摘要：船舶電力系統(tǒng)是一個獨立系統(tǒng)，當負栽變化時將引起電網(wǎng)電壓的劇烈波動。為了研究船舶電力系統(tǒng)在負栽變 化時的穗定性，利用Matlab/Simulink建立了船舶電力系統(tǒng)的仿真模型。

0.引言

船舶上用電設備在不斷增加,為了使船舶電力系統(tǒng)與用電設備相兼容，“MLT-STD-1399300章”以電壓、頻率、應急狀態(tài)等參數(shù)規(guī)定了船舶電力系統(tǒng)的界面特性。而在用電設備突加或突減時所引起的電壓瞬變會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型為標準的船舶電力電源，440V或115V,60Hz不接地;n型和m型應用受到限制。本文應用仿真軟件Madab對I型440V，60Hz不接地船舶電力系統(tǒng)進行了建模,并對突加、突減負載等不同工況進行仿真分析,得出船舶電力系統(tǒng)界面特性的電壓參數(shù)變化情況，進一步驗證了“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)和用電設備(負載)四部分組成。發(fā)電裝置通常采用柴油發(fā)電機組,船上的用電設備很多，根據(jù)負載特性,總體上分為三大類:感應電動機負載、靜負載和無功功率補償負載。船舶電力系統(tǒng)的動態(tài)特性主要取決于柴油發(fā)電機組與用電設備的共同作用。

1.1同步發(fā)電機模型

同步發(fā)電機是船舶電力系統(tǒng)中的重要元件，它集旋轉與靜止、電磁變化和機械于一體，把機械能轉換為電能,供給整個船舶電力系統(tǒng)使用'同步發(fā)電機的運行特性和內部電磁過渡過程是非常復雜的非線性動態(tài)過程，對其進行詳細、精確的數(shù)學建模十分困難。

軟件中的SimPnwerSystems中提供了各種類型的發(fā)電機模型，本文直接調用庫中的p.u.標準同步發(fā)電機模型'該模型采用5階狀態(tài)方程，考慮了定子繞組、轉子繞組的電磁暫態(tài)過程以及轉子的機械運動過渡過程，能比較精確地分析系統(tǒng)和電機動態(tài)過程。

1.2 勵磁系統(tǒng)模型

本文采用相復勵無刷交流勵磁系統(tǒng)，模型由Simu-Iink組件>丨I的連續(xù)系統(tǒng)模塊集進行建模模型。其中：LL,為自動電壓調節(jié)器參考電壓;認和K分別為發(fā)電機f/軸和7軸的電壓值;UMl,為接地零電壓;k為定子5相電流;認是勵磁電壓。隊和G產(chǎn)生相復勵的電fK信號，三相電流信號產(chǎn)生相復勵的電流信號，這兩部分信號合成后，一部分送人調節(jié)器冋路進行閉環(huán)調節(jié)，另一部分輸出到勵磁機。

1.3 柴油機及調速器模型

在柴油發(fā)電機組中，柴油機的主要作用是提供原動力，柴油機自身沒打e動調速能力，因此必須裝設調速器本文柴油機與調速器組合采用二階環(huán)節(jié)進行建設。

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%額定功率負載運行，在13和2s時通過突加、突減不同功率大小的負載來得到電力系統(tǒng)的瞬態(tài)壓降。

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

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，用電設備的突然啟動可能導致電壓在0.001-0.06s內降至瞬變電壓的最低值ifff后，電jEk口了能以每秒20%~75%標稱電壓的速度增至敁高值，電壓將在28內恢復到用電設備電壓容差包絡線內|S|(418~462V)。用電設備從電力系統(tǒng)的突然切斷邛能導致電壓在0.001-0.03s內增至瞬變電壓的最高值而后,電壓可能以每秒20%~75%標稱電壓的速度降至伋低的.電壓將在2s內恢復到用電設備的電壓容差包絡線。

3.結語

本文利用Matlab/Simulink對船舶電力系統(tǒng)中各個主要組成部分進行了建模，并對I型電力系統(tǒng)模型在不同工況下進行了仿真，用具體生動的圖形、確鑿的數(shù)據(jù)得出了仿真結果，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。