现代船舶电力系统 结构、控制与应用 收藏

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  • 创建日期:2025-05-29 07:10:04
  • 发布日期:2025-09-06
  • 连载状态:全集
  • 书籍作者:汤天浩
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内容简介

本书分为三大板块,共12章。第一板块为第1~3章,主要论述了船舶电力系统的结构、主要设备和控制原理,作为全书的技术基础。第二板块为第4~7章,详细分析了船舶电力系统的设计和典型应用,特别是结合了实际船舶的工程案例,使理论与实际紧密联系。第三板块为第8~12章,包括船舶电力系统的储能技术、能量管理与优化,船舶直流电力系统,船舶新能源发电技术,船舶微电网,船舶电力系统的未来发展,重点探讨了船舶电力系统的新技术和新发展,融入了作者的研究与思考。

作者简介

汤天浩,1955年生。分别于1982年和1987年在上海工业大学工业自动化专业和电力传动及其自动化专业获学士学位和硕士学位,1995年在上海大学师从陈伯时教授攻读博士学位,于1998年获得电力电子与电力传动专业博士学位。2005年受国家教育部委派到法国中央理工大学进行高级研究。
1987-2020年在上海海事大学任教,二级教授、博士生导师。2001-2015年连续担任三期上海市教委重点学科带头人,先后担任电气工程博士后流动站站长、中荷知识与创新中心主任、中法联合伽利略系统与海上安全智能交通研究所副所长。
2000年成为IEEE Senior Member, 现担任IEEE电力电子学会(PELS)中国区会员委员会副主席、会员发展工作委员会主席和IEEE PELS上海分部主席;2001-2005年担任国际自动控制联合会(IFAC)航运系统技术委员会委员(Member of the Technical Committee of Marine Systems of IFAC);2017-2021年担任中国电源学会副理事长,现为中国电源学会副监事长,2024年当选为中国电源学会会士;2010-2018年担任上海电源学会理事长;中国电工技术学会电力电子专业委员会常务理事、船舶电工专业委员会委员;中国自动化学会技术过程故障诊断与安全性专业委员会委员;中国造船学会信息技术委员会委员。
主要研究方向:新能源电源变换技术,电力传动控制系统,智能信息处理与智能控制,船舶与航运自动化。已主持完成国家级和省部级科研项目10余项;已在国内外公开发表学术论文200多篇,其中有100余篇是在国际学术会议或刊物上发表,已有50多篇论文被SCI或EI收录。主编出版“十二五”国家重点图书出版规划的学术专著《船舶电力推进系统》,还有译著《船舶电力系统》。主编和出版了国家十一五规划教材《电机原理及拖动基础》,2011年获得上海市优秀教材二等奖;主编出版了高等学校自动化专业本科系列教材《电机与拖动基础》、普通高等教育电气工程与自动化类“十一五”规划教材:《电力传动控制系统》。分别与1999年和2014年两次获得上海市育才奖。
自2011年,与中国电源学会主办了中国科学技术协会“继续教育引导工程项目” 的重点项目:“高端前沿继续教育活动”,开展新能源电源变换、功率半导体器件等技术培训。
自2006起担任法国南特大学综合理工学院特邀教授,建立了联合培养研究生合作项目,已有150多名研究生获得硕士学位,其中10多人获得博士学位。2015年荣获法国政府颁发的法国国家棕榈教育骑士勋章。

编辑推荐

适读人群 :船舶工程电气领域专业人员
我国已经跃升为世界第一造船大国,本书作者是留法的国内知名专家,历时五年,组织各方面的专家学者完成本书的编撰工作。本书可以作为船舶电力技术的工具书,购买本书,附赠数字化手册,包括知识条目174条,计算公式41个,数字表格4个。

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序言

船舶是一种水上交通工具,古代人们就发明了舟船用于捕鱼和运输。第一次工业革命采用蒸汽机作为船舶的主要动力装置。第二次工业革命,电的发明应用到船舶照明及辅助设备驱动电源等,并采用柴油机和燃气轮机取代蒸汽机成为船舶的主要动力装置。第三次工业革命开创了电子时代,功率半导体的诞生及计算机技术的发展,给船舶及海洋开发带来极大的变化,现代变流技术应用于船舶的电力推进及海洋工程定位作业,船舶电力系统容量也随之增大,成为船舶的核心装备。并且随着国际远洋运输与海洋工程的需求,船舶与海洋平台越建越大,用电量也随之大增,船舶电力系统也日益庞大和复杂。
船舶的设计者、建造者和使用者都需要了解船舶电力系统的结构、设计与控制的基本理论和方法,而国内少见满足广大读者需求的技术专著。为此,前几年我们翻译了美国商船学院教授Mukund R. Patel博士撰写的《船舶电力系统》一书,由机械工业出版社出版。该书的内容全面涵盖了船舶电力系统的各个方面,包括发电、配电和用电的各个环节,而且选材新颖,不仅有传统的船舶电力系统,还包括了电力推进船舶的电力系统,不仅有民用船舶,也涉及海洋工程船舶和军用舰船,特别是在提倡节能减排的今天,书中许多观点和论述,如功率因数改善、电能质量控制、能效优化与能量管理、储能技术和经济性分析等,对于当今船舶电力系统的设计都具有很好的学习和借鉴价值。但是,由于购买版权的年限已到,该书已不再印刷和销售。
当前,随着第四次工业革命的到来,人类进入了一个以绿色低碳和人工智能为标志的新时代,指明了船舶的未来发展将沿着“电气化、信息化和智能化”道路前进。为了实现“碳达峰”和“碳中和”的战略目标,船舶将经历一个新的变革,全电船、新能源和无人船将是新的发展方向。在这历史的转折关口,本书的创作团队将秉承承前启后,开创未来的精神和使命,撰写《现代船舶电力系统——结构、控制与应用》,以求全面系统地论述船舶电力系统的组成结构和理论方法,详细分析系统设计选型与运行管理,深入探讨新技术的应用与发展。
本书分为三大板块,共12章。第一板块为第1~3章,主要论述了船舶电力系统的结构、主要设备和控制原理,作为全书的技术基础。第二板块为第4~7章,详细分析了船舶电力系统的设计和典型应用,特别是结合了实际船舶的工程案例,使理论与实际紧密联系。第三板块为第8~12章,重点探讨了船舶电力系统的新技术和新发展,融入了我们的研究与思考。本书的内容丰富、内涵深入,全面涵盖船舶电力系统的各个方面;注重理论联系实际,深入浅出、循序渐进。
上海海事大学谢卫教授长期从事电机与电器的教学和研究工作,撰写了第2章;施伟锋教授长期研究船舶电力系统,具有深厚的理论与研究成果,撰写了第3章;许晓彦教授曾在波兰格丁尼亚海事大学攻读博士学位,从事电能质量研究,撰写了第6章;高迪驹高级工程师长期从事船舶混合动力研究,以他本人博士学位论文的精华为基础撰写了第8章;姚刚老师在法国南特中央理工大学做博士后期间,设计和完成了船舶电力系统的数字仿真,此次负责电力系统性能计算分析仿真,并撰写了第11章等章节。
本书邀请了上海佳豪船海工程研究设计有限公司的韩朝珍研究员、刘伟平和贾颖晖高级工程设计师参与,他们长期从事海洋工程项目的研究设计工作,具有丰富的工程设计经验,参与多艘海工项目设计建造工作,交付船舶使用运行效果良好,得到了船东们的认可。他们承担了第4、5章的撰写,为本书提供了专业设计经验及实际应用指导。同时要感谢上海佳豪船海工程研究设计有限公司领导陈雪峰对本书的指导和一如既往的支持。
本书的贡献者还有陈雯洁博士和黄易梁高工,他们就职于ABB公司船舶部,带来了国际先进的技术和理念。两人都是上海海事大学的优秀毕业生,陈雯洁在就读硕士期间还曾留学法国,有关超级电容的研究成果被引用于第8章,其在新加坡南洋理工大学攻读博士学位的研究课题涉及新能源发电与燃料电池,这为第9、11和12章增添了新的创意。黄易梁高工指导我校研究生闫秀松在混合动力船舶直流短路保护方面的工作引用于第8章,他本人还为全书提供了ABB公司的先进技术资料和应用案例,并提出了宝贵的修改意见和建议。
本人负责其余章节的撰写及全书的统稿。我们的研究生协助了部分章节的工作,他们多年来在船舶电力系统、电力电子变换、新能源发电、动力电池与储能系统、燃料电池船舶等方面的研究工作,以及李又一博士在船舶低温发电系统的研究成果体现在第12章中,都为本书增光添彩。此外,本书也引用了王天真、黄洪琼等教授在船舶信息和智能技术方面的研究,韩金刚副教授在燃料电池仿真与船舶应用方面的研究等。因此,本书汇集了各位作者及研究团队十几篇博士论文的研究成果,是集体智慧的结晶,各位同事及学生们付出了辛勤的劳动和专业贡献。对此,向他们表示由衷的感谢。本人自2005年赴法国中央理工大学做合作研究,每年受邀到法国做访问教授,建立了联合培养双学位研究生项目,本书吸纳了近20年的中法合作成果,特别要感谢法国的合作教授们和中法研究生们的研究

目录

前言
专业术语与变量表
第1章船舶电力系统结构与基本要求1
1.1船舶电力系统的基本结构与组成1
1.2船舶电力系统的电压等级与分类2
1.2.1船舶电力系统的电压等级2
1.2.2船舶电力系统的主要分类3
1.3船舶电网的主要形式与架构4
1.3.1树形架构4
1.3.2双母线架构5
1.3.3环形架构5
1.4船舶电力系统故障冗余要求6
1.4.1船舶推进系统冗余度定义6
1.4.2船舶电力推进系统的故障冗余7
1.4.3船舶动力定位系统的故障冗余9
1.4.4具有冗余度的船舶电力系统结构9
1.5船舶综合电力系统11
1.5.1船舶IPS结构与组成11
1.5.2船舶IPS的冗余结构12
参考文献13
第2章船舶发电机与主要电气设备15
2.1船舶同步发电机组的结构与工作原理15
2.1.1船舶发电原动机15
2.1.2同步发电机的组成与基本结构17
2.1.3同步发电机的工作原理与输出电压18
2.1.4同步发电机的运行特性与主要参数19
2.2船舶同步发电机的励磁系统与并联运行21
2.2.1同步发电机的励磁系统21
2.2.2同步发电机的并联运行22
2.3船舶输电设备26
2.3.1电力变压器26
2.3.2船舶电缆30
2.4船舶配电设备34
2.4.1配电盘35
2.4.2断路器40
2.4.3继电器42
2.5船舶主要用电设备44
2.5.1船舶电力负荷的分类44
2.5.2船舶电力负荷的特点45
2.5.3船用电动机46
2.5.4电动机驱动设备的配电与控制49
参考文献53
第3章船舶电力系统自动控制54
3.1船舶电力系统建模与混沌分析54
3.1.1船舶电力系统数学模型54
3.1.2船舶电力系统非线性模型与混沌分析66
3.2船舶电力系统发电机组控制基本原理77
3.3船舶电力系统电压与无功功率控制78
3.3.1船舶发电机励磁系统结构与分类79
3.3.2船舶发电机励磁控制基本原理81
3.4船舶电力系统频率与有功功率控制84
3.4.1船舶发电机组转速控制系统的结构与分类84
3.4.2船舶发电机特性及其自动调频调载控制86
3.5船舶发电机组神经网络控制89
3.5.1CMAC神经网络控制方法89
3.5.2船舶柴油发电机组转速神经网络控制94
3.5.3船舶发电机励磁神经网络控制98
3.5.4船舶柴油发电机组双回路神经网络并行控制104
参考文献107
第4章船舶电力系统的保护109
4.1船舶电力系统保护基本原理109
4.1.1概述109
4.1.2船舶电力系统保护的构成110
4.1.3电力系统保护装置基本要求114
4.1.4船舶电力系统保护装置安全运行特殊要求116
4.1.5电力系统保护装置发展概况116
4.2船舶电力系统的主要故障与检测116
4.2.1船舶电力系统的故障类型116
4.2.2船舶电力系统的故障分析117
4.2.3船舶电力系统设备故障特性121
4.3船舶电力系统的保护126
4.3.1概述126
4.3.2保护装置及器件127
4.3.3船舶发电机的保护136
4.3.4船舶电力变压器保护139
4.3.5电动机馈电分路保护140
4.3.6电力系统保护协调性142
4.4交流三相不平衡系统分析148
4.4.1交流三相不平衡电流分析148
4.4.2发电机不对称分量及序电抗关系150
4.4.3三相系统不对称故障分析154
参考文献158
第5章现代船舶电力系统设计159
5.1船舶电力系统设计159
5.1.1船舶电力系统设计的基本依据159
5.1.2 船舶电力系统的工程设计160
5.2背景工程技术要求综合分析认证164
5.2.1船舶电力系统可靠性分析164
5.2.2海洋工程项目特殊要求165
5.3环形电网开环运行模式设计166
5.3.1开环运行模式特点167
5.3.2背景工程简介168
5.3.3设计依据及设计方法168
5.3.4高压配电系统设计169
5.3.5电力负荷计算171
5.3.6短路电流计算174
5.3.7保护电器设定175
5.3.8发电机保护系统178
5.3.9开环保护分析181
5.3.10开环系统仿真及实效试验191
5.4环形电网闭环运行模式设计192
5.4.1闭环运行模式特点192
5.4.2背景工程简介193
5.4.3设计依据及设计方法193
5.4.4高压配电系统设计194
5.4.5电力负荷计算203
5.4.6短路电流计算207
5.4.7保护电器协调动作分析209
5.4.8暂态压降计算213
5.4.9增强型发电机保护系统214
5.4.10闭环保护分析219
5.4.11闭环系统短路试验228
参考文献230
第6章船舶电力系统的电能质量分析与控制231
6.1船舶电力系统电能质量问题231
6.1.1船舶电能质量概念、要求与特性231
6.1.2船舶电力系统的谐波分析240
6.1.3船舶电能质量其他类型问题243
6.1.4船舶电能质量问题影响247
6.2船舶电力系统谐波检测与分析248
6.2.1船舶电力系统的谐波检测标准248
6.2.2不同类型船舶电力系统谐波分析249
6.2.3船舶电力系统谐波测量方法250
6.2.4船舶电力系统谐波测量系统252
6.2.5船舶电力系统谐波检测分析方法255
6.3船舶电力系统谐波抑制方法269
6.3.1谐波主动式抑制方法269
6.3.2谐波被动式治理方法271
6.3.3船舶电网谐波抑制应用举例276
6.4船舶电网的电压暂降分析279
6.4.1电压暂降及其特征参数279
6.4.2船舶电网电压暂降故障仿真分析281
6.4.3电网电压暂降检测方法与算例分析285
6.4.4电压暂降的抑制措施296
参考文献297
第7章船舶电力系统的应用举例300
7.1船舶电力系统典型案例300
7.1.1船舶低压电力系统300
7.1.2船舶中高压电力系统302
7.2船舶IPS的应用举例308
7.3海洋平台的电力系统309
7.4船舶电力系统的其他形

短评