄电池的选择213

9.3综合能源电动船舶的电站构成方式214

9.3.1电站构成方式概述214

9.3.2风光电模式的交—直整流式独立运行电站221

9.3.3电油混合能源船舶电站222

9.3.4风光电油综合能源的船舶电站224

9.4综合电力推进系统与柔性电站226

9.5无波动电站与电网的运行原理及构成228

第10章 现代综合能源电动船舶的综合电力推进系统总体方案232

10.1综合能源电动船舶的综合电力推进系统总体方案概述232

10.1.1选择和确定总体方案的原则232

10.1.2推进总体方案构成方式概述233

10.2推进总体方案的类型235

10.2.1直流电动机电力推进235

10.2.2交流电动机电力推进236

10.2.3永磁无刷电动机电力推进236

10.3综合电力系统的相关问题237

10.3.1综合用户的供电方案237

10.3.2非推进动力用户的微电网供电及软启动与自动电压调整239

10.4风光电模式船舶的综合电力推进系统总体方案241

10.4.1风光电模式船舶的综合电力推进系统总体方案的构成241

10.4.2风光电模式船舶总体方案举例242

10.5电油混合能源船舶的综合电力推进系统总体方案243

10.5.1电油混合能源船舶的综合电力推进系统总体方案的构成243

10.5.2总体方案举例——间接型矩阵控制系统246

10.6风光电油综合能源船舶的综合电力推进系统总体方案249

10.6.1风光电油综合能源船舶的电力推进总体方案的构成249

10.6.2总体方案举例——直接转矩控制矩阵变换器252

参考文献255