【摘 要】由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和全球貿(mào)易的逐步深入，不同區(qū)域和國家之間的貿(mào)易往來越來越多。在這種情況下，船舶運(yùn)輸由于其高容量裝載和低成本傳送的獨(dú)特特性，已演變?yōu)榭缇迟Q(mào)易的主要運(yùn)輸方式。為了保證海上運(yùn)輸?shù)陌踩?，在?dāng)前船舶運(yùn)力不斷增加的情況下，對(duì)其電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性情況開展深入研究有著非常關(guān)鍵的意義。因此，本文以船舶電力系統(tǒng)的配置分析為起點(diǎn)，闡述了影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的原因，并就提高穩(wěn)定性提出一些觀點(diǎn)，從而為相關(guān)行業(yè)提供參考和思路。

【關(guān)鍵詞】船舶電力;系統(tǒng)運(yùn)行;穩(wěn)定性

一、船舶電力系統(tǒng)配置概述

船舶動(dòng)力系統(tǒng)主要由四個(gè)部分組成：供電、配電、電網(wǎng)和電力負(fù)荷[1]。這些要素是用于電力系統(tǒng)中電能的供應(yīng)、分配、傳輸和消耗的整個(gè)設(shè)備。發(fā)電單元主要是發(fā)電機(jī)組或電池，而通用發(fā)動(dòng)機(jī)是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。配電設(shè)備是發(fā)電和消耗電力的重要組成部分，而電網(wǎng)是連接各種電源電纜的通用術(shù)語。應(yīng)急電力系統(tǒng)在補(bǔ)充電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行中起著關(guān)鍵作用。

由于船舶的電容量較小，輸配電距離短，因此任意部件出現(xiàn)損壞都會(huì)影響船舶整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行，并給船舶的運(yùn)行造成潛在隱患。當(dāng)船舶出現(xiàn)短路故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的突擊電流，即使突擊電流只存在了一段時(shí)間，但也會(huì)極大地影響船舶的電氣裝備，從而導(dǎo)致一連串的問題。為了確保穩(wěn)定性，在船上運(yùn)行的情況下，有必要改進(jìn)同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)器和電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)性能。過去使用的PID控制模式往往會(huì)由于電磁參數(shù)的變動(dòng)而影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以有必要更改控制方法，并采用相對(duì)先進(jìn)的控制算法。

二、影響船舶電動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的因素

在研究船舶的電力體系時(shí)，有必要在小干擾后根據(jù)電力體系的運(yùn)行情況對(duì)電力體系開展歸類。假如電力系統(tǒng)在受到干預(yù)后可以立即返回其正常運(yùn)行狀態(tài)，則說明這是靜態(tài)穩(wěn)定性，這表明電力系統(tǒng)在持久使用階段中具有控制自身的能力。發(fā)生故障后，電力系統(tǒng)會(huì)在短時(shí)間以全新的運(yùn)行狀態(tài)工作，該狀態(tài)不能維持太久而且與原始運(yùn)行狀態(tài)存在差異性，在這種狀況下，表現(xiàn)為電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)可以確保系統(tǒng)能夠回歸到類似于故障后的干擾之前的運(yùn)行情況，所以它對(duì)船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響很小，而動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的影響越來越大。

影響電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況的主要原因是系統(tǒng)里負(fù)載的變更。在船舶操作階段，常常會(huì)出現(xiàn)諸如轉(zhuǎn)向器接入和起錨機(jī)接入的情況。這樣的負(fù)載裝備通常不存在于電力系統(tǒng)中。但如果開始使用并連接到電網(wǎng)，載流量便會(huì)立即增加。此時(shí)，電網(wǎng)的正常運(yùn)行會(huì)受到嚴(yán)重影響，并將迅速增加電網(wǎng)的運(yùn)行壓力，損壞電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，在船舶的電力體系中，因?yàn)樽陨砉收虾湾e(cuò)誤使用引起的短路也會(huì)影響動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且在這種狀況下，對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響相比于負(fù)載設(shè)備的突發(fā)訪問產(chǎn)生的影響要大的多。

三、電力系統(tǒng)建模分析

在對(duì)電力系統(tǒng)展開建模研究時(shí)，必須提前考慮系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。電力體系中最要緊的組件是電網(wǎng)、負(fù)載、發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁體系[2]。所以，建模整個(gè)階段應(yīng)一直以發(fā)電機(jī)為中心來執(zhí)行，然后在此基礎(chǔ)上研究船舶動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

上式是同步發(fā)電機(jī)的建模方式。除此之外，在分析船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定性時(shí)，還應(yīng)該進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)分析。在這里，我們將設(shè)備的輸出電壓設(shè)定為Ur，將d軸端電壓設(shè)定為Ud，將q軸端電壓設(shè)定為Uq，并將移動(dòng)電抗設(shè)定為x。那么建模公式為：

有關(guān)研究表示，分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以有效提高船舶運(yùn)行的安全性。我們有必要控制電源系統(tǒng)的運(yùn)行，以使其不會(huì)由于運(yùn)行期間突然的負(fù)載連接而引起劇烈的波動(dòng)。首先，應(yīng)按照負(fù)載設(shè)備的重要性對(duì)其進(jìn)行分類，并在電路上連接必須的設(shè)備。如果某些設(shè)備連接緩慢或容易連接失敗，則需要交錯(cuò)電路的連接時(shí)間。這樣可以盡可能地減輕電路系統(tǒng)的壓力，避免了許多負(fù)載設(shè)備同時(shí)進(jìn)入電路，以此導(dǎo)致很大的電流波動(dòng)，從而影響了電源系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。其次，當(dāng)由于自身損壞或錯(cuò)誤操作而在電力系統(tǒng)中發(fā)生短路時(shí)，一般使用空調(diào)和強(qiáng)制勵(lì)磁來完全釋放發(fā)電機(jī)的勢(shì)能，從而保證電力系統(tǒng)可以在故障時(shí)期保持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)連續(xù)運(yùn)行，防止出現(xiàn)安全事故。

四、提高船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

1.進(jìn)行勵(lì)磁裝置的自動(dòng)調(diào)整

采用勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要是可以迅速將發(fā)電機(jī)端的電壓保持在工作所需的等級(jí)，并且可以防止產(chǎn)生因電抗補(bǔ)償不足而影響電力裝備消耗的情景。事實(shí)證明，使用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器能夠縮減發(fā)電機(jī)的制造成本，因?yàn)樗梢詼p少發(fā)電機(jī)電抗的方式，因此具有很大的優(yōu)勢(shì)。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的功能可以大大縮小發(fā)電機(jī)與母線之間的電氣間隔，并且提升了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。除此之外，為了來避免當(dāng)放大系數(shù)較大時(shí)勵(lì)磁裝置的自動(dòng)調(diào)節(jié)成為負(fù)衰減，應(yīng)在勵(lì)磁系統(tǒng)中添加穩(wěn)定器以防止補(bǔ)償功率的持續(xù)擴(kuò)大。另外，發(fā)電機(jī)動(dòng)力學(xué)和電網(wǎng)電壓水平也需要進(jìn)一步改善。隨著造船技術(shù)的進(jìn)步以及節(jié)能減排的需求的日益增加，大量的船舶開始采用電力推進(jìn)，所以有必要提高電網(wǎng)電壓水平從而提高船舶穩(wěn)定性。

2.及時(shí)消除故障

出于電網(wǎng)故障對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定性容易產(chǎn)生很大影響的原因，所以有必要迅速發(fā)覺故障，然后消除故障，以減少錯(cuò)誤期間發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能的增加。正確使用自動(dòng)空氣斷路器是解決船舶電力系統(tǒng)故障的主要途徑[3]?？諝鈹嗦菲魇紫确治稣麄€(gè)配電體系的協(xié)調(diào)活動(dòng)，然后再開始第二次，從而確保整個(gè)體系的過電流庇護(hù)，并據(jù)此調(diào)整斷路器的操作。

（3）次要負(fù)載自動(dòng)分階段卸載

當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷超過限定負(fù)荷時(shí)，次級(jí)負(fù)荷會(huì)自動(dòng)分階段卸載，以保證所連接的發(fā)電機(jī)不會(huì)連續(xù)過載，這是增強(qiáng)船舶電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的合理方式。在船舶的電力體系中，當(dāng)電網(wǎng)上工作的負(fù)載的總功率大于工作中的發(fā)電機(jī)的限定功率時(shí)，在線負(fù)載的次級(jí)負(fù)載應(yīng)自動(dòng)從電網(wǎng)撤回一次或多次（即分級(jí)卸載）。除此之外，船舶的自動(dòng)發(fā)電廠還必須配備關(guān)鍵的額定負(fù)載分階段開啟功能，以避免電網(wǎng)中的電壓降過太大或復(fù)原時(shí)間較長(zhǎng)，從而影響船舶的電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

結(jié)束語

本文簡(jiǎn)要分析了船舶電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式，列出了影響船舶動(dòng)力系統(tǒng)穩(wěn)定性的相關(guān)要素，在這些影響因素的基礎(chǔ)上，采取數(shù)學(xué)模型對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了探討，最后對(duì)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了一些見解和看法。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳武.船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（16）.

[2]張琦兵，邰能靈，王鵬，倪明杰，衛(wèi)衛(wèi)，傅曉紅.大型船舶電力系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析[J].船電技術(shù)，2010（10）.

[3]許麗霞;施偉鋒;張威，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器在船舶電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].船電技術(shù)2014（12）.

作者簡(jiǎn)介：

辛小辰（1986-），男，副教授，碩士研究生，主要研究方向船舶電力系統(tǒng)。

（作者單位：山東交通職業(yè)學(xué)院）