船舶电力系统界面特性仿真

摘要：船舶电力系统是一个独立系统，当负栽变化时将引起电网电压的剧烈波动。为了研究船舶电力系统在负栽变 化时的穗定性，利用Matlab/Simulink建立了船舶电力系统的仿真模型。

0.引言

船舶上用电设备在不断增加,为了使船舶电力系统与用电设备相兼容，“MLT-STD-1399300章”以电压、频率、应急状态等参数规定了船舶电力系统的界面特性。而在用电设备突加或突减时所引起的电压瞬变会直接影响到船舶电力系统的稳定。船舶上交流电力一般划分为三类，其中I型为标准的船舶电力电源，440V或115V,60Hz不接地;n型和m型应用受到限制。本文应用仿真软件Madab对I型440V，60Hz不接地船舶电力系统进行了建模,并对突加、突减负载等不同工况进行仿真分析,得出船舶电力系统界面特性的电压参数变化情况，进一步验证了“MLT-STD-1399300章”所规定的船舶电力系统界面的电压瞬变特性。

1.船舶电力系统建模

船舶电力系统通常由发电装置、配电装置、电力网和用电设备(负载)四部分组成。发电装置通常采用柴油发电机组,船上的用电设备很多，根据负载特性,总体上分为三大类:感应电动机负载、静负载和无功功率补偿负载。船舶电力系统的动态特性主要取决于柴油发电机组与用电设备的共同作用。

1.1同步发电机模型

同步发电机是船舶电力系统中的重要元件，它集旋转与静止、电磁变化和机械于一体，把机械能转换为电能,供给整个船舶电力系统使用'同步发电机的运行特性和内部电磁过渡过程是非常复杂的非线性动态过程，对其进行详细、精确的数学建模十分困难。

软件中的SimPnwerSystems中提供了各种类型的发电机模型，本文直接调用库中的p.u.标准同步发电机模型'该模型采用5阶状态方程，考虑了定子绕组、转子绕组的电磁暂态过程以及转子的机械运动过渡过程，能比较精确地分析系统和电机动态过程。

1.2 励磁系统模型

本文采用相复励无刷交流励磁系统，模型由Simu-Iink组件>丨I的连续系统模块集进行建模模型。其中：LL,为自动电压调节器参考电压;认和K分别为发电机f/轴和7轴的电压值;UMl,为接地零电压;k为定子5相电流;认是励磁电压。队和G产生相复励的电fK信号，三相电流信号产生相复励的电流信号，这两部分信号合成后，一部分送人调节器冋路进行闭环调节，另一部分输出到励磁机。

1.3 柴油机及调速器模型

在柴油发电机组中，柴油机的主要作用是提供原动力，柴油机自身没打e动调速能力，因此必须装设调速器本文柴油机与调速器组合采用二阶环节进行建设。

2.船舶电力系统仿真

在上述船舶电力系统仿真模型中，同步发电机容量为2500kV‘A、额定电压为440V,额定频率为60Hz。电力系统带功率因数为0.8,67.5%额定功率负载运行，在13和2s时通过突加、突减不同功率大小的负载来得到电力系统的瞬态压降。

同步发电机组带载启动后，第18突加负载L、突加负载时，随着负载的增加，电压瞬变的最小值随之降低，而从稳态到达最小值的时间基本相同，从最小O'l:TI•到最大值的时间逐渐增加，最大值却随之减小，整个瞬变过程的恢复时间逐渐增加:，由表2数据可知，突减负载时，随着负载的增加，电压瞬变的最大值随之增加，而从稳态到达最大值的时间基本相同，从最大值降到最小值的时间逐渐增加，最小值也随之增大，整个瞬变过程的恢复时间逐渐增加

440V、I型60Hz船舶电力系统电压瞬变符合“MLT-STD-1399300章”中的规定：在I型电力系统中，用电设备的突然启动可能导致电压在0.001-0.06s内降至瞬变电压的最低值ifff后，电jEk口了能以每秒20%~75%标称电压的速度增至敁高值，电压将在28内恢复到用电设备电压容差包络线内|S|(418~462V)。用电设备从电力系统的突然切断邛能导致电压在0.001-0.03s内增至瞬变电压的最高值而后,电压可能以每秒20%~75%标称电压的速度降至伋低的.电压将在2s内恢复到用电设备的电压容差包络线。

3.结语

本文利用Matlab/Simulink对船舶电力系统中各个主要组成部分进行了建模，并对I型电力系统模型在不同工况下进行了仿真，用具体生动的图形、确凿的数据得出了仿真结果，观察了电力系统电压参数的变化情况，定性地分析了电力系统的界面特性，为船舶电力系统的研究提供了参考。