摘要：船舶電力系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)栽變化時(shí)將引起電網(wǎng)電壓的劇烈波動(dòng)。為了研究船舶電力系統(tǒng)在負(fù)栽變 化時(shí)的穗定性，利用Matlab/Simulink建立了船舶電力系統(tǒng)的仿真模型。

0.引言

船舶上用電設(shè)備在不斷增加,為了使船舶電力系統(tǒng)與用電設(shè)備相兼容，“MLT-STD-1399300章”以電壓、頻率、應(yīng)急狀態(tài)等參數(shù)規(guī)定了船舶電力系統(tǒng)的界面特性。而在用電設(shè)備突加或突減時(shí)所引起的電壓瞬變會(huì)直接影響到船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。船舶上交流電力一般劃分為三類，其中I型為標(biāo)準(zhǔn)的船舶電力電源，440V或115V,60Hz不接地;n型和m型應(yīng)用受到限制。本文應(yīng)用仿真軟件Madab對(duì)I型440V，60Hz不接地船舶電力系統(tǒng)進(jìn)行了建模,并對(duì)突加、突減負(fù)載等不同工況進(jìn)行仿真分析,得出船舶電力系統(tǒng)界面特性的電壓參數(shù)變化情況，進(jìn)一步驗(yàn)證了“MLT-STD-1399300章”所規(guī)定的船舶電力系統(tǒng)界面的電壓瞬變特性。

1.船舶電力系統(tǒng)建模

船舶電力系統(tǒng)通常由發(fā)電裝置、配電裝置、電力網(wǎng)和用電設(shè)備(負(fù)載)四部分組成。發(fā)電裝置通常采用柴油發(fā)電機(jī)組,船上的用電設(shè)備很多，根據(jù)負(fù)載特性,總體上分為三大類:感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載、靜負(fù)載和無(wú)功功率補(bǔ)償負(fù)載。船舶電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性主要取決于柴油發(fā)電機(jī)組與用電設(shè)備的共同作用。

1.1同步發(fā)電機(jī)模型

同步發(fā)電機(jī)是船舶電力系統(tǒng)中的重要元件，它集旋轉(zhuǎn)與靜止、電磁變化和機(jī)械于一體，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能,供給整個(gè)船舶電力系統(tǒng)使用'同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性和內(nèi)部電磁過(guò)渡過(guò)程是非常復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)過(guò)程，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)、精確的數(shù)學(xué)建模十分困難。

軟件中的SimPnwerSystems中提供了各種類型的發(fā)電機(jī)模型，本文直接調(diào)用庫(kù)中的p.u.標(biāo)準(zhǔn)同步發(fā)電機(jī)模型'該模型采用5階狀態(tài)方程，考慮了定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組的電磁暫態(tài)過(guò)程以及轉(zhuǎn)子的機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)渡過(guò)程，能比較精確地分析系統(tǒng)和電機(jī)動(dòng)態(tài)過(guò)程。

1.2 勵(lì)磁系統(tǒng)模型

本文采用相復(fù)勵(lì)無(wú)刷交流勵(lì)磁系統(tǒng)，模型由Simu-Iink組件>丨I的連續(xù)系統(tǒng)模塊集進(jìn)行建模模型。其中：LL,為自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器參考電壓;認(rèn)和K分別為發(fā)電機(jī)f/軸和7軸的電壓值;UMl,為接地零電壓;k為定子5相電流;認(rèn)是勵(lì)磁電壓。隊(duì)和G產(chǎn)生相復(fù)勵(lì)的電fK信號(hào)，三相電流信號(hào)產(chǎn)生相復(fù)勵(lì)的電流信號(hào)，這兩部分信號(hào)合成后，一部分送人調(diào)節(jié)器冋路進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，另一部分輸出到勵(lì)磁機(jī)。

1.3 柴油機(jī)及調(diào)速器模型

在柴油發(fā)電機(jī)組中，柴油機(jī)的主要作用是提供原動(dòng)力，柴油機(jī)自身沒(méi)打e動(dòng)調(diào)速能力，因此必須裝設(shè)調(diào)速器本文柴油機(jī)與調(diào)速器組合采用二階環(huán)節(jié)進(jìn)行建設(shè)。

2.船舶電力系統(tǒng)仿真

在上述船舶電力系統(tǒng)仿真模型中，同步發(fā)電機(jī)容量為2500kV‘A、額定電壓為440V,額定頻率為60Hz。電力系統(tǒng)帶功率因數(shù)為0.8,67.5%額定功率負(fù)載運(yùn)行，在13和2s時(shí)通過(guò)突加、突減不同功率大小的負(fù)載來(lái)得到電力系統(tǒng)的瞬態(tài)壓降。

同步發(fā)電機(jī)組帶載啟動(dòng)后，第18突加負(fù)載L、突加負(fù)載時(shí)，隨著負(fù)載的增加，電壓瞬變的最小值隨之降低，而從穩(wěn)態(tài)到達(dá)最小值的時(shí)間基本相同，從最小O'l:TI•到最大值的時(shí)間逐漸增加，最大值卻隨之減小，整個(gè)瞬變過(guò)程的恢復(fù)時(shí)間逐漸增加:，由表2數(shù)據(jù)可知，突減負(fù)載時(shí)，隨著負(fù)載的增加，電壓瞬變的最大值隨之增加，而從穩(wěn)態(tài)到達(dá)最大值的時(shí)間基本相同，從最大值降到最小值的時(shí)間逐漸增加，最小值也隨之增大，整個(gè)瞬變過(guò)程的恢復(fù)時(shí)間逐漸增加

440V、I型60Hz船舶電力系統(tǒng)電壓瞬變符合“MLT-STD-1399300章”中的規(guī)定：在I型電力系統(tǒng)中，用電設(shè)備的突然啟動(dòng)可能導(dǎo)致電壓在0.001-0.06s內(nèi)降至瞬變電壓的最低值ifff后，電jEk口了能以每秒20%~75%標(biāo)稱電壓的速度增至敁高值，電壓將在28內(nèi)恢復(fù)到用電設(shè)備電壓容差包絡(luò)線內(nèi)|S|(418~462V)。用電設(shè)備從電力系統(tǒng)的突然切斷邛能導(dǎo)致電壓在0.001-0.03s內(nèi)增至瞬變電壓的最高值而后,電壓可能以每秒20%~75%標(biāo)稱電壓的速度降至伋低的.電壓將在2s內(nèi)恢復(fù)到用電設(shè)備的電壓容差包絡(luò)線。

3.結(jié)語(yǔ)

本文利用Matlab/Simulink對(duì)船舶電力系統(tǒng)中各個(gè)主要組成部分進(jìn)行了建模，并對(duì)I型電力系統(tǒng)模型在不同工況下進(jìn)行了仿真，用具體生動(dòng)的圖形、確鑿的數(shù)據(jù)得出了仿真結(jié)果，觀察了電力系統(tǒng)電壓參數(shù)的變化情況，定性地分析了電力系統(tǒng)的界面特性，為船舶電力系統(tǒng)的研究提供了參考。