第４２卷第２期应一一一用一一一科一一一技Ｖｏｌ．４２?．２２０１５年４月
ＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ａｐｒ．２０１５
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９?６７１Ｘ．２０１４０７００１
网络出版地址：一种用于船舶电网的并联型ＡＰＦ仿真分析
赵群
渤海船舶职业学院，辽宁葫芦岛１２５００３
摘一要：非线性电力电子装置在船舶电力系统中得到广泛应用的同时，对船舶电网也造成了一定量的谐波污染三谐波污染不仅会影响船舶电网中用电设备的可靠性而且还会对其安全运行造成隐患，势必要对电网中的谐波进行治理三有源电力滤波器（ＡＰＦ）能够有效对电网中的谐波进行抑制，是目前常用的谐波治理方法三本文结合船舶电网的实际情况建立了可用于船舶电网谐波治理的并联ＡＰＦ模型，并对传统有源电力滤波器的谐波电流检测方法进行改进，提出运用自适应滤波器来实现传统谐波电流检测方法中的低通滤波器，能够快速而准确的对电网谐波电流进行检测三仿真结果表明本文所提算法和建立模型的正确性和有效性三
关键词：谐波抑制；有源电力滤波器；自适应滤波器；瞬时无功功率理论
中图分类号：ＴＭ９３５一一一一一一文献标志码：Ａ一一一一一一文章编号：１００９?６７１Ｘ（２０１５）０２??
Ａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｈｕｎｔａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｆｉｌｔｅｒｆｏｒ
ｓｈｉｐｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ
ＺＨＡＯＱｕｎ
ＢｏｈａｉＳｈｉｐｂｕｉｌｉｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＨｕＬｕＤａｏ１２５００３，Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｓｈｉｐｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｓｈｉｐａｌｓｏｃａｕｓｅｄａｃｅｒｔａｉｎａｍｏｕｎｔｏｆｐｏｗｅｒｈａｒｍｏｎｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｈａｒｍｏｎｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎｗｉｌｌｎｏｔｏｎｌｙａｆｆｅｃｔｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｅｌｅｃ?ｔｒｉｃａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｈｉｐｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ｂｕｔａｌｓｏｃａｕｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓｆｏｒｉｔｓｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｓｏｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｓｈｏｕｌｄｍｕｓｔｂｅｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ．ＡｃｔｉｖｅＰｏｗｅｒＦｉｌｔｅｒ（ＡＰＦ）ｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｕｐｐｒｅｓｓｈａｒｍｏｎｉｃｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｕｒｒｅｎｔｌｙｕｓｅｄｍｅｔｈ?ｏｄｓ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｈｉｐｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ａｓｈｕｎｔＡＰＦｍｏｄｅｌｈａｄｂｅｅｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｈｉｃｈｃａｎｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｏｆｔｈｅｓｈｉｐｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ｂｅｓｉｄｅｓ，ｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｈａｒｍｏｎｉｃｃｕｒｒｅｎｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＡＰＦ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｆｉｌｔｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｏｗｐａｓｓｆｉｌｔｅｒ，ｗｈｉｃｈｃａｎｄｅｔｅｃｔｓｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｃｕｒｒｅｎｔｆａｓｔａｎｄａｃｃｕｒａｔｅ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｌ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈａｒｍｏｎｉｃｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ；ａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｆｉｌｔｅｒ；ａｄａｐｔｉｖｅｆｉｌｔｅｒ；ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｔｈｅｏｒｙ收稿日期：２０１４?０７?０７．一一网络出版日期：．作者简介：赵群（１９７９?），男，讲师．
通信作者：赵群，Ｅ?ｍａｉｌ：ｚｈａｏｑｕｎ２０１１＠１６３．ｃｏｍ．
一一电力电子装置在近３０年来大量的投入到了船舶电网中，随着容量越来越大，特别是大量的变流器二整流器以及逆变器装置等非线性电力电子装置在电网中的比重越来越大，为船舶电网带来了严重的谐波污染，极大地降低了电力系统的电能质量［１］，对船舶的安全与经济运行造成了直接的影响，因此，有必要对谐波治理的方法进行研究与探讨三
电网谐波的治理方法主要有２种：一种是预防
性措施；另一种是补救性措施［２］三目前应用较多的
是后者，也就是在电网中使用滤波器，包括无源滤波
器和有源电力滤波器（ＡＰＦ）两类［３?５］三然而，由于无源滤波器只能吸收电网中固定某次的谐波且受电网环境影响较大，因此，现如今研究与应用较多的是有源电力滤波器三它是一种主动对电网中的谐波进行治理的电力电子装置，能够在补偿谐波的同时也对无功功率进行补偿三
ＡＰＦ的补偿性能受到谐波电流检测精度与速度的影响，传统ｉｐ－ｉｑ检测算法检测效果受到低通滤波器制约，难以同时获得较好的检测精度与较快的检测速度［６］三本文对传统检测算法进行改进，利
https://www.doczj.com/doc/dd16016956.html,/kcms/detail/23.1191.u.20150325.1316.019.html
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用自适应滤波器实现低通滤波器，很好的改善了检测效果，并利用Ｍａｔｌａｂ的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ工具对并联型ＡＰＦ进行了仿真分析，验证了改进的算法和所建模型正确性和有效性三
１一并联型ＡＰＦ原理
１．１一并联型ＡＰＦ结构
一一并联型ＡＰＦ
与谐波源并联接入电网，向电网注入补偿电流，表现出电流源的特性［７］三其结构图如图１所示三
图１一并联型ＡＰＦ结构
从图１中可以看出，并联型ＡＰＦ主要由４部分构成：指令电流运算电路二ＰＷＭ控制信号发生电路二主电路驱动电路以及主电路三并联型ＡＰＦ的基本工作原理是［８］：首先，并联型ＡＰＦ的谐波检测电路对谐波源侧的电网电流进行检测，运算出电网所需补偿电流的指令电流；接着，指令电流控制ＰＷＭ信号生成电路生成控制主电路逆变器相应的ＰＷＭ控制信号；最后，主电路电压型逆变器在控制信号的作用下，各个桥臂不断通二断，产生补偿电流，对电网进行谐波补偿三
假设ｉｌ是未补偿前船舶电网中的电流，ｉｌｈ为ｉｌ
中的谐波畸变成分，ＡＰＦ从电网中检测并运算出的
指令电流信号为ｉ?ｃ，ＰＷＭ控制信号生成电路在ｉ?
ｃ
与实际补偿电流ｉｃ作用下会生成控制主电路逆变器桥臂开关通二断的ＰＷＭ信号，进而控制主电路生成补偿电流，与电网中的谐波电流ｉｌｈ相互抵消，获得基波电流，实现谐波补偿三其公式表示为ｉｓ＝ｉｌ＋ｉｃ
ｉｌ＝
ｉｌｆ＋ｉｌｈｉｃ＝－ｉｌｈｉｓ＝ｉｌ＋ｉｃ＝ｉｌｆì?
í
?????
?（１）
式中：ｉｌｆ为电网电流中的基波分量三
１．２一谐波电流检测算法及其改进方法
谐波电流检测算法应用与研究最多的是ｉｐ－ｉｑ
算法，它是以Ｈ．Ａｋａｇｉ在１９８３年提出的瞬时无功
功率理论为基础，计算三相电路的瞬时有功电流ｉｐ和瞬时无功电流ｉｑ，进而计算获得电网中的谐波分
量［９］三其谐波检测原理图如图２所示三
图２一
ｉｐ－ｉｑ谐波检测原理图
图２中，ｉａ，ｉｂ，ｉｃ是电网中负载三相电流的瞬时
值，式（２）给出了根据瞬时无功功率理论可以得出的瞬时有功电流ｉｐ和瞬时无功电流ｉｑ三ｉｐｉｑé?êêù?úú＝ＣＣ３２
ｉａｉｂｉｃé?êêêêù?
úúúú（２）
式中：Ｃ＝ｓｉｎωｔ
－ｃｏｓωｔ－ｃｏｓωｔ－ｓｉｎωｔé?êêù?
úú
Ｃ３２＝２３１－１２－１２０３２－３２é?êê
êêêù?
ú
úúúúｉｐ和ｉｑ经过低通滤波器后会滤除他们中的高频
成分，获得直流分量ｉｐ二ｉｑ，再通过相应的 逆 运算（可由式（３）表示）就可以得到船舶电网中的基波分量，与原电流相减便可计算出电网中的畸变电流，也就是并联型ＡＰＦ的指令电流三
ｉａｆｉｂｆｉｃｆé?êêêêù?
ú
úúú＝Ｃ２３Ｃ－１ｉｐｉｑé?êêêù?úú
ú（３）
式中：Ｃ－１
＝ｓｉｎωｔ－ｃｏｓωｔ－ｃｏｓωｔ－ｓｉｎωｔé?êêù?úúＣ２３＝
２３１０－
１２３２－１２－３２é
?
êêêêêêêù?
úúúúúúú由上述分析可知，检测算法中运用到了低通滤波器，这就使得检测性能受到了低通滤波器截止频率的制约，不能够同时获得较快的检测速度与较高的检测精度三因此有必要对其进行改良三
经过研究实验，本文提出运用自适应滤波器来实现低通滤波器功能，能够很好的改善ｉｐ－ｉｑ谐波检测算法的检测性能，不仅能够提高检测精度，而且
四２四应一一一用一一一科一一一技一一一一一一一一一一一一一一一一第４２卷
加快了其动态响应速度三自适应滤波算法中，ＬＭＳ是最常用的算法，该算法结构简单，易于实现，且收敛速度快，具有较强的鲁棒性［１０?１２］三本文结合实际情况，用来实现低通滤波器功能的ＬＭＳ自适应滤波器如图３所示
三
图３一ＬＭＳ
自适应滤波器原理
一一图中，输入值ｉｐ（ｎ）为负载有功电流的采样值；滤波器的参考输入信号为直流量１；ω（ｎ）为参考输入的权值；ｙ（ｎ）是滤波器的输出ｉｐ（ｎ），它是有功电流ｉｐ（ｎ）的直流分量；ｅ（ｎ）是误差反馈信号，用来计算更新滤波器的权值ω（ｎ）三
ＬＭＳ自适应滤波算法表示为
ｙ（ｎ）＝１?ω（ｎ）
（４）ｅ（ｎ）＝ｉｐ（ｎ）－ｙ（ｎ）＝ｉｐ（ｎ）－ω（ｎ）
（５）根据ＬＭＳ准则，有权值的迭代公式：
ω（ｎ＋１）＝ω（ｎ）＋μｅ（ｎ）（６）
式中：μ为控制自适应滤波器收敛速度和使系统稳
定的迭代步长因子三
在自适应滤波器中，视ｉｐ（ｎ）的直流分量为滤
波器的期望信号，干扰信号为ｉｐ（ｎ）中的谐波分量总和三滤波器的权值ω（ｎ）通过误差反馈信号ｅ（ｎ）的控制，跟踪滤波器的最佳权值的变化，使得滤波器的输出ｙ（ｎ）跟踪ｉｐ（ｎ）中直流分量的变化，输出直流分量，从而实现低通滤波器功能三
１．３一并联型ＡＰＦ控制策略
并联型ＡＰＦ原理可知，主电路逆变器若要产生
准确的补偿电流，其开关器件必须要在比较精确地控制下进行通断操作，而起控制信号是由ＰＷＭ控制电路来提供的三因此，ＰＷＭ信号的产生对整个ＡＰＦ而言就是一个十分关键的组成部分三一般而言，ＰＷＭ信号由指令运算电路所发出的指令电流和主电路生成的补偿电流间的某种相互关系来产生，这种关系就是ＡＰＦ的控制策略，这种控制策略能够控制ＰＷＭ信号，以此来控制补偿电流跟踪指令电流的变化，进而保证补偿电流的准确性［１３］三
若要对一个电网的谐波电流进行较为精确地补
偿，那么就需要并联ＡＰＦ产生的补偿电流能够很精确地跟随指令电流的变化而变化，ＡＰＦ的控制方式
就显得尤为关键三本文采用目前常用的滞环比较法来产生控制主电路的ＰＷＭ信号，原理如图４所示三
图４一滞环比较法原理
图４中，滞环比较器存在一个阈值，ｉ?ｃ是并联型ＡＰＦ对电网电流进行检测获得的谐波电流指令信号，ｉｃ是并联型ＡＰＦ经过ＰＷＭ控制实际输出的
补偿电流信号，将他们做差后就会的到得到Δｉｃ，它与阈值相比较就可以产生控制主电路逆变器相关器
件通断的ＰＷＭ信号三
１．４一直流侧稳压控制并联型ＡＰＦ主电路的逆变器是电压型逆变器，
前述可知其直流侧带有一个电容Ｃ，充当着电压源的作用三电容Ｃ两端的电压决定着逆变器产生的补偿电流能否准确的对电网谐波中谐波电流进行补偿，电容Ｃ两端端电压的稳定是并联型ＡＰＦ对电网谐波电流准确补偿的前提，从而产生准确的ＰＷＭ控制信号［１４］三
电容Ｃ两端的电压对逆变器输出补偿电流造
成的影响主要有２个：一个是在电压过低时容易出现欠补偿现象，使得逆变器输出的补偿电流难以保证有较高的精度；另一个是在电压较高时，容易出现过补偿现象，在这种情况下，逆变器输出的补偿电流会多出额外的谐波电流注入电网，干扰ＡＰＦ对电网谐波电流的补偿三因此，若要获得较为理想的补偿效果，就必须保证电容Ｃ两端的电压维持在一个比较稳定的值三然而，ＡＰＦ自身并不能维持电容Ｃ两端电压维持在一个稳定的范围内，需要借助外部措施来解决这种问题，避免过补偿或者欠补偿对补偿性能的影响三由于电容Ｃ的作用相当于一个电压源，因此，本文对直流侧电压进行控制的方法是将直流电容用一个单独的直流电源来代替，相当于直流侧电容Ｃ两端电压能够维持在一个稳定的值三
２一并联型ＡＰＦ仿真建模分析
２．１一建立仿真模型
船舶电网属于低压配电网，三相三线制并联
ＡＰＦ能够很好的满足船舶电网谐波抑制的要求三本文运用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ工具对并联型ＡＰＦ进行了仿真建模，仿真模型如图５所示三
四
３四第２期一一一一一一一一一一一一一一赵群：一种用于船舶电网的并联型ＡＰＦ仿真分析一一
图５一并联型ＡＰＦ仿真模型一一从图５可以看出，
本文所建立的仿真验证模型主要分为３个部分：谐波源二并联型ＡＰＦ以及电压源三其中，电压源的参数为３８０Ｖ，５０Ｈｚ；谐波源采用了三相桥式全控整流电路来进行仿真，其仿真模型如图６所示三
图６一谐波源模型
从图６中可以看出，本文所建立的谐波源模型由三相可控硅整流桥构成，其中，同步六脉冲发生器和可控硅整流桥共同组成完整的可控硅整流电路，通过给定的脉冲发生器输入端ａｌｐｈａ＿ｄｅｇ输入参数，可以控制整流桥门极触发脉冲的触发角大小，本文触发角为３０?，整流带阻感为Ｒ＝１００Ω二电感Ｌ＝１０ｍＨ三
２．２一仿真结果分析
由于电网的三相负载对称，所以电网三相电压有着相同的波形不同的相位，只需要对一相分析即可，本文以Ａ相为例三图７给出了在ＡＰＦ没有对电网谐波进行补偿情况下电网Ａ相的电流波形三
图７一补偿前Ａ相电流波形
一一从图中可以看出，在未对电网谐波进行补偿时，电网Ａ相电流发生了明显的畸变，通过Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中的ｐｏｗｅｒｇｕｉ模块分析后可以知道电网Ａ相电流的谐波畸变率ＴＨＤ＝１３．０１％三图８和图９给出了本文所建立并联型ＡＰＦ投入到电网后所检测到的电网谐波电流以及对电网谐波电流补偿后的波形图三
图８一电网Ａ相谐波电流
图９一补偿后Ａ相电流波形及其频谱分析
一一从图８和图９中可以在运用本文所建的并联型ＡＰＦ对电网谐波电流进行补偿后，Ａ相电流的畸变程度显著降低，ＴＨＤ＝３．５８％，电网电能质量得到明显改善，验证本文所提谐波电流检测算法以及所建立的并联型ＡＰＦ模型的正确性和有效性三
３一结论
随着船舶电力系统中的非线性电力电子装置的广泛应用，使得船舶电网中存在着大量的谐波污染，降低了电网的电能质量，影响着用电设备的安全与经济运行三为改善电能质量，本文对传统船舶电网谐波治理方法 有源电力滤波器进行了研究，提出低通滤波器是制约其性能的主要环节，并对其进行了改进，运用ＬＭＳ自适应滤波器来实现谐波检测算法中的低通滤波器，很好地提高了检测性能三最后，针对船舶电网低压配电网建立了完整的并联型ＡＰＦ模型，仿真结果表明，所提谐波电流检测算法和所建立的并联型ＡＰＦ模型的正确性和有效性三参考文献：
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四４四应一一一用一一一科一一一技一一一一一一一一一一一一一一一一第４２卷
ｈａｒｍｏｎｉｃｃｕｒｒｅｎｔｓｂｙｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｘｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃｏｎｓｉｄｅｒａ?ｔｉｏｎｓｏｎｂａｓｉｃｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＡｐ?ｐａｒａｔｕｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓ，１９７１（５）：２００９?２０１９．［６］王群，姚为正，王兆安．低通滤波器对谐波检测电路的影响［Ｊ］．西安交通大学学报，２００２，３３（４）：５?８．［７］王群，姚为正，刘进军，等．谐波源与有源电力滤波器的补偿特性［Ｊ］．中国电机工程学报，２００１（２）：１７?２１．［８］王雅，魏文新，张维．优化复合控制技术在有源电力滤波器中的应用［Ｊ］．船电技术，２０１２（５）：２２?２５．［９］ＡＫＡＧＩＨ，ＫＡＮＡＺＡＷＡＹ，ＮａｂａｅＡ．Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｔｈｅｏｒｙｏｆｔｈｅｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｉｎｔｈｒｅｅ?ｐｈａｓｅｃｉｒｃｕｉｔｓ［Ｃ］／／ＩＥＥＥ＆ＪＩＥＥ．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓＩＰＥＣ．Ｔｏｋｙｏ，１９８３：１３７５?１３８６．
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四５四
第２期一一一一一一一一一一一一一一赵群：一种用于船舶电网的并联型ＡＰＦ仿真分析一一
浅析船舶综合电力系统 1.引言 船舶综合电力系统是船舶动力的发展方向，是造船技术发展史上的又一个革命性的跨越，其主要特点是将推进动力与电站动力合二为一。该项技术正在逐步成熟、完善。以美、英、法为代表的发达国家率先引入综合电力系统这一概念，并积极开展研究、试验和应用到船艇。 2.综合电力系统概述 综合电力系统的思想基础是降低未来船舶的总成本，优化船舶总体、系统和设备的组成。其设计理念是突出系统化、集成化和模块化。在船舶平台上的具体实现途径是将全船所需的能源以电力的形式集中提供，统一调度、分配和管理。 美国海军提出的综合电力系统主要包括发电、配电、电力变换、电力控制、平台负载、推进电机、能量储存等七个模块。其中，发电模块将其它形式的能量转化为电能，经全船环形电网向各区域配电系统供电；电力控制模块对配电模块实行电能分配和监控；配电模块将电力输送到电力负荷中心，再分配到各用电设备；电力变换模块将一种形式的配电模块转化为另一种形式的配电模块；推进电机模块用于船舶推进；平台负载模块是一个或多个配电模块的用户；能量储存模块用于储存电能，维持整个供电系统的稳定。 采用综合电力系统的船舶与传统船舶比较，具有的主要优势为： 便于采用分段和模块化建造，使用维护费用低，经济性好；噪音低，可提高船舶的安静性和舒适性，提高舰艇的战斗力和生命力；调速性能好，控制方便，倒车简便、迅速，提高船舶的机动性；布置灵活、设计方便、可靠性高，可维修性好、生命力强；便于实现自动化，减少船员；适用性强，可广泛采用各种电子设备和先进的推进技术，对于舰艇而言，可以使用诸如激光武器、电磁炮等高能武器。 3.综合电力系统的发展现状 近十来年，船舶的电力推进技术已进入应用阶段。目前，不同类型的船舶，如一些科考船、破冰船以及邮轮采用了电力推进系统。推进电机采用直流、交流同步电动机或交流感应电动机。研究报告显示，虽然商船的综合电力推进系统提高了船的建造费用，但其运行和支持费用，及其生命周期里的整个费用却降低了。上世纪九十年代，一些商船业公司，如ALSTOM、ABB、SIEMENS等，已形成了企业内部的商船业电力推进标准。有人统计，八十年代后期建造的1000吨以上的商船中采用柴－电推进的约占25％，到九十年代中期，此类船舶中有35％以上采用电力推进，且该比例正在呈逐年上升的趋势。据统计，到2000年，全世界商船电力推进的装机总容量约为4200MW。 美国海军于1980年建立了综合电力驱动计划，希望通过将船舶日用电力系统和推进电力系统合而为一，进一步提高战船的性能。1990年后，美国海军将注意力转到提高船舶的能购性上，研究计划转为综合电力系统(IPS：Integrated Power System)项目。针对当时水面战斗舰艇(SC-21，现转型为DD（X）)的概念设计，美海军完成了费用和效能评估。2002年4月29日，美国海军宣布英格尔斯造船公司、诺斯罗普格鲁曼船舶系统公司为DD(X)的设计主承包商，设计承包合同总价款为28亿多美元，执行期至2005财政年度。DD(X)设计合同的签署意味着美国海军水面舰艇革命性变革的开始。综合电力系统强调的主要技术目标为增加可操作性和支持柔性设计。美海军计划2003年开始，用3年多时间完成11个工程开发模块的建造和试验，并通过充分的陆试和海试去降低技术风险，争取2005年技术定型，2012
摘要：为了保证船舶电力系统的供电连续性，及最大可能的缩短船舶停电时间，在分析了船舶电力系统 故障特点的基础上阐述了基于继电保护信息的船舶电力系统故障诊断专家系统的设计)根据故障现象的不同 将整个诊断系统划分为输电线路诊断和其他设备诊断两个模快)在知识表示上根据船舶电力系统的特点采用 了框架与产生式相结合的方式，同时为了处理故障识别过程中的不确定问题，引入了模糊规则)本系统在对哈 尔滨工程大学的船舶电力系统仿真装置诊断时，能够正确、快速的得出诊断结论)因此这种船舶电力系统的故 障诊断方法是行之有效和值得推广的 一．船舶电力系统的组成 1.1船舶电力系统的组成及特点 1）船舶电力系统的组成 船舶电力系统是由电源装置、配电装置、电力网和负载组成并按照一定方式连续的整体，是船上电能产生、传输、分配和消耗等全部装置和网络的总称。其单线图如图1所示。
（1）电源装置。将机械能、化学能等能源转化为电能的装置。船舶电源主要是指发电机和蓄电池。 （2）配电装置。对电源和用电设备进行保护、监测、分配、转换、控制的装置。（3）船舶电力网。是全船电缆电线的总称，也是电能的产生者（各种电源）和电能的消耗者（各类用电设备）的中间传递环节。船舶电力网根据其所连接的负载性质和类别可以动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和弱电电网等。 （4）负载。即用电设备。船舶负载有：甲板机械、船舶舵机、动力装置用辅机（为主机和主锅炉等服务的辅机，如主机滑油泵、海水冷却泵、淡水冷却泵和鼓风机等）、舱室辅机（生活水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等）、电力推进装置（主电力推进装置、首尾侧推装置等）、机修机械（车床、钻床、电焊机等）、冷藏通风（冷藏集装箱、空调装置、伙食冷库和通风机等）、照明装置、船舶通信导航设备（无线电通信设备、导航和船内通信设备）等。 2）船舶电力系统的特点 根据船用负载的特点，船舶电力系统的电站容量、连接方式、电压等级、配电装置等与陆上电力系统有着很大的差别。从驱动发电机的原动机形式分类，船舶发电机组有柴油发电机组、蒸汽发电机组、汽轮发电机组、轴带发电机组等。船舶电站的单机容量一般不超过1000kw，装机总功率也不超过5000kw，相比陆上要小的多。船舶电力系统大多采用多台同容量同类型的发电机组联合供配电的方式，以方便管理维护。正常航行时仅有1台或2台发电机向电网供电，但是要求船舶发电机组有较高品质的调速和调压装置来满足负载变化、在突发局部故障时也能保障船舶发电机组有较高品质的调速和调压装置来满足负载变化、在突发局部故障时也能保障船舶安全运行。船舶电网的输电距离短，线路阻抗低，各处短路电流大。短路电流所产生的电磁机械应力和热效应应易使开关、汇流排等设备遭受损伤和破坏。因此，船舶输电电缆采用沿舱壁或舱顶走线，电缆的分支和转接均在配电板(箱)或专设的分线盒内完成，不允许外部有连接点。 1.2船舶电力系统的基本参数 船舶电力系统的基本参数是指电流种类（电制）、额定电压和额定频率的等级。
模块七船舶电站 教学目标： 1、具备根据图纸说明书等资料看懂电站各电力系统的组成、制定维护计划能力。 2、具备船舶电力系统操作、故障分析、故障判断和排除的能力。 第一单元船舶电力系统 一、船舶电力系统的组成 船舶电力系统是指由一个或几个在统一监控之下运行的船舶电源及与之相连接的船舶电网组成并向负载供电的整体。换句话说，船舶电力系统是由电源装置、配电装置、电力网和负载按照一定方式连接的整体，是船舶上电能产生、传输、分配和消耗等全部装置和网络的总称。 其电力系统单线图如图7—1所示。 1．船舶电源装置 电源装置是将机械能、化学能等能源转变成电能的装置。船舶常用的电源装置是发电机组和蓄电池组。 2船舶配电装置 配电装置是对电源即发电机发出的电能、电力网和电力负载进行保护、分配、转换、控制和检测的装置。根据供电范围和对象的不同，它可分为主配电板、应急配电板、动力分配电板、照明分配电板和蓄电池充放电板等。 3船舶电力网 它是全船电缆和电线的总称。其作用是将各种电源与各种负载接一定关系连
接起来。船舶电力网根据其所连接负载的性质，可分为动力电网、照明电网、应急电网和小应急电网等。 4负载 船舶电力负载即用电设备，按系统大体可分为以下几类： (1)动力装置用辅机：为主机和主锅炉等服务的辅机，如滑油泵、海水冷却泵、淡水冷却泵和鼓风机等。 (2)甲板机械：包括锚机、绞缆机、舵机、起货机、舷梯机和起艇机等。 (3)舱室辅机：包括生活用水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等。 (4)机修机械：包括车床、钻床、电焊机和盘车机等。 (5)冷藏通风：包括空调装置、伙食冷库等用的辅机和通风机等。 (6)厨房设备：包括电灶、电烤炉等厨房机械用辅机和电茶炉等。 （7）照明设备：包括机舱照明、住舱照明、甲板照明等照明设备和航行灯、信号灯以及电风扇等。 （8）弱电设备：包括无线电通信、导航和船内通信设备等。 （9）自动化设备及其他：例如，自动化装置、蓄电池充放电设备、冷藏集装箱和艏侧推装置、电力推进船舶或特种工程船舶使用的推进电动机、生产机械和专用设备等。 由上述不难看出，船舶电力系统的核心（电站）主要是主发电机和主配电板。这是因为船舶主发电机的控制和监测等功能均由主配电板完成的，这是船舶电站的特征之一。因为船舶配电的主要功能也是由主配电完成的，所以主配电板是电力系统的主要组成部分，是保证供电质量的关键。配电装置与电力网是密切相连的，其主要任务是根据各用电设备（负载）的性质和容量便是的选择供电方式、电缆和开关。 电力系统必须合理选择保护装置，对电源（发电机）和用电设备（负载）加以保护，提高电力系统的供电连续性。 二、船舶电力系统的基本参数 船舶电力系统的基本参数是指电流种类(电制)、额定电压和额定频率的等级。选择合适的电气参数，可以保证船舶电力系统的可靠性和稳定性。
八、某简单系统如图若在K点发生三相短路，求使得系统保持暂态稳定的极限切除角。 2 2 九、某电厂有两台机容量均为50MW ,耗量特性分别F1= 0.01P1+ 1.2P1+ 10 , F2= 0.02P 2+ P2+ 12 ,最小技术负荷为其容量的25% ,求电厂按图示负荷曲线运行时如何运行最经济？
10.75 10.56 10.75 27.晨小技术员荷为：5O 敦 忑二12,5 0.02P l + 1,2 = 0.04P ； ÷ 1 2P 1 + 120 = 4P- ÷ Ioo O-12 A : PZ = 15 - P l 2P 1 =4(15 - P ； ) 一 20 4?: P I =X 6.7 P 1 ττ 8.3 VP L = I5只館同一台机运行 故取 P I =O P 2 = 15 12 - 24点电=80 -片 2P 1 =4(80 -P l )- 20 得：PL= 50 P i = 30 满足不芍约束条件 十、有一台降压变压器如图所示，其归算至高压侧的参数为 4.93 + j63.525 Ω已知变压器母线在任何方式下 均维持电压为107.5KV ,其低压侧母线要求顺调压， 若采用静电电容器作为补偿设备， 试选择变压器分接头 和无功 补偿设备容量。 VL∏?κ 二 HP. 5 - -?(J I3 ? ■525 = 98.7 KV 107 5 f2!∣S?小负苛时无补糅常祝衰逻择变压薛分接头 U^-=IQ2.96X J 17^ = 105.35KV 选用 1102-5% 3P 107.25/IIKV (2?) ?fi≠Z??时调压要衷礁宇Q ：：客说 Qt:=書X (U)-25 - 98" X Jθ7? t 勺弩产 ^ 1,95M??u 补黑迓? ?码投人 1? X 4.93j√B ■5 "J .95J X 63.325 舲 拓相一 107.5 UI = 99.8$ 冥詰‘劳=10-24KV 100? ms. S√!v?I ftl !■: U ra ' - ω2.96×n∕107.Λ? - tβ^6K ?' 102.96KV (3 ?) 解 X 100%
船舶电站 第一节舰船电力系统 一、船舶电力系统的组成 由发电、变配电、输电和用电四部分设备构成的统一整体称为电力系统.船舶电力系统也可分为船舶电站、船舶电网和用电设备。船舶电力系统的示意图如图1-1所示。 船舶电站由原动机、发电机和主配电装置组成。 船舶电网是全船电缆电线和配电装置以一定方式连接起来各种用(和电能的消费者)各种电源(的组合体，是联系电能的生产者．
电设备)的中间环节，担负分配和输送电能的任务。船舶电网按其所联系的负载性质分为动力电网、照明电网、应急电网、弱电电网等。 配电装置是用来接收和分配电能，并对电力系统进行保护、监视、测量、指示、调整、变换和控制等工作的设备。配电装置可以分为属于船舶电站的主配电板(Main Switch Board,简写为MSB )，船舶电网中间的分配电板(Section Switch Board，简写为SSB)；属于应急电力系统的应急配电板(Emergency Switch Board,简写为ESB)，蓄电池充放电板(Charging and Discharging Panel，简写为CDP )。分配电板又可分为动力配电板和照明配电板。 船舶用电设备即负载，分为四类： (1)船舶各种机械的电力拖动，包括甲板机械(舵机、锚机、绞缆机、起货机等)、舱室机械(各类油泵、水泵、空压机、通风机、空调设备等)、电力推进和工作船舶用的生产机械. (2)船舶照明设备，包括工作场所、生活舱室的各种照明灯具和航行、信号灯具等。 (3)船舶通讯和导航设备 (4)舰船上生活所需的其它用电设备，如电热器、冰箱、电视机等。 总之，船舶电站是船舶电力系统的核心，它在船舶整体设计中占有很重要的位置，特别是在现代自动化船舶上万显得尤为突出。 二、船舶电力系统特点 变配电装船舶电力系统由发电设备、和陆上电力系统一样， 置、输电网络、用电设备等，按一定的联接方式组成。但由于负荷特
作业一 1、什么叫电力系统、电力网及动力系统？电力系统为什么要采用高压输电？ 答：把生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体成为电力系统。 电力系统加上发电厂的动力部分就称为动力系统。 电力系统中输送和分配电能的部分就称为电力网 当输送的功率和距离一定时，线路的电压越高，线路中的电流就越小，所用导线的截面积可以减小，用于导线的投资也越小，同时线路中的功率损耗。电能损耗也相应减少。2、为什么要规定额定电压？电力线、发电机、变压器和用电设备的额定电压是如何确定的？答：为了使电力设备生产实现标准化和系列化，方便运行、维修，各种电力设备都规定额定电压。 电力系统的额定电压和用电设备的额定电压相等。 发电机的额定电压比网络的额定电压高５％。 变压器一次绕组和额定电压与网络额定电压相等，但直接与发电机连接时，其额定电压等于发电机额定电压。变压器二次绕组的额定电压定义为空载时的额定电压，满载时二次绕组电压应比网络额定电压高１０％。 3、我国电网的电压等级有哪些？ 答：０.２２ｋｖ、０.３８ｋｖ、３ｋｖ、６ｋｖ、１０ｋｖ、３５ｋｖ、１１０ｋｖ、２２０ｋｖ、３３０ｋｖ、５００ｋｖ、７５０ｋｖ、１０００ｋｖ 4、标出图1-7电力系统中各元件的额定电压。 答：1T：１０.５ｋｖ、１２１ｋｖ、２４２ｋｖ T：２２０ｋｖ、１２１ｋｖ、 2 T：１１０ｋｖ、６.６ｋｖ、３８.５ｋｖ 3 T：３５ｋｖ、１１ｋｖ 4 T：１０ｋｖ、４００ｋｖ 5 T：１１０ｋｖ、３８.５ｋｖ 6
7T ：３５ｋｖ、６６ｋｖ 8T ：６ｋｖ、４００ｋｖ 9T ：１０.５ｋｖ、４００ｋｖ 作业二 1、一条110kV 、80km 的单回输电线路，导线型号为LGJ-150，水平排列，其线间距离为4m ，导线的计算外径为17mm,求输电线路在40°C 的参数，并画出等值电路。解： 对LGJ-150型号导线经查表得，直径d=17mm,km 2mm 5.31Ω=ρ。 于是有：半径r=17/2=8.5mm ，mm m D D D D ca bc ab 504004.5424433m ==???==单位长度的电阻：2031.5r 0.21(/)150 km s ρ===Ω()()() 140201200.21*10.003640200.225/r r r t km α==+-=+-=Ω????????单位长度的电抗为 m 150400.144510.01570.144510.01570.416(/)8.5D x lg lg km r =+=+=Ω单位长度的电纳为()66617.587.58b *10 2.73*10/5040lg lg 8.5m S km D r ---===集中参数为 () 1r 0.0225*8018R l ===Ω() 1x 0.416*8033.3X l ===Ω() 641b 2.73*10*80 2.18*10B l S --===()41.09*102 B S -=等值电路如图1 所示
船舶电器设备及系统试题五 船舶电力系统的组成 1、船舶电力系统的组成 船舶电力系统是由电源装置、配电装置、电力网和负载组成并按照一定方式连接的整体，是船上电能产生、传输、分配和消耗等全部装置和网络的总称。 ⑴电源装置：船舶电源主要是指发电机和蓄电池。从驱动发电机的原动机形式分类，船舶发电机组有（）发电机组、蒸汽发电机组、汽轮发电机组、（）发电机组等。 ⑵配电装置：对电源和用电设备进行保护、监测、分配、（）、控制的装置。 ⑶船舶电力网：是全船（）的总称。 ⑷负载：即用电设备。船舶负载有：动力装置用机舱辅机、舵机、甲板机械、舱室辅机、机修机械、冷藏通风、厨房设备、（）设备、通信（）设备、自动化设备及其他设备。 ①重要设备：是指推进、操舵和船舶安全所必需的设备，如舵机、动力装置用机舱辅机等，以及具有特殊（）船舶上的特殊设备。 ②次重要设备：是指为保持推进和操舵不必连续运转的设备，以及为保持船舶安全必需的设备，如（）、（）泵、压载泵等。 ③非重要设备：是指短时间不运转不会对船舶推进和操舵有损
害，也不危及乘客、船员、货物、船舶以及机械安全的设备，如舱室辅机、机修机械、（）设备等。 ④应急设备：是指在主电源失电后，需由应急电源供电的设备。 2、船舶电力系统的基本参数 船舶电力系统的基本参数是指（）种类、额定电压和额定频率的等级。当今，几乎所有大中型船舶均采用（）流电力系统。我国船舶交流低压用电设备的额定电压有110 V、220 V、380 V；我国船舶交流中压用电设备的额定电压有1kV、3kV、6kV、10kV。根据电源电压的额定值比同级电力系统用电设备的额定电压高（）%左右的原则，交流低压发电机的额定电压为（）V、230V、（）V；交流中压发电机的额定电压为（）kV、3.15kV、（）kV、10.5kV。我国《钢质海船入级与建造规范》规定：非电力推进船舶的限制电压为（）V，动力负载、具有固定敷设电缆的电热装置等的额定电压为380V，照明、生活、居室的电热器限制电压为（）V，额定电压为220V。我国交流船舶电力系统的额定频率采用（）Hz。 3、发电机容量及台数确定的原则 船舶电站容量和发电机组数量是从满足船舶用电的需求，并保证船舶的安全性和经济性而确定的。电站发电机组数量的选择和单机容量的确定既与电站容量有关，也与各工况的用电量（）和相对运行周期的（）有关。 货船和油船的运行工况为：航行工况、（）工况、（）工况、停泊工况与（）工况。
When the lives of employees or national property are endangered, production activities are stopped to rectify and eliminate dangerous factors. （安全管理） 单位：___________________ 姓名：___________________ 日期：___________________ 船舶电力系统的安全管理(通用 版)
船舶电力系统的安全管理(通用版)导语：生产有了安全保障，才能持续、稳定发展。生产活动中事故层出不穷，生产势必陷于混乱、甚至瘫痪状态。当生产与安全发生矛盾、危及职工生命或国家财产时，生产活动停下来整治、消除危险因素以后，生产形势会变得更好。"安全第一" 的提法，决非把安全摆到生产之上;忽视安全自然是一种错误。 船舶电力供电系统的稳定性，不但直接影响到船舶的安全，也影响到公司这一工作方针的实施。所以必须从以下几个方面入手，管理好船舶电力系统，为安全生产做坚实的保障。 一、辅机的管理 辅机作为发电机的原动力，直接带动发电机运行，它的可靠性，从某种意义上讲，也就是电站的可靠性。据不完全统计，船舶跳电，80%左右是由于辅机原动机的故障引起的。确保辅机原动机的可靠运行，是工作的重中之重。主管轮机员不但要有扎实的轮机知识，还要掌握相当的电气自动化管理知识，随着专职电机员的逐渐取消，机电合一，是大势所趋。只有懂电气知识的轮机员才能真正管理好燃油发电机： ◎燃油系统保持燃油纯净，运行压力与温度正常、稳定；爆压、排气温度正常。 ◎滑油系统保持滑油纯净，运行压力与温度正常、稳定，安保系
电力系统分析课后习 题解答
电力系统分析课后习题解答 第1章绪论 1-1 答：能保证电气设备正常运行，且具有最佳技术指标和经济指标的电压，称为额定电压。 用电设备的额定电压和电网的额定电压相等。 发电机的额定电压比所连接线路的额定电压高5％，用于补偿电网上的电压损失。 变压器一次绕组的额定电压等于电网的额定电压。 当升压变压器与发电机直接相连时，一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同。 变压器二次绕组的额定电压一般比同级电网的额定电压高10％。 当变压器二次侧输电距离较短，或变压器阻抗较小（小于7％）时，二次绕组的额定电压可只比同级电网的额定电压高5％。 1-2 答：一般情况下，输电线路的电压越高，可输送的容量（输电能力）就越大，输送的距离也越远。因为输电电压高，线路损耗少，线路压降就小，就可以带动更大容量的电气设备。 在相同电压下，要输送较远的距离，则输送的容量就小，要输送较大的容量，则输送的距离就短。当然，输送容量和距离还要取决于其它技术条件以及是否采取了补偿措施等。 1-3 答：是一个假想的时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。 1-4 解：（1）G：10.5kV；T-1：10.5kV/242kV；T-2：220kV/121kV，220kV/38.5kV；T-3：110kV/11kV；
T-4：35kV/6.6kV ；T-5：10.5kV/3.3kV ，（长线路） 10.5kV/3.15kV （短线路） （2）T-1工作于+5%抽头：实际变比为10.5/242×（1+5%）=10.5/254.1，即K T-1=254.1/10.5=24.2； T-2工作于主抽头：实际变比为K T-2(1-2)=220/121=1.818；K T-2(1-3)=220/38.5=5.714； K T-2(2-3)=121/38.5=3.143； T-3工作于-2.5%抽头：实际变比为K T-3=110×(1-2.5%)/11=9.75； T-4工作于-5%抽头：实际变比为K T-4=35×(1-5%)/6.6=5.038； T-5工作于主抽头：实际变比为K T-5=10.5/(3+3×5%)=3.333。 1-5 解：由已知条件，可得日总耗电量为 MW 204027041204902804100280450270=?+?+?+?+?+?+?+?=d W 则日平均负荷为MW 8524 2040 24=== d av W P 负荷率为708.012085max m ===P P k av ；最小负荷系数为417.0120 50max min ===P P a 1-6 解：系统年持续负荷曲线如图所示。 由题1-5可得年平均负荷为MW 858760 365 20408760=?== d av W P 最大负荷利用小时数为 h 6205120 3652040max max =?== P W T
文献综述 电气工程及其自动化 基于MATLAB/simulink的船舶电力系统建模与故障仿真前言 船舶电力系统是一个独立的、小型的完整电力系统，主要由电源设备、配电系统和负载组成。船舶电站是船上重要的辅助动力装置，供给辅助机械及全船所需电力。它是船舶电力系统的重要组成部分，是产生连续供应全船电能的设备。船舶电站是由原动机、发电机和附属设备（组合成发电机组）及配电板组成的。船舶电站运行的可靠性、经济性及其自动化程度对保证船舶的安全运营具有极其重要的意义。 船舶电力系统，作为一个独立的综合供电网络，既与陆上的大型供电网络有本质区别，又与由独立推进电站向推进电动机供电的情况不同。首先，船舶电力系统的电源和负载具有可比性，一般来说，船舶推进功率通常占供电网络总功率的60%-70%甚至更大，这对负载和电源的管理、系统组成、配置以及运行控制和调度提出了更高的要求。其次，在船舶电力系统中，以电力变换器与交流推进电动机的技术组合为核心的交流化技术得到了广泛的应用，而由此带来的电力谐波污染间题、变换器与电源以及传动系统之间的相互作用等问题，目前还缺乏有效的评估手段[1]。 船舶电力系统的建模方法有物理建模，数学建模，模块化建模。常用的建模软件有matlab、lingo、Mathematica和SAS等。MATLAB已经成为国际上最流行的科学计算与工程计算的软件工具，有人称它为“第四代”计算机语言，MATLAB 软件主要是由主包、Simulink和工具箱三大部分组成。船舶电力系统的故障类型有短路，断路等故障。 船舶电力系统建模方法 文献[2]采用了数学建模方法,根据柴油发电机组的动态特性,研究了船舶电力系统模型的结构和原理,建立了船舶电力系统模型,该系统可以仿真船舶电力系统的许多运行工况。给出了发电机组正常起动过程和滑油泵、侧推器先后起动时滑油泵电缆发生三相接地故障的仿真过程,对电力系统的参数整定和安全策略的选取有一定的参考价值。 文献[3]采用模块化建模方法，对船舶电力系统短路电流进行计算，船舶电力系统配电方式和保护装置选择，并对施耐德MerlinGerin品牌CompactNS系列塑壳式断路器的选型作了论述。
第一章 1、电力系统的额定电压是如何定义的？电力系统中各元件的额定电压是如何确定的？答:电力系统的额定电压：能保证电气设备的正常运行，且具有最佳技术指标和经济指标的电压。 电力系统各元件的额定电压：a.用电设备的额定电压应与电网的额定电压相同。b.发电机的额定电压比所连接线路的额定电压高5%，用于补偿线路上的电压损失。c.变压器的一次绕组额定电压等于电网额定电压，二次绕组的额定电压一般比同级电网的额定电压高10%。 2、电力线路的额定电压与输电能力有何关系？ 答：相同的电力线路，额定电压越高，输电能力就越大。在输送功率一定的情况下，输电电压高，线路损耗少，线路压降就小，就可以带动更大容量的电气设备。 3、什么是最大负荷利用小时数？ 答：是一个假想的时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年消耗的电能。 第二章 1、分裂导线的作用是什么？分裂导线为多少合适？为啥？ 答：在输电线路中，分裂导线输电线路的等值电感和等值电抗都比单导线线路小，分裂
的根数越多，电抗下降也越多，但是分裂数超过4时，电抗的下降逐渐趋缓。所以最好为4分裂。 2、什么叫变压器的空载试验和短路试验？这两个试验可以得到变压器的哪些参数？答：变压器的空载试验：将变压器低压侧加电压，高压侧开路。此实验可以测得变压器的空载损耗和空载电流 变压器的短路试验：将变压器高压侧加电压，低压侧短路，使短路绕组的电流达到额定值。此实验可以测得变压器的短路损耗和短路电压。 3、对于升压变压器和降压变压器，如果给出的其他原始数据都相同，它们的参数相同吗？为啥？ 答：理论上只要两台变压器参数一致（包含给定的空载损耗，变比，短路损耗，短路电压），那么这两台变压器的性能就是一致的，也就是说可以互换使用，但是实际上不可能存在这样的变压器，我们知道出于散热和电磁耦等因数的考虑，一般高压绕组在底层（小电流），低压绕组在上层（大电流，外层便于散热）。绕组分布可以导致一二次绕组的漏磁和铜损差别较大，故此无法做到升压变压器和降压变压器参数完全一致。 4、标幺值及其特点是什么?电力系统进行计算式，如何选取基准值？ 答：标幺值是相对于某一基准值而言的，同一有名值，当基准值选取不同时，其标幺值也不同。它们的关系如下：标幺值=有名值/基准值。其特点是结果清晰，计算简便，没有单位，是相对值。电力系统基准值的原则是：a.全系统只能有一套基准值b.一般取额
船舶综合电力系统
精品资料 浅析船舶综合电力系统 1.引言 船舶综合电力系统是船舶动力的发展方向，是造船技术发展史上的又一个革命性的跨越，其主要特点是将推进动力与电站动力合二为一。该项技术正在逐步成熟、完善。以美、英、法为代表的发达国家率先引入综合电力系统这一概念，并积极开展研究、试验和应用到船艇。 2.综合电力系统概述 综合电力系统的思想基础是降低未来船舶的总成本，优化船舶总体、系统和设备的组成。其设计理念是突出系统化、集成化和模块化。在船舶平台上的具体实现途径是将全船所需的能源以电力的形式集中提供，统一调度、分配和管理。 美国海军提出的综合电力系统主要包括发电、配电、电力变换、电力控制、平台负载、推进电机、能量储存等七个模块。其中，发电模块将其它形式的能量转化为电能，经全船环形电网向各区域配电系统供电；电力控制模块对配电模块实行电能分配和监控；配电模块将电力输送到电力负荷中心，再分配到各用电设备；电力变换模块将一种形式的配电模块转化为另一种形式的配电模块；推进电机模块用于船舶推进；平台负载模块是一个或多个配电模块的用户；能量储存模块用于储存电能，维持整个供电系统的稳定。 采用综合电力系统的船舶与传统船舶比较，具有的主要优势为： 便于采用分段和模块化建造，使用维护费用低，经济性好；噪音低，可提高船舶的安静性和舒适性，提高舰艇的战斗力和生命力；调速性能好，控制方便，倒车简便、迅速，提高船舶的机动性；布置灵活、设计方便、可靠性高，可维修性好、生命力强；便于实现自动化，减少船员；适用性强，可广泛采用各种电子设备和先进的推进技术，对于舰艇而言，可以使用诸如激光武器、电磁炮等高能武器。 3.综合电力系统的发展现状 近十来年，船舶的电力推进技术已进入应用阶段。目前，不同类型的船舶，如一些科考船、破冰船以及邮轮采用了电力推进系统。推进电机采用直流、交流同步电动机或交流感应电动机。研究报告显示，虽然商船的综合电力推进系统提高了船的建造费用，但其运行和支持费用，及其生命周期里的整个费用却降低了。上世纪九十年代，一些商船业公司，如ALSTOM、ABB、SIEMENS等，已形成了企业内部的商船业电力推进标准。有人统计，八十年代后期建造的1000吨以上的商船中采用柴－电推进的约占25％，到九十年代中期，此类船舶中有35％以上采用电力推进，且该比例正在呈逐年上升的趋势。据统计，到2000年，全世界商船电力推进的装机总容量约为4200MW。 美国海军于1980年建立了综合电力驱动计划，希望通过将船舶日用电力系统和推进电力系统合而为一，进一步提高战船的性能。1990年后，美国海军将注意力转到提高船舶的能购性上，研究计划转为综合电力系统(IPS：Integrated Power System)项目。针对当时水面战斗舰艇(SC-21，现转型为DD（X）)的概念设计，美海军完成了费用和效能评估。2002年4月29日，美国海军宣布英格尔斯造船公司、诺斯罗普格鲁曼船舶系统公司为DD(X)的设计主承包商，设计承包合同总价款为28亿多美元，执行期至2005财政年度。DD(X)设计合同的签署意味着美国海军水面舰艇革命性变革的开始。综合电力系统强调的主要技术目标为增加可操作性和支持柔性设计。美海军计划2003年开始，用3年多时间完成11个工程 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2
2-17.某一回110kv 架空电力线路,长度为60km,导线型号LGJ-120,导线计算外径为15.2mm,三相导线水平排列,两相邻导线三相间的距离为4m,试计算该电力线路的参数,并作等效电路。 解:()km s r Ω== = 2625.0120 5 .311ρ 则. 0) (10807.02 )(10 614.16010 69.2) (38.2560423.0)(75.15602625.014 1 4 6 111111=?=?=??==Ω=?==Ω=?==---G s B s l b B l x X l r R 2-19.三相双绕组升压变压器的型号为SFL-40500/110,额定容量为40500KVA,额定电压为121/10.5KV,,4.234kw P k =,11(%)=k U ,6.930kw P = ,315.2(%)0=I 求该变压器的参数,并作等值电路。 解:`)(1057.1) 1040500()105.10(104.23422 32332 2 Ω?=????== -N N K T S U P R 2-20.三相三绕组降压变压器的型号为SFPSL-120000/220,额定容量为120000/120000/60000KVA,额定电压为220/121/11KV,,601)21(KW P K =- , 5.182)31(KW P K =-, 25.28(%),85.14(%),5.132)31()21()32(===---K K K U U KW P ,663.0(%),135,96.7(%)00)32(===-I KW P U K 求该变压器的参数,并作等值电路。 解:I:)(601)21(KW P K =-
32,500DWT散货船电力系统的设计简介 李熙群 （广东省江门南洋船舶工程有限公司） 摘要：船舶电气设计的核心部分是电力系统的设计，主要包括：电站的负荷计算，发电机台数和容量选择，船舶电制的确定，电力一次单线图的绘制，短路电流的计算以及保护开关的选用等。 关健词：设计电力系统32,500DWT散货船 32,500 DWT Bulk Carrier Design in Power Systems Xi QUN Li (Jiangmen Nanyang Ship Engineering Co., Ltd. Guangdong province) Abstract:The main part of electrical design is the design of power system in ship, including: Power load calculation, select the number of set and rated output of the generators, decide power system for shipping, mapping the primary power single-circuit, calculated short circuit current and selected protection Switch, etc.. Key words: design power system 32,500 DWT bulk carrier 前言 船舶电力系统是船舶动力和控制的核心部分，随着船舶日趋向大型化、电气化、电子化发展，电力系统担负着给船舶推力、控制、通讯导航等设备提供电源的任务，其电源的质量和选配的数量直接关系到船舶操纵性、节能、排污等方面，所以船舶电力系统的设计是船舶电气详细设计的主要部分，本文以江门南洋船舶工程有限公司建造的3,5000DWT灵便型散货船的电力系统为例，介绍船舶电力系统的设计过程。 一、船舶电站的设计 1、选配发电机的台数和容量 通常用采用三类负荷法对全船电气设备进行分类估算，并据此选配发电机的台数和容量。 （1）收集轮机、舾装专业提供的船舶辅机的功率、功率因数和机械负载系数、同时系数等，统计电气设备、通导设备的功率、功率因数。 （2）将全船的电气设备按使用的频率分类，一般地说，连续运行的设备为一类负荷，间歇使用的设备为二类负荷，偶尔使用的设备为三类负荷。 （3）按船舶设计手册的程序和公式进行计算，计算结果如下表：
船舶电力系统的基本参数有电流种类、电压等级和频率标准。它们决定了船舶电站工作的可靠性和电气设备的重量、尺寸、价格等。 一、电流种类的选择 电流有直流和交流两种。早期船舶多采用直流电力系统。30年代开始在军用舰船上采用交流电制，以后逐渐推广到各种船舶，50年代形成电制更替高潮。我国舰船在60-70年代完成了向交流电制过渡。然而舰船电力系统的电流种类，仍然会受到舰船能源类型或某种条件的限制，例如，采用蓄电池组为能源的常规潜艇，就很难推行交流电制；有较高调速要求的推进电力系统也往往采用直流电制。 交流电站与直流电站相比，前者设备成本和维护保养方面的费用及工作量比后者少得多；因为交流电动机没有整流子，结构简单、体积小、重量轻、运行可靠.鼠笼式电动机可以直接起动，控制设备少。此外，交流动力网络与照明网络之间可通过变压器实现电气隔离。使绝缘电阻低的照明电网基本上不影响动力电网。交流电制也有利于船舶电气化程度的提高和系统容量的增长。直流电站的优点是调压并车简单，电动机起动时冲击小。可实现大范圈平滑调速(这对电动起货机尤为有利)，蓄电池组充电毋须整流器等。然而，由于电力电子技术的发展，直流电制的优点越来越不明显，交流电制在国内外各种船舶中占了主要地位。 二、电压等级
确定电力系统及其负载的电压等级，是电力系统设计的一项重要内容。从减少导体电流的角度来看。提高电压是有利的，可以减小电器元件的导电截面，节约有色金属。如以电器在电压为127V时的重量为1，则当电压为220V、380V和500V时，电器的重量分别近似地等于0.58、0.33和0.25。 另一方面，电压的提高增加了电器灭弧的困难，为此对电气设备的绝缘和安全方面提出了更高的要求，需要加大灭弧间隙，这样又使电器的重量、尺寸增大，故在电压高于600V时，其重量、尺寸减小很少。 目前世界各国对电压等级的考虑，主要与本国陆上电制的参数能统一。我国发电设备具有230V(单相)、400V (三相)的额定电压。欧盟从1992年起规定低压发电没备的额定电压只允许使用230V/400V。由于船舶容量的增加，提高电压是必然趋势。在一些大型船舶、工锉船舶及舰船上，电站容量已达20 000-40 000kW以上，单机功率达3 000-5 000kW,这时仍采用400V电压等级已成为不可能。因为当三相400V和Cos=0.8，发电机额定相电流为5 700A时，就需要截面为电缆18根并联运行，这是不合理的。此外，这样大的电流使开关保护电器复杂化。 船舶电站额定电压有向中压发展的趋势。国际电工委员会建议采用3. 3kV电压；英美等国因为陆上有3.3，6. 6kV电压等级，所以这些国家在巨型船舶上采用 3.3，6.6kV；德国允许最高工作电源电压为11 000V。这是充分估计了船舶电压发展趋势的最高电压。我国电力
八、某简单系统如图若在K 点发生三相短路，求使得系统保持暂态稳定的极限切除角。 九、某电厂有两台机容量均为50MW ，耗量特性分别22 1 11222F 0.01P 1.2P 10F 0.02P P 12＝＋＋，＝＋＋，最小技术负荷为其容量的25%，求电厂按图示负荷曲线运行时如何运行最经济？
十、有一台降压变压器如图所示，其归算至高压侧的参数为4.93＋j63.525Ω，已知变压器母线在任何方式下均维持电压为107.5KV，其低压侧母线要求顺调压，若采用静电电容器作为补偿设备，试选择变压器分接头和无功补偿设备容量。 解
一、10kV 线路的等值电路如图所示，已知末端电压为10.4kV 。求始端电压。 解： 2113 0.48kV 10.4 PR QX U U +?+??= == 1210.40.4810.40.4810.88kV U U U =+?=+=+= 二、试求如图所示的等效电路的节点导纳矩阵，图中给出了各支路阻抗和对地导纳的标幺值。若3、4节点间的支路用图2所示的支路代替，再求该网络的节点导纳矩阵。 1+j3Ω 10.4kV 2＋j1MV A 1U
解 三、某电力系统如图所示，f 处发生不对称接地故障，试画出正序、负序和零序等值电路（各元件的序参数用相应的符号表示，如用X L1表示线路正序电抗）。 3 j0.3 0.1+j0.4 0.12+j0.5 j0.25 j0.25 2 4 0.08+j0.4 1
解 四、已知系统如图所示。k点发生不对称接地短路，试画出图示系统的正序、负序、零序网络。 解 L N x f G-1 G-2 B-1 B-2 G1 G2 115kV k T2 N jx T1 l G1G2
船舶电力系统设计 1.电力系统基本参数：电制、额定电压、额定频率 2.船舶电力系统的特点：1.独立系统，相对容量较小，易受影响；2.输电距离短，短路破坏大； 3.船舶环境恶劣。 3.利用系数：实际需要功率与配置功率之比；机械负荷系数：实际轴功率与最大轴功率之比；电动机负荷系数：考虑半载或轻载工作；同时系数：考虑不同时工作。 4.船舶应急电源可采用应急发电机（大应急）和蓄电池组（小应急），或者两者都采用。1000总吨及以上货船应设应急电源。500总吨及以上客船应设应急电源小应急电源：应连续供电30min。应急发电机又称为：大应急电源。 5.主配电板由发电机控制屏，并车屏，负载屏，母线四部分组成。 1）发电机控制屏：控制、调节、监视和保护发电机组用。上部：各种测量仪表，中部：主开关、调速开关，下部：自动装置； 2）并车屏：发电机进行并车、整步操作用。有同步表、同步灯、转换开关、操纵按钮、开关、自动并车装置。 3）负载屏：分配电能并控制、监视、保护。包括：电力、照明屏。有空气开关、电压电流表、绝缘指示灯、兆欧表、岸电开关等。 4）母线：注意排列顺序和颜色。顺序：上中下、左中右、前中后；颜色：交流：绿黄红、中线浅蓝；直流：红蓝、中线：绿黄相间。 6.应急配电板用来控制、监视应急发电机组，并向应急电设备供电。 注意：1.没有并车屏和逆功继电器；2.正常时，是主电网的一部分；应急时，才单独工作。 7.蓄电池容量单位：安时（Ah）。 容量Q=电流I×时间t。 其中，电流为标准放电电流，即经过标准放电时间使蓄电池放完电的电流。 标准放电时间——酸、碱性不同： 1.酸性：固定为10小时（在25oC下）； 2.碱性：通常为8小时。 8.船舶电力系统的设计采用分阶段设计： 初步设计（概念设计）总体概貌，总体设计成败的关键。 技术设计（详细设计）图纸和资料被船检局审查后作为施工设计的依据。 施工设计（生产设计）船舶建造的设计,生产细节的设计。 9.一次图是指包含有电力系统发电、输电设备以及主接线形式的图，也叫电力系统一次接线图。图中通常反映一次主接线形式，发电机、变压器的台数，接线形式，断路器、互感器、避雷器、熔断器的配置。 二次图是指电力系统二次设备接线图，主要指二次设备的测量、保护接线图。 10. 船舶专业标准（三级） ★国家标准GB 中华人民共和国国家标准 国家质量监督检验检疫总局发布 ★行业标准CB 中国船舶行业标准 船舶主管部门制定发布 ★企业标准Q 企业制定 11.国际标准化组织ISO 国际电工委员会IEC 国际海事组织IMO （ABS）美国船级社CCS中国船级社IEEE 美国电气与电子工程学会