船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。
摘要：隨著我國綜合通航能力的提高和造船業(yè)的不斷發(fā)展，軍用船舶、商用船舶和民用船舶的制造技術已達到了世界領先水平。電動機械和設備的普及，使得各類船舶的電力動力系統(tǒng)的結構越來越復雜化和多樣化。為了保證整個船舶在海上的正常運行，必須確保船舶電力系統(tǒng)在技術上的穩(wěn)定和安全，防止電路電網(wǎng)波動等事故。本文就船舶電力系統(tǒng)的組成和結構，以及如何提高船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了一些看法。
關鍵詞：船舶；電力系統(tǒng)；穩(wěn)定性
1前言
海洋運輸主要依靠大型船舶，而中大型船舶，動力來源和各類通信都離不開船舶的電力系統(tǒng)，船舶的運輸量大，承載著很高的經(jīng)濟價值，因此一個穩(wěn)定的船舶電力系統(tǒng)，是保證船舶安全的必要條件，更直接關系到國家或企業(yè)的經(jīng)濟效益。船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，是電氣時代船舶的重要研究方向，是在當前航海氣候環(huán)境愈發(fā)復雜條件下對船舶整體穩(wěn)定性提出的新要求。
2船舶電力系統(tǒng)的結構和組成
2.1電力系統(tǒng)的組成
從通常的情況來看，新型的大中船舶的電力系統(tǒng)包括電能發(fā)生裝置，配電裝置，供電網(wǎng)絡和電阻負載等部分。這些構成部分是由電力發(fā)生，統(tǒng)籌分配，傳輸和消耗幾個單元結合的。另外，電源單元的主要作用是供電，通常使用交流發(fā)電機和大型變電裝置。低功率的工作條件下，船舶電網(wǎng)將采用單臺柴油機組來進行供電，而在高功率的工作條件下，船舶電力系統(tǒng)則采用多臺柴油發(fā)電機組并網(wǎng)供電。統(tǒng)籌分配裝置主要負責已有電力的分配和電網(wǎng)的控制，并采用適當?shù)木幊谭绞綄Σ煌碾姎庠O備進行分類管理，最終達到穩(wěn)定電網(wǎng)的目的。供電網(wǎng)絡是通過電路將所有電氣、電子設備與供電電纜連接，最終形成復雜而又整齊的電路網(wǎng)絡。首先要有電能發(fā)生裝置，也就是我們常說的發(fā)電裝置。船舶電網(wǎng)不同于城市電網(wǎng)，船舶供電網(wǎng)絡線路較短，且海上工作環(huán)境復雜，在這種限制條件下，輸電線路中必須使用防水、防潮的電纜，這就造成了成本價格高，維修困難，工作環(huán)境復雜多樣。船舶電路中，另外比較重要的一部分是電阻，包括工作電阻和電熱電阻，工作電阻主要是為了保護電路中的高精尖設備，防止電流不穩(wěn)定造成破壞。船舶的電源發(fā)生系統(tǒng)一般采用400V電氣系統(tǒng)。電流分為直流、交流；交流船舶的電氣設備在維護、保養(yǎng)等方面工作量比直流船要少很多，且交流電機結構簡單、體積小、重量輕、運行可靠，起相應的設備也簡單。交流船舶又分成單相交流電、三相三線絕緣系統(tǒng)、三相四線系統(tǒng)。三相三線絕緣系統(tǒng)應用最普遍。這種方式安全可靠，照明電網(wǎng)與動力電網(wǎng)間沒有電的直接聯(lián)系，互相影響??；電網(wǎng)對地絕緣好的時候，船員不小心碰到電網(wǎng)的任何一根線時，不至于造成觸電傷亡事故；發(fā)生單相接地時，并不形成短路，仍可維持電氣設備的正常運行。三相四線系統(tǒng)，因不是絕緣系統(tǒng)，船員碰到任何一根電網(wǎng)線時，容易發(fā)生觸電傷亡事故；當發(fā)生單相接地故障時，即形成短路，有可能會發(fā)生跳電試圖，因而船舶較少采用。頻率均選用陸上的標準等級，50HZ60HZ。提高頻率在一定范圍內(nèi)可提高自動化系統(tǒng)動作的快速性，可減少電機、變壓器、換能器、自動化元件的重量和尺寸，但對電纜以及電力系統(tǒng)的其他元件卻有相反的作用。頻率的提高還要有配套的高速機械裝置和高速軸承，還會導致交流阻抗增大，損耗也增大。同時，高速運行機械噪音也較大，另外船舶電力系統(tǒng)較為脆弱，容易出現(xiàn)未知的錯誤，因此需要設置應急供電。當正常供電系統(tǒng)因各種意外情況處于供電中斷狀態(tài)時，應急供電系統(tǒng)能立即自動啟動，保持船舶各種電力設備正常運行。
2.2船舶電網(wǎng)的結構和工作方式
船舶電力系統(tǒng)各部分裝置的功能和作用大不相同，根據(jù)一定的分類條件，通常可以將船舶電力裝置分為以下兩種類型：電源裝置和負載裝置。一般情況下，電源轉換設備是獨立進行供電的，以確保自己的獨立操作條件下具有超強的穩(wěn)定性。然而電力轉換裝置的不同形式的串聯(lián)，平行并聯(lián)，復合串并聯(lián)等接電方式的不同都會影響船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。每個電源轉換裝置的交互和行動會影響配電系統(tǒng)的性能和模塊本身。電網(wǎng)是全船電纜電線的總稱。是聯(lián)系發(fā)電機、主配電板、分配電板和負荷見的中間環(huán)節(jié)，是將電源的電能輸送到負荷端的媒介。電網(wǎng)根據(jù)連接的負荷性質可分為：動力電網(wǎng)、照明電網(wǎng)、應急電網(wǎng)、低壓電網(wǎng)、弱電電網(wǎng)。在海上航行時，船舶的電力系統(tǒng)電壓普遍不高，但由于其回路較短，總電阻較小，所以實際電流往往過大，很容易造成過載現(xiàn)象的發(fā)生，因此必須配備實時電流檢測器和保護器來保護船舶電網(wǎng)的安全。船舶上各性質相近的用電設備都由相應的單獨電網(wǎng)供電，可分為：船舶電力網(wǎng)，由總配電板直接供電，供給各種船舶輔機的電動拖動。照明電網(wǎng)，提供船舶內(nèi)外照明。弱電裝置電網(wǎng)，包括電傳令鐘、舵角指示器、電話設備、火警信號及警鈴等。應急電網(wǎng)，包括應急照明、應急動力（如舵機電源）、助航設備電源等。其它裝置電網(wǎng)，如充電設備、手提行燈等。船舶電網(wǎng)很小，如果有較大負載準備掛網(wǎng)運行，船舶電力系統(tǒng)會自動向集控臺中央處理系統(tǒng)發(fā)出信號，并且啟動一臺機組備用，增大電站容量來防止電網(wǎng)波動。要注意防止漏電，保證在船舶上有限的電能能夠盡量應用到動力上去，船舶電力系統(tǒng)工作范圍小，因此設備應當更加精密，防止出現(xiàn)不必要的問題。還應當加強對船舶電力系統(tǒng)的實時檢修和監(jiān)管，船上要配備專業(yè)的電工人員，不斷的對整船的電網(wǎng)和發(fā)電裝置等進行巡回檢查，及時發(fā)現(xiàn)疏漏之處，并及時地修復，避免出現(xiàn)大的問題。
3如何提高船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性
3.1通過matlab建模方法進行提高
機械、電氣以及航海雷達等自動化數(shù)字控制技術逐漸被應用到航海船舶設計和駕駛當中去，這就對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求，電力工程師在進行基礎的電力模塊設計時，不僅要遵循基本的電路設計規(guī)程，還要注意船舶不同工作環(huán)境下其動態(tài)特性等其他特殊條件的分析考證，有必要為船舶電力系統(tǒng)設計人員提供準確，可靠，快速，有效的計算方法。具體數(shù)據(jù)安排方法，采用二叉樹形式的計算機語言來表示。數(shù)學物理建模，主要是通過C語言和C++語言，在MATLAB等計算機設計編程環(huán)境下，進行模擬模型的建立。通過模型建立之后，再對船舶電路電網(wǎng)可能出現(xiàn)的問題進行實際的模擬，可以看出，船舶電力系統(tǒng)的紊亂主要是電流不穩(wěn)定引起的，通過建模還能找到最佳的解決方案，幫助紊亂的船舶電力系統(tǒng)在短時間內(nèi)盡快恢復到正常水平，避免發(fā)生更大的麻煩，甚至導致整個系統(tǒng)癱瘓。船舶電力系統(tǒng)的核心主要是發(fā)電系統(tǒng)、輸電網(wǎng)絡、負載等，可以圍繞船舶電力系統(tǒng)的發(fā)電機建模展開，重點是對是船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究，這是數(shù)學物理模式過程中的關鍵內(nèi)容。發(fā)電機主要有電力發(fā)生裝置和電磁轉換系統(tǒng)組成，現(xiàn)有的發(fā)電機主要是由法拉第電磁產(chǎn)生原理來進行設計的，因此要注意防止磁化等現(xiàn)象的發(fā)生，防止對航海雷達和羅盤等造成干擾。航海船舶最重要的是安全，電力系統(tǒng)能否在各種惡劣條件下保持穩(wěn)定，是能否保證航海安全性的最重要的部分。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，關鍵是靠保護電路的穩(wěn)定電阻，又稱穩(wěn)定負載，負載的設計也有許多規(guī)程可循，首先，負載要設計的合理均衡，電阻負載的合理串聯(lián)和并聯(lián)，可以大大提高船舶電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，避免造成更大的破壞。其次，當電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題不能正常運行時，發(fā)電機需要具備應急機制。船舶電力系統(tǒng)不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)無法預見的小故障，而顯得故障不及時地發(fā)現(xiàn)并進行整改修補，可能會釀成大禍，給航海安全造成威脅，因此，要通過數(shù)學物理建模的方法，盡可能的模擬航海電路可能出現(xiàn)的問題，并加以預防。
3.2通過軟件計算的方法進行提高
信息時代，任何計算等都可以使用微型計算機來進行，各種計算和模擬分析的軟件也是層出不窮，模擬的真實性也越來越高，可信度和有效性都越來越好。此外，船舶電源發(fā)生故障的過程可以通過計算機的數(shù)字模擬軟件進行模擬分析和優(yōu)化。這些都是計算機軟件工具，相比傳統(tǒng)的計算方法，可以節(jié)省人力和時間。船舶的閉合電路系統(tǒng)是很小型但是復雜多樣的，人工模擬是不現(xiàn)實的，而通過計算機軟件便可以輕易的解決。現(xiàn)在新型中大船舶的電氣系統(tǒng)越來越復雜，通過計算機模擬計算的難度也越來越大，以往的簡單PC端的電腦軟件已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)有的需求，因此需要及時地推出新的微機計算軟件來對電力電路系統(tǒng)進行模擬，繪制電路圖和工程圖像，進行合理的分析。
4結語
船舶運輸，作為目前國內(nèi)外大型設備和人員的客貨兩用運輸途徑之一，在交通運輸業(yè)當中發(fā)揮著巨大的作用，在海洋經(jīng)濟不斷發(fā)展的今日，水路運輸更是離不開船舶技術的發(fā)展，而航海安全是首要保障。為了給客貨運輸提供更好的服務，應當在船舶設計過程中，注意電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性設計，控制電力系統(tǒng)在工作時候的穩(wěn)定性，為船舶電力的穩(wěn)定性做出保障，為航海安全性的提升做出貢獻。
參考文獻：
[1]王守相，李繼平，王成山，配電網(wǎng)三相潮流算法比較研究[J]電力系統(tǒng)及其自動化學報,2013(2):26-31.
[2]李志軍,楊梅,劉艷萍.matlab在同步發(fā)電機仿真中的初始化問題,大電機技術,2013(6):62-66.
作者：吳東寶 單位：廣州港工程管理有限公司
