船舶猶如一個可移動的海上城市,它的許多設備都需要使用電能,因此在船上都配備有由發(fā)電、配電和用電負載所組成的獨立系統(tǒng)——船舶電力系統(tǒng)。隨著船舶的大型化和自動化程度的不斷提高,越來越多的船用設備需要用電能來驅(qū)動和控制,使船舶電力系統(tǒng)日趨復雜龐大。
近年來,船舶電氣化的程度越來越大,特別是全電力推進和全電船的出現(xiàn),使船舶性能和運行質(zhì)量得到很大的改善和提高。然而,在全船自動化實現(xiàn)的同時,較低的電能質(zhì)量,或是電氣故障甚至供電中斷將對船舶的運行和安全造成重大損失。例如,對供電可靠性要求很高的舵機設備,即使是短時的停電,也會造成重大損失,甚至可能發(fā)生災難性的船毀人亡事故。因此,船舶電力系統(tǒng)的安全可靠對于船舶運行和安全具有十分重要的意義。
為了船舶電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定,很多船舶電氣系統(tǒng)和設備的研究單位和制造廠商,開發(fā)了大量基于先進的控制策略自動化的輸配電和保護裝置。傳統(tǒng)上,在開發(fā)階段,工程師往往通過制作大型發(fā)電或用電設備的縮比樣機,來論證和調(diào)試控制策略的有效性。然而,一方面制作縮比樣機的成本很高,時間較長,對新型號的適應性差,影響了開發(fā)的效率,增大了開發(fā)的成本;另一方面,一些系統(tǒng)級的故障和暫態(tài)響應,如輸電線的短路故障,在現(xiàn)實中很難通過認為制造這樣的工況來檢測設備的有效性。因此,通過基于數(shù)字和模擬混合的半實物實時仿真,來調(diào)試和驗證監(jiān)測,控制和保護設備的有效性具有突出的現(xiàn)實意義。eMEGAsim正是實現(xiàn)這樣功能優(yōu)質(zhì)平臺。
工程師可以把船舶電力系統(tǒng)中的發(fā)電機,匯流排,輸電線,變壓器,變流器和電動機等設備利用eMEGAsim的平臺搭建數(shù)字的實時仿真模型(如下圖),同時把一些系統(tǒng)中的信號通過IO板卡傳遞給實際設備,然后再把實際設備的響應通過IO反饋給數(shù)字仿真模型,從而實現(xiàn)有實際設備相連(Hardware-in-loop)的實時仿真。
另外,利用eMEGAsim的API,客戶可以通過一些可視化軟件和虛擬現(xiàn)實技術,構建一些與船舶配電控制臺完全相同的操作界面,對船員進行訓練。例如,仿真的電力系統(tǒng)發(fā)生了短路故障,或者大型負載的切合,當實際監(jiān)測設備檢測出故障或者非正常的暫態(tài)響應發(fā)送給虛擬的配電故障臺,訓練學員能否在規(guī)定的時間內(nèi)作出正確的操作。
特別需要指出的是,由于eMEGAsim具有針對多節(jié)點、密集結構的電力系統(tǒng)的獨特解耦元件,使eMEGAsim在船舶孤島電力系統(tǒng)仿真中有著獨特的優(yōu)勢。因此,國內(nèi)外大量船舶電力研究單位引進了eMEGAsim作為船舶電力系統(tǒng)的實時仿真工具,如法國海軍艦艇研究所,中國船舶重工集團在上海和武漢的四家研究所都已經(jīng)成功使用eMEGAsim完成了大量半實物實時仿真工作。