船舶電網(wǎng)電能質(zhì)量的數(shù)字測量系統(tǒng)研究

何 敏，王宏博

（上海海事大學，上海 200135）

0 引 言

船舶電力系統(tǒng)對于電能質(zhì)量參數(shù)的測量，主要涉及到匯流排上的電壓和頻率，以及發(fā)電機組的輸出電流和其他相關(guān)參數(shù)。測量通常由對電壓和電流波形的畸變較敏感的測量儀器完成，這導致了較大的測量誤差。盡管電壓和電流波形的畸變目前還沒有完全得以控制，電壓和頻率與各自額定值的瞬時偏差還沒有能被有效地進行記錄的成熟方案，但是，這些參數(shù)已出現(xiàn)在了一些船級社的規(guī)范中[1,2]。因此，開發(fā)出一種適合船舶應用的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量參數(shù)測量方案是目前船電界的一個熱點研究方向。

1 船舶電網(wǎng)電能質(zhì)量參數(shù)

通常情況下，電能質(zhì)量參數(shù)涉及到電壓和電流的有效值，用Urms和Irms來表示，同時與有功功率P，無功功率Q，視在功率S，功率因數(shù)λ，頻率f等因素有關(guān)[1]。通過A/D轉(zhuǎn)換，上述參數(shù)可由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，例如在單向網(wǎng)絡中上述參數(shù)可表示為：

而在一個三相網(wǎng)絡中可表示為：

式中：N——一個周期內(nèi)的采樣次數(shù)，Uk——電壓有效值的第k次采樣；ik——電流有效值的第k次采樣。

然而，由于船舶電網(wǎng)是一個孤立的電網(wǎng)，且承載容量有限，電網(wǎng)質(zhì)量有可能會受到船上非線性負載的影響[3]。當然，電力推進系統(tǒng)中其他因素也可能惡化電網(wǎng)質(zhì)量，如能耗比較大的電機（船首或船尾推進器），當這些電機并網(wǎng)運行時，電機的次瞬態(tài)電抗導致諧波的出現(xiàn)[4]。這就意味著僅采用上述提到的參數(shù)來衡量電網(wǎng)質(zhì)量是不夠的，還必須考慮電網(wǎng)中諧波的成分[5]。……