research product . 2022

Muokattava simulaatiomalli DC-hybridilaivojen parametrien optimointiin

Holttinen, Venla;
Open Access English
  • Published: 01 Jan 2022
  • Country: Finland
Abstract
Electrification and digital tools are both on the rise. Digital tools can save time and resources, while for example hybrid and full electric marine vessels decrease operating costs and emissions in transport. These vessels require their power electronic devices to work perfectly in synchronization as a complete system, which requires careful parameterization of the equipment and control logic. The objective of this thesis is to create a simplified simulation model of a generic marine hybrid powertrain to be used in parameter testing. The minimum required parameters needed to parameterize the model to match a real-life vessel and a verification of the model's function are also needed. The simulation model was made with Matlab and Simulink from MathWorks. The modelled system's layout is based on multiple existing Danfoss Editron projects, as the model would need to be usable for different set-ups. Existing simulation models and their components were used for guidance and as building blocks. The model's logic and rules are based on Danfoss Editron's internal instructions, manuals, and knowledge. The final product is presented in sections. The simulation model contains genset models, an energy storage model, a load model, a power balance model, and a DC-link model. Input and output signals as well as relevant equations are given for each of these sections. Continuous testing was done throughout the development of the model, and the performance of the final version was verified by parameterizing it to match an existing vessel and comparing the model's output data to measured data. A list of minimum required parameters for setting up the model was constructed during the verification tests and these parameter lists are presented. Based on the relatively small errors between simulated and measured data, the model could be used in parameter and control logic testing in pre-commissioning. Further development could be done to include for example a PLC model, more precise diesel and battery models, more options for different control types, and more user interface functions. Maailma sähköistyy ja digitaaliset työkalut yleistyvät. Digitaalisilla työkaluilla voidaan säästää aikaa ja resursseja, kun taas esimerkiksi hybridi- ja täyssähkölaivat vähentävät käyttökustannuksia ja päästöjä liikenteessä. Tällaisissa laivoissa käytetyn tehoelektroniikan on muodostettava yhtenäisesti toimiva järjestelmä, mikä vaatii tarkkaa laitteiden ja ohjauslogiikan parametrisointia. Tämän työn tarkoituksena on tehdä yksinkertainen ja yleispätevä simulaatiomalli hybridilaivan sähköisestä voimansiirtojärjestelmästä parametritestaamista varten. Vähimmäisvaatimuksena olevat parametrit, joilla mallin saa parametrisoitua vastaamaan oikeaa laivaa, sekä mallin verifiointi vaaditaan myös. Simulaatiomalli toteutettiin MathWorksin Matlabilla ja Simulinkillä. Simuloidun järjestelmän rakenne perustuu useaan Danfoss Editronin todelliseen projektiin, koska mallin pitää olla sovellettavissa erilaisiin järjestelmiin. Olemassa olevia simulaatiomalleja ja niiden osia käytettiin työssä sekä suuntaohjeina että varsinaisina komponentteina. Mallin logiikka ja säännöt pohjautuvat Danfoss Editronin sisäisiin ohjeisiin, manuaaleihin ja tietoihin. Lopputulos esitellään osissa. Simulaatiossa on generaattori-, energiavarasto-, kuorma-, tehotasapaino- sekä DC-linkkimallit. Jokaiselle osiolle esitetään sisään- ja ulostulosignaalit sekä olennaiset yhtälöt. Mallia testattiin jatkuvasti sen kehityksen aikana ja lopullinen versio verifioitiin parametrisoimalla se vastaamaan olemassa olevaa laivaa ja vertaamalla mallin antamaa dataa mitattuun dataan. Mallin valmistelussa tarvitut olennaisimmat parametrit listattiin verifiointiprosessin aikana ja nämä listat esitellään työssä. Simuloidun ja mitatun datan suhteellisten pienten eroavaisuuksien perusteella tämän työn aikana rakennettu simulaatiomalli soveltuu kätettäväksi käyttöönottoa edeltävissä parametri- ja ohjauslogiikkatesteissä. Jatkokehitysvaiheissa malliin voitaisiin esimerkiksi lisätä PLC-malli, tarkemmat diesel- ja akkumallit, enemmän ohjauslogiikkavaihtoehtoja, sekä kehittää käyttöliittymää.
Subjects
free text keywords: marine, hybrid powertrain, DC system, simulation model, parameters, laivakäytöt, hybridi, DC-järjestelmä, simulaatiomalli, parametrit, fi=Tekniikka|en=Technology|, fi=School of Energy Systems, Sähkötekniikka|en=School of Energy Systems, Electrical Engineering|
Related Organizations
Communities
  • European Marine Science
Download from
Open Access
LUTPub
2022
Providers: LUTPub
Any information missing or wrong?Report an Issue