艦船電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析

戚雙斌 楊學(xué)春 楊學(xué)冬

摘 要：艦船上的電力系統(tǒng)是一種獨(dú)立運(yùn)行的電網(wǎng)，其本身結(jié)構(gòu)裝置復(fù)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(qiáng)烈地干擾后，各發(fā)電機(jī)是否依舊能維持同步運(yùn)轉(zhuǎn)。該文旨在對(duì)船電系統(tǒng)在出現(xiàn)短路瞬間的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，并建立數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行仿真分析。

關(guān)鍵詞：艦船 電力系統(tǒng) 暫態(tài)穩(wěn)定性 分析

中圖分類號(hào)：TM712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）12（a）-0079-03

近些年艦船的設(shè)計(jì)愈加復(fù)雜，其中所使用到的設(shè)備儀器也越來(lái)越精密，因此更加需要一個(gè)能夠穩(wěn)定、完善、高效運(yùn)作的電力系統(tǒng)。在艦船的電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)能否持續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行供電和暫態(tài)穩(wěn)定性顯得尤為重點(diǎn)，甚至?xí)绊懙脚灤欠衲馨踩椒€(wěn)運(yùn)行。針對(duì)電力系統(tǒng)而言，艦船電力系統(tǒng)的研究起步時(shí)間較晚，經(jīng)驗(yàn)不足，還存在很多問(wèn)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(yàn)參考。

1 艦船電力系統(tǒng)的特點(diǎn)

艦船電力系統(tǒng)與陸地電力系統(tǒng)從基本概念上來(lái)說(shuō)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(yùn)行，在受到干擾影響后能夠恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)或者在新的平衡狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)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(shè)備、輸送網(wǎng)絡(luò)、變配電設(shè)備以及用電設(shè)備所組成，然而因運(yùn)行環(huán)境的差異，使得艦船電力系統(tǒng)有著幾個(gè)明顯的特征。

首先，艦船上的電力系統(tǒng)一般容量較小；

其次，艦船的電力系統(tǒng)在設(shè)備配置上相對(duì)來(lái)說(shuō)集中，運(yùn)輸電力的距離較短，輸配電網(wǎng)絡(luò)較為簡(jiǎn)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(duì)艦船電力系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的因素較多，例如風(fēng)浪、戰(zhàn)斗等，其中主要因素為載重，大容量負(fù)載的切換動(dòng)作對(duì)電力系統(tǒng)會(huì)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(duì)其進(jìn)行分類，這樣有利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析、迅速識(shí)別出導(dǎo)致電力系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因。然而要想準(zhǔn)確進(jìn)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(guò)程和時(shí)間；

（4）符合實(shí)際情況的穩(wěn)定性計(jì)算與預(yù)測(cè)方法。

目前大部分國(guó)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(jī)同步運(yùn)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(jī)同步運(yùn)行的能力；

第三種，動(dòng)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(dòng)蕩的能力[1]。

根據(jù)船電系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)和整體運(yùn)行模式的不同，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性又可以通過(guò)不同的途徑表現(xiàn)出來(lái)，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(jì)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(fù)雜，使得對(duì)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(wèn)題也較多，因此該文將以放電機(jī)組為基礎(chǔ)，建立一個(gè)全方位的數(shù)學(xué)模型，對(duì)艦船電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的工作進(jìn)行分析，并采用合理的算法對(duì)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行模擬仿真[2]。

艦船電力系統(tǒng)的構(gòu)成可大致分為兩部分，一為發(fā)電機(jī)和相關(guān)傳輸設(shè)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(lì)磁器、調(diào)速器等部件構(gòu)成[3]。

2.1 艦船電力系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)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(jī)節(jié)點(diǎn)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(yùn)行的發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)在受到干擾時(shí)，其本身穩(wěn)定狀態(tài)的變化；另一方面則是電力系統(tǒng)負(fù)荷狀態(tài)節(jié)點(diǎn)在受到影響時(shí)穩(wěn)定性的變化。由于艦船電力系統(tǒng)構(gòu)成較為復(fù)雜，其中節(jié)點(diǎn)眾多，且不同位置之間的狀態(tài)計(jì)算也不盡相同。依據(jù)實(shí)際生活中遇到的工作模型來(lái)進(jìn)行分析處理時(shí)，要選用有效、合理的算法來(lái)進(jìn)行模擬仿真。為便于分析，現(xiàn)對(duì)艦船電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)處做出適當(dāng)處理[5]。

從以上計(jì)算結(jié)果不難看出，如電力系統(tǒng)中不含調(diào)速器和勵(lì)磁器，那么轉(zhuǎn)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(lì)磁器后，轉(zhuǎn)子的搖擺曲線會(huì)很快衰減至穩(wěn)定值，這說(shuō)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(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)目前我國(guó)艦船電力系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)組的暫態(tài)穩(wěn)定性方面進(jìn)行了一定地分析和研究，顯而易見當(dāng)電力系統(tǒng)內(nèi)部的發(fā)電機(jī)組之間出現(xiàn)功率傳遞或受到一定程度的外部干擾時(shí)，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(jí)換代，對(duì)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(cè)系統(tǒng)，結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)，以艦船電力系統(tǒng)的特點(diǎn)為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型對(duì)實(shí)際案例進(jìn)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(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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