船舶電力系統的穩定性分析

陳武

摘 要

本文從船舶電力系統的實際組成和運行出發具體論述船舶電力系統的穩定性如何判定和增強。并利用數學建模對船舶電力系統的穩定性加以分析。

【關鍵詞】船舶 電力系統 穩定性

1 船舶電力系統的組成和運行方式

由于海上運輸不僅運量大，運費也低，是很多貨物運輸的主要方式。也是國家進出口運輸的主要方式。而船舶自然是海上運輸的主要交通工具，所以，船舶的電力系統的發展直接影響著海上運輸的安全性和穩定性。船舶電力系統是船舶運行系統的重要組成部分，也是船舶電力系統穩定運行的主要研究對象。所以對船舶電力系統的組成方式的研究是船舶電力系統穩定性的研究基礎。下面筆者就重點介紹船舶電力系統的組成和運行方式。

1.1 船舶電力系統的組成

一般來看，船舶電力系統是由電源、配電裝置、電網和負載構成。這幾項元素是電力系統電能的供應、分配、傳輸與消耗的總體使用設備。分別來說，電源裝置主要提供電量的供給，一般采用發電機或電池組。發電機一般采用蒸汽發電機、柴油發電機等。而就目前的發展來看，大型船的電源裝置都采用混合發電機，同時可以利用蒸汽發電機和柴油發電機。配電裝置主要負責電力的分配和控制，利用適當的程序設計對不同用電設備予以分類，最終達到合理用電的目的。電網是將所有用電設備利用電纜予以連接，最終形成電路網，電路網主要是電力輸送的媒介。負載結構主要是變壓器等電力的輸送中間設備，為保證安全送電而設置的具體結構。

1.2 船舶電力系統的運行方式

船舶電力系統是一個小型獨立電網。因為船舶在海上航行過程中對電力的補充是靠發電機的自行運行。而且，一般一個船舶只有一個電站，電網的容量相對于負載來說又是有限的。在大功率負載起動后，沖擊電流將引起電網電壓的波動，所以船舶電力系統在具體運行中應該注重調節發電機的電壓或電網的輸送頻率，以達到安全用電的最終目的。

2 船舶電力系統的傳統算法和電網層次分析

隨著現代船舶的體積和載重量逐漸變大，而其自動化能力逐漸增強，船舶電力系統的容量也需要不斷的增加。在評測船舶電力系統穩定性時，應該對船舶電力系統的動態特征與靜態特征加以分析。所以說對船舶電力系統的傳統算法的研究也是凸顯船舶電網系統運行特征的主要方式。

2.1 船舶電力系統的算法特點

船舶電網主要利用輻射型配電方式，也就是說從任何一個定母線到源點都有且只有一條通路，與陸地配電方式存在著顯著的差異。在參數方面船舶電力系統的參數電阻與電抗比值較大，與陸地配電方式相反。由于船舶電力系統中R/X的值較大，對傳統的解耦方式有所影響，所以船舶電力系統的算法必須注重收斂性，保證傳統解耦法的使用。

2.2 對船舶電網的分析主要是利用樹圖方式分析

利用二叉樹的形式進行具體的布置。然后利用電氣節點和支路進行分層排列，在分層之后再根據所有電氣節點進行編號記錄。

3 船舶電力系統的穩定性分析和穩定性建模

根據上文對船舶電力系統的分析，可以發現船舶電力系統的穩定性主要分為靜態穩定性和動態穩定性兩種。靜態穩定性主要是在受到小型干擾后，電力系統可以迅速恢復狀態，也就是長期自我控制的穩定性。而動態穩定性主要是對電力系統的即時穩定性進行探討和研究，也就是說在某一個特定的干擾后，電力系統可以暫時性的進行新的穩定狀態，與原始穩定狀態稍有不同。這種穩定是動態穩定。下面筆者就穩定性的原因和建模進行具體分析。

3.1 影響船舶電力系統穩定性的主要原因

負載變化會對電力系統穩定性造成較大影響，比如突然之間投入錨機、舵機的使用，會瞬間增加固有電流的承載力，從而導致電網的負擔過重，影響電力系統的穩定。船舶電力系統的短路也會影響電力系統的穩定，這是因為船舶電力系統的短路會產生比正常過載還要大的短路電流，嚴重影響船舶電力系統的運行。

3.2 船舶電力系統的建模

船舶電力系統的核心主要是發電機以及勵磁系統、電網與負載等。所以對船舶電力系統的建模要圍繞著發電機這一核心對船舶電力系統的穩定性統一研究。所以首先要對發電機運行過程中電流的傳輸進行數學建模。根據研究發現，同步發電機電流建模方式如下所示：

同步發電機的勵磁系統也屬于發電系統的核心部分。所以對勵磁系統模型也需要加以建模研究，具體公式如下所示：

其中，Ur為勵磁裝置的輸出電壓，Ud為d軸端電壓，Uq為發電機q軸端電壓，K為9 /π，x為移相電抗。

根據對船舶電力系統的研究發現，保證其穩定性具有較重要的意義。所以本文主要為避免船舶電力系統產生較大波動，提出以下解決方案。第一、對負載進行分級起動，根據負載的重要性進行分級起動可以保證船舶電力系統的靜態穩定性，避免由于一次性負載過大對電網造成較大的破壞。第二、遇到故障時，發電機快速勵磁。當系統發生故障，發電機電壓較低時可以采取強行勵磁提高發電機的電勢能，提高系統的動態穩定性。

4 結語

本文從船舶電力系統的特點出發，結合電力系統的管理方案具體論述了船舶電力系統的穩定性。并根據穩定性進行數學建模加以研究。最后筆者提出利用分級起動維持船舶電力系統的靜態穩定，用發電機快速勵磁提高系統的動態穩定性，為船舶電力系統的研究提供了新的發展方向。

參考文獻

[1] 孟杰.船舶電力系統的非線性魯棒控制研究[D].哈爾濱工程大學，2011.

[2] 王浩亮.船舶電力系統穩定性研究[D].大連海事大學，2010.

作者單位

西門子（中國）有限公司上海分公司 上海市 200082endprint

摘 要

本文從船舶電力系統的實際組成和運行出發具體論述船舶電力系統的穩定性如何判定和增強。并利用數學建模對船舶電力系統的穩定性加以分析。

【關鍵詞】船舶 電力系統 穩定性

1 船舶電力系統的組成和運行方式

由于海上運輸不僅運量大，運費也低，是很多貨物運輸的主要方式。也是國家進出口運輸的主要方式。而船舶自然是海上運輸的主要交通工具，所以，船舶的電力系統的發展直接影響著海上運輸的安全性和穩定性。船舶電力系統是船舶運行系統的重要組成部分，也是船舶電力系統穩定運行的主要研究對象。所以對船舶電力系統的組成方式的研究是船舶電力系統穩定性的研究基礎。下面筆者就重點介紹船舶電力系統的組成和運行方式。

1.1 船舶電力系統的組成

一般來看，船舶電力系統是由電源、配電裝置、電網和負載構成。這幾項元素是電力系統電能的供應、分配、傳輸與消耗的總體使用設備。分別來說，電源裝置主要提供電量的供給，一般采用發電機或電池組。發電機一般采用蒸汽發電機、柴油發電機等。而就目前的發展來看，大型船的電源裝置都采用混合發電機，同時可以利用蒸汽發電機和柴油發電機。配電裝置主要負責電力的分配和控制，利用適當的程序設計對不同用電設備予以分類，最終達到合理用電的目的。電網是將所有用電設備利用電纜予以連接，最終形成電路網，電路網主要是電力輸送的媒介。負載結構主要是變壓器等電力的輸送中間設備，為保證安全送電而設置的具體結構。

1.2 船舶電力系統的運行方式

船舶電力系統是一個小型獨立電網。因為船舶在海上航行過程中對電力的補充是靠發電機的自行運行。而且，一般一個船舶只有一個電站，電網的容量相對于負載來說又是有限的。在大功率負載起動后，沖擊電流將引起電網電壓的波動，所以船舶電力系統在具體運行中應該注重調節發電機的電壓或電網的輸送頻率，以達到安全用電的最終目的。

2 船舶電力系統的傳統算法和電網層次分析

隨著現代船舶的體積和載重量逐漸變大，而其自動化能力逐漸增強，船舶電力系統的容量也需要不斷的增加。在評測船舶電力系統穩定性時，應該對船舶電力系統的動態特征與靜態特征加以分析。所以說對船舶電力系統的傳統算法的研究也是凸顯船舶電網系統運行特征的主要方式。

2.1 船舶電力系統的算法特點

船舶電網主要利用輻射型配電方式，也就是說從任何一個定母線到源點都有且只有一條通路，與陸地配電方式存在著顯著的差異。在參數方面船舶電力系統的參數電阻與電抗比值較大，與陸地配電方式相反。由于船舶電力系統中R/X的值較大，對傳統的解耦方式有所影響，所以船舶電力系統的算法必須注重收斂性，保證傳統解耦法的使用。

2.2 對船舶電網的分析主要是利用樹圖方式分析

利用二叉樹的形式進行具體的布置。然后利用電氣節點和支路進行分層排列，在分層之后再根據所有電氣節點進行編號記錄。

3 船舶電力系統的穩定性分析和穩定性建模

根據上文對船舶電力系統的分析，可以發現船舶電力系統的穩定性主要分為靜態穩定性和動態穩定性兩種。靜態穩定性主要是在受到小型干擾后，電力系統可以迅速恢復狀態，也就是長期自我控制的穩定性。而動態穩定性主要是對電力系統的即時穩定性進行探討和研究，也就是說在某一個特定的干擾后，電力系統可以暫時性的進行新的穩定狀態，與原始穩定狀態稍有不同。這種穩定是動態穩定。下面筆者就穩定性的原因和建模進行具體分析。

3.1 影響船舶電力系統穩定性的主要原因

負載變化會對電力系統穩定性造成較大影響，比如突然之間投入錨機、舵機的使用，會瞬間增加固有電流的承載力，從而導致電網的負擔過重，影響電力系統的穩定。船舶電力系統的短路也會影響電力系統的穩定，這是因為船舶電力系統的短路會產生比正常過載還要大的短路電流，嚴重影響船舶電力系統的運行。

3.2 船舶電力系統的建模

船舶電力系統的核心主要是發電機以及勵磁系統、電網與負載等。所以對船舶電力系統的建模要圍繞著發電機這一核心對船舶電力系統的穩定性統一研究。所以首先要對發電機運行過程中電流的傳輸進行數學建模。根據研究發現，同步發電機電流建模方式如下所示：

同步發電機的勵磁系統也屬于發電系統的核心部分。所以對勵磁系統模型也需要加以建模研究，具體公式如下所示：

其中，Ur為勵磁裝置的輸出電壓，Ud為d軸端電壓，Uq為發電機q軸端電壓，K為9 /π，x為移相電抗。

根據對船舶電力系統的研究發現，保證其穩定性具有較重要的意義。所以本文主要為避免船舶電力系統產生較大波動，提出以下解決方案。第一、對負載進行分級起動，根據負載的重要性進行分級起動可以保證船舶電力系統的靜態穩定性，避免由于一次性負載過大對電網造成較大的破壞。第二、遇到故障時，發電機快速勵磁。當系統發生故障，發電機電壓較低時可以采取強行勵磁提高發電機的電勢能，提高系統的動態穩定性。

4 結語

本文從船舶電力系統的特點出發，結合電力系統的管理方案具體論述了船舶電力系統的穩定性。并根據穩定性進行數學建模加以研究。最后筆者提出利用分級起動維持船舶電力系統的靜態穩定，用發電機快速勵磁提高系統的動態穩定性，為船舶電力系統的研究提供了新的發展方向。

參考文獻

[1] 孟杰.船舶電力系統的非線性魯棒控制研究[D].哈爾濱工程大學，2011.

[2] 王浩亮.船舶電力系統穩定性研究[D].大連海事大學，2010.

作者單位

西門子（中國）有限公司上海分公司 上海市 200082endprint

摘 要

本文從船舶電力系統的實際組成和運行出發具體論述船舶電力系統的穩定性如何判定和增強。并利用數學建模對船舶電力系統的穩定性加以分析。

【關鍵詞】船舶 電力系統 穩定性

1 船舶電力系統的組成和運行方式

由于海上運輸不僅運量大，運費也低，是很多貨物運輸的主要方式。也是國家進出口運輸的主要方式。而船舶自然是海上運輸的主要交通工具，所以，船舶的電力系統的發展直接影響著海上運輸的安全性和穩定性。船舶電力系統是船舶運行系統的重要組成部分，也是船舶電力系統穩定運行的主要研究對象。所以對船舶電力系統的組成方式的研究是船舶電力系統穩定性的研究基礎。下面筆者就重點介紹船舶電力系統的組成和運行方式。

1.1 船舶電力系統的組成

一般來看，船舶電力系統是由電源、配電裝置、電網和負載構成。這幾項元素是電力系統電能的供應、分配、傳輸與消耗的總體使用設備。分別來說，電源裝置主要提供電量的供給，一般采用發電機或電池組。發電機一般采用蒸汽發電機、柴油發電機等。而就目前的發展來看，大型船的電源裝置都采用混合發電機，同時可以利用蒸汽發電機和柴油發電機。配電裝置主要負責電力的分配和控制，利用適當的程序設計對不同用電設備予以分類，最終達到合理用電的目的。電網是將所有用電設備利用電纜予以連接，最終形成電路網，電路網主要是電力輸送的媒介。負載結構主要是變壓器等電力的輸送中間設備，為保證安全送電而設置的具體結構。

1.2 船舶電力系統的運行方式

船舶電力系統是一個小型獨立電網。因為船舶在海上航行過程中對電力的補充是靠發電機的自行運行。而且，一般一個船舶只有一個電站，電網的容量相對于負載來說又是有限的。在大功率負載起動后，沖擊電流將引起電網電壓的波動，所以船舶電力系統在具體運行中應該注重調節發電機的電壓或電網的輸送頻率，以達到安全用電的最終目的。

2 船舶電力系統的傳統算法和電網層次分析

隨著現代船舶的體積和載重量逐漸變大，而其自動化能力逐漸增強，船舶電力系統的容量也需要不斷的增加。在評測船舶電力系統穩定性時，應該對船舶電力系統的動態特征與靜態特征加以分析。所以說對船舶電力系統的傳統算法的研究也是凸顯船舶電網系統運行特征的主要方式。

2.1 船舶電力系統的算法特點

船舶電網主要利用輻射型配電方式，也就是說從任何一個定母線到源點都有且只有一條通路，與陸地配電方式存在著顯著的差異。在參數方面船舶電力系統的參數電阻與電抗比值較大，與陸地配電方式相反。由于船舶電力系統中R/X的值較大，對傳統的解耦方式有所影響，所以船舶電力系統的算法必須注重收斂性，保證傳統解耦法的使用。

2.2 對船舶電網的分析主要是利用樹圖方式分析

利用二叉樹的形式進行具體的布置。然后利用電氣節點和支路進行分層排列，在分層之后再根據所有電氣節點進行編號記錄。

3 船舶電力系統的穩定性分析和穩定性建模

根據上文對船舶電力系統的分析，可以發現船舶電力系統的穩定性主要分為靜態穩定性和動態穩定性兩種。靜態穩定性主要是在受到小型干擾后，電力系統可以迅速恢復狀態，也就是長期自我控制的穩定性。而動態穩定性主要是對電力系統的即時穩定性進行探討和研究，也就是說在某一個特定的干擾后，電力系統可以暫時性的進行新的穩定狀態，與原始穩定狀態稍有不同。這種穩定是動態穩定。下面筆者就穩定性的原因和建模進行具體分析。

3.1 影響船舶電力系統穩定性的主要原因

負載變化會對電力系統穩定性造成較大影響，比如突然之間投入錨機、舵機的使用，會瞬間增加固有電流的承載力，從而導致電網的負擔過重，影響電力系統的穩定。船舶電力系統的短路也會影響電力系統的穩定，這是因為船舶電力系統的短路會產生比正常過載還要大的短路電流，嚴重影響船舶電力系統的運行。

3.2 船舶電力系統的建模

船舶電力系統的核心主要是發電機以及勵磁系統、電網與負載等。所以對船舶電力系統的建模要圍繞著發電機這一核心對船舶電力系統的穩定性統一研究。所以首先要對發電機運行過程中電流的傳輸進行數學建模。根據研究發現，同步發電機電流建模方式如下所示：

同步發電機的勵磁系統也屬于發電系統的核心部分。所以對勵磁系統模型也需要加以建模研究，具體公式如下所示：

其中，Ur為勵磁裝置的輸出電壓，Ud為d軸端電壓，Uq為發電機q軸端電壓，K為9 /π，x為移相電抗。

根據對船舶電力系統的研究發現，保證其穩定性具有較重要的意義。所以本文主要為避免船舶電力系統產生較大波動，提出以下解決方案。第一、對負載進行分級起動，根據負載的重要性進行分級起動可以保證船舶電力系統的靜態穩定性，避免由于一次性負載過大對電網造成較大的破壞。第二、遇到故障時，發電機快速勵磁。當系統發生故障，發電機電壓較低時可以采取強行勵磁提高發電機的電勢能，提高系統的動態穩定性。

4 結語

本文從船舶電力系統的特點出發，結合電力系統的管理方案具體論述了船舶電力系統的穩定性。并根據穩定性進行數學建模加以研究。最后筆者提出利用分級起動維持船舶電力系統的靜態穩定，用發電機快速勵磁提高系統的動態穩定性，為船舶電力系統的研究提供了新的發展方向。

參考文獻

[1] 孟杰.船舶電力系統的非線性魯棒控制研究[D].哈爾濱工程大學，2011.

[2] 王浩亮.船舶電力系統穩定性研究[D].大連海事大學，2010.

作者單位

西門子（中國）有限公司上海分公司 上海市 200082endprint