戚雙斌 楊學春 楊學冬

摘 要：艦船上的電力系統(tǒng)是一種獨立運行的電網(wǎng)，其本身結構裝置復雜；而暫態(tài)穩(wěn)定性所研究的是電力系統(tǒng)在受到較為強烈地干擾后，各發(fā)電機是否依舊能維持同步運轉。該文旨在對船電系統(tǒng)在出現(xiàn)短路瞬間的穩(wěn)定性進行研究，并建立數(shù)學模型來進行仿真分析。

關鍵詞：艦船 電力系統(tǒng) 暫態(tài)穩(wěn)定性 分析

中圖分類號：TM712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（a）-0079-03

近些年艦船的設計愈加復雜，其中所使用到的設備儀器也越來越精密，因此更加需要一個能夠穩(wěn)定、完善、高效運作的電力系統(tǒng)。在艦船的電力系統(tǒng)中，發(fā)電機能否持續(xù)穩(wěn)定地進行供電和暫態(tài)穩(wěn)定性顯得尤為重點，甚至會影響到艦船是否能安全平穩(wěn)運行。針對電力系統(tǒng)而言，艦船電力系統(tǒng)的研究起步時間較晚，經(jīng)驗不足，還存在很多問題，但陸用電力系統(tǒng)的研究已經(jīng)逐步完善，可提供一定的經(jīng)驗參考。

1 艦船電力系統(tǒng)的特點

艦船電力系統(tǒng)與陸地電力系統(tǒng)從基本概念上來說是一致的，即電力系統(tǒng)不僅能在一般環(huán)境的平衡狀態(tài)下正常運行，在受到干擾影響后能夠恢復到原來的平衡狀態(tài)或者在新的平衡狀態(tài)下繼續(xù)運行。

1.1 艦船電力系統(tǒng)的特征

雖然艦船電力系統(tǒng)與陸地電力系統(tǒng)一樣，都是由發(fā)電設備、輸送網(wǎng)絡、變配電設備以及用電設備所組成，然而因運行環(huán)境的差異，使得艦船電力系統(tǒng)有著幾個明顯的特征。

首先，艦船上的電力系統(tǒng)一般容量較??；

其次，艦船的電力系統(tǒng)在設備配置上相對來說集中，運輸電力的距離較短，輸配電網(wǎng)絡較為簡單；

再次，船電系統(tǒng)所處的環(huán)境，要比陸地電力系統(tǒng)所處環(huán)境惡劣；

最后，對艦船電力系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的因素較多，例如風浪、戰(zhàn)斗等，其中主要因素為載重，大容量負載的切換動作對電力系統(tǒng)會產(chǎn)生較大影響。

1.2 艦船電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類

研究艦船電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，就要先對其進行分類，這樣有利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析、迅速識別出導致電力系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因。然而要想準確進行分類，就要考慮到以下的情況。

（1）造成電力系統(tǒng)不穩(wěn)定的物理性質(zhì)；

（2）干擾因素的影響規(guī)模；

（3）為確定穩(wěn)定性所需的裝置、過程和時間；

（4）符合實際情況的穩(wěn)定性計算與預測方法。

目前大部分國家，將艦船電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分為3類。

第一種，靜態(tài)穩(wěn)定性，指的是電力系統(tǒng)在受到小范圍干擾的情況下依舊能夠保持發(fā)電機同步運行；

第二種，暫態(tài)穩(wěn)定性，指的是艦船電力系統(tǒng)在遭受到較大范圍干擾的壞境下保持發(fā)電機同步運行的能力；

第三種，動態(tài)穩(wěn)定性，是指電力系統(tǒng)在受到干擾后能夠有效抑制系統(tǒng)產(chǎn)生自發(fā)動蕩的能力[1]。

根據(jù)船電系統(tǒng)本身結構和整體運行模式的不同，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性又可以通過不同的途徑表現(xiàn)出來，分別是功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定以及頻率穩(wěn)定3種。

2 模擬計算暫穩(wěn)性的模型

艦船電力系統(tǒng)中包括眾多精密的電子儀器，且回路較為復雜，使得對其暫態(tài)穩(wěn)定性的研究本身具有一定的困難。又因研究中所牽扯到的因素，需考慮的問題也較多，因此該文將以放電機組為基礎，建立一個全方位的數(shù)學模型，對艦船電力系統(tǒng)發(fā)電機的工作進行分析，并采用合理的算法對電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性進行模擬仿真[2]。

艦船電力系統(tǒng)的構成可大致分為兩部分，一為發(fā)電機和相關傳輸設備，這部分主要是為電力系統(tǒng)提供所需能量，另一部分則是由調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)工作狀態(tài)的勵磁器、調(diào)速器等部件構成[3]。

2.1 艦船電力系統(tǒng)的同步發(fā)電機模型

2.3 艦船電力系統(tǒng)的調(diào)速模型

3 艦船電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的分析

3.1 發(fā)電機節(jié)點分析

艦船電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，其主要影響有兩方面：一方面是電力系統(tǒng)中運行的發(fā)電機節(jié)點在受到干擾時，其本身穩(wěn)定狀態(tài)的變化；另一方面則是電力系統(tǒng)負荷狀態(tài)節(jié)點在受到影響時穩(wěn)定性的變化。由于艦船電力系統(tǒng)構成較為復雜，其中節(jié)點眾多，且不同位置之間的狀態(tài)計算也不盡相同。依據(jù)實際生活中遇到的工作模型來進行分析處理時，要選用有效、合理的算法來進行模擬仿真。為便于分析，現(xiàn)對艦船電力系統(tǒng)的節(jié)點處做出適當處理[5]。

從以上計算結果不難看出，如電力系統(tǒng)中不含調(diào)速器和勵磁器，那么轉子的搖擺曲線幾乎不衰減，然而船電系統(tǒng)中增加了調(diào)速器和勵磁器后，轉子的搖擺曲線會很快衰減至穩(wěn)定值，這說明調(diào)速系統(tǒng)有助于艦船電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，使船電系統(tǒng)的阻尼得到明顯增強。

4 結語

該文對目前我國艦船電力系統(tǒng)在發(fā)電機組的暫態(tài)穩(wěn)定性方面進行了一定地分析和研究，顯而易見當電力系統(tǒng)內(nèi)部的發(fā)電機組之間出現(xiàn)功率傳遞或受到一定程度的外部干擾時，艦船的電力系統(tǒng)就有可能出現(xiàn)電力不穩(wěn)等現(xiàn)象。隨著艦船的配置和功能的升級換代，對于船電系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求也日漸提高。參照陸地電網(wǎng)較為成熟的監(jiān)測系統(tǒng)，結合已有經(jīng)驗，以艦船電力系統(tǒng)的特點為基礎，運用數(shù)學模型對實際案例進行暫態(tài)穩(wěn)定性仿真分析，為艦船電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性研究提供了很好的范本，具有一定的指導意義。

參考文獻

[1] 方雄偉，韓旗.艦船電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真分析[J].電力自動化設備，2011（3）：35-38.

[2] 李文才，郝國芬.艦船電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性研究[J].艦船科學技術，2015（1）：140-143.

[3] 張靈杰，孫建波，郭晨.船舶電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的混合分析法[J].船舶工程，2015（5）：45-49.

[4] 李冬麗，趙躍平，唐石青，等.船舶大容量負載對電力系統(tǒng)的影響[J].船舶工程，2003（6）：47-50.

[5] 葉樹江，劉金波，劉勇.船舶電力系統(tǒng)建模及其并行算法實現(xiàn) [J].黑龍江工程學院學報，2001（3）：57-60.