[发明专利]一种船舶综合电力推进虚拟仿真平台

摘要

本发明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。

主权项

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，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3DS MAX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数求解各个电力设备的参数值，通过C语言编入VC++开发平台，当螺旋桨负载发生变化时，利用微分方程组解出的螺旋桨转矩值作为推进电动机的负载输入值进一步求解推进电动机的微分方程组的解求出其输入端的交直轴电流值作为变频器设备的输出进而根据变频器数学模型求解出变频的输入侧电流、电压值并将其作为变压器的副边侧输出，进而可求出变压器所连接的主配电板的电流、电压、频率值；同理当主配电板的电流、电压值发生变化后，通过各个电力设备数学模型的参数耦合关系反映到螺旋桨上，进而影响到船舶的运动状态及其耦合关系；可视化三维模块的建立，首先利用3DS MAX软件建立主配电板、变压器、变频器、推进电动机、螺旋桨的三维实物模型后生成3DS格式的文件；在3DS MAX模型的建立中，据电力设备实体模型的特征选用基本体构建、运算方式模型的构建、修改可编辑多边形实现模型的构建；电力设备模型由于材质的不同分别赋予不同的材质和贴图；在3DS MAX中每一种电力设备的三维模型都是10个，其中1‑9的模型外观颜色为从灰色到黄色的过渡，第十个为红色；而螺旋桨的三维模型建立中包含在一个视觉位置转动过程中所呈现的不同形状共10个三维模型，待所有的电力设备的三维模型建立完毕后以3DS格式的文件保存以备OpenGL的调用；三维可视化虚拟仿真显示界面模块的建立：在VC++6.0开发平台将数据源模块中的变压器数学模型、变频器数学模型、推进电动机数学模型、螺旋桨数学模型以类的方式进行封装，然后在VC++6.0开发平台中利用MFC调用OpenGL的API函数和封装的类实现对3DS三维模型文件的可视化输出与控制，在VC++6.0开发平台的主框架中完成调用主配电板、变压器、变频器、推进电动机、螺旋桨三维模型后对接在一起，每一种电力设备的三维模型都有从灰色到黄色再到红色外表不同的颜色共10种，在调用3DS文件时是通过类中的计算数据对不同颜色的三维模型进行调用，数据值对应关系分别从0到额定再到超出额定对应着颜色从灰色到黄色再到红色，根据数据模块提供的转速值的不同通过MFC调用OpenGL的API函数来控制顺序调用螺旋桨这10个三维模型的时间延迟达到螺旋桨转动快慢的动态效果，同时在三维可视化虚拟仿真界面中设置提供初始参数输入与计算数据输出的两部分数字的编辑框实时的显示数据源模块计算后的主配电板电流、电压、频率数据值。