基于MATLABsimulink的船舶电力系统建模与故障仿真【文献综述】

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。

接着，绘制船舶电力系统一次二次系统图，电力系统布置图;船用电缆的选型和敷设。最后，对船舶主配电板和应急配电板进行效用试验。

文献[4]采用了物理建模方法，分析了同步发电机转子运动相似准则及电性能相似条件，建立了以物理模型为主的船舶电力系统的复合仿真系统。同步发电机、励磁系统和负载采用物理仿真;原动机及调速器采用数字仿真。优点：系统仿真手段简单、物理过程直观。

船舶电力系统建模软件

文献[5]提出了一种基于节点电压的建模方法。首次在船舶电力系统研究中引入并行计算，设计了一种适合船舶电力系统的并行算法，采用了国际上最先进的并行计算软件MPI进行编程仿真。应用这种方法，成功地建立了某型船舶电力系统的仿真模型，并在仿真中实现了并行计算。通过结果分析，该方法建立的模型可以真实地反映实际系统，设计的并行算法可以提高仿真速度。

文献[6]归纳总结电力推进船舶的电力系统的数学模型和基本原理的基础上，结合电力推进实验室的实验装置，应用仿真软件SABER搭建了电力推进船舶的电力系统的仿真模型，并对系统进行了仿真分析。

文献[7]根据对实际海运船舶电力系统的研究结果，建立了较精确的船舶柴油发电机系统模型和异步电动机模型，并应用MATLAB软件建立了某大型船舶电力系统模型，进行了系统模型的仿真运行，获得了一些重要结果。优点：具有大量稳定可靠的算法库，编程效率极高计算和绘图功能强大；缺点：制作的应用程序界面操作性较差，对用户要求较高。

船舶电力系统故障类型

文献[8]深入地分析大型船舶发电机转子线圈匝间短路故障时的机械特征和电磁特性，发现转子匝间短路时励磁电流和无功功率的变化规律，提出分析和诊断匝间短路故障的方法。

文献[9]研究的船舶电力系统的网络故障重构是在船舶发生故障,通过故障定位和隔离的基础上,重新组合整个电力系统网络,以最大限度恢复供电。根据船舶电力系统的特殊性,提出一种具有代表性的、易于扩展的船舶电力系统网络结构,进行了化简,使得该电力系统可以变成节点-支路表示的简单拓扑结构图。然后,提出简易的三次搜索法来进行船舶电力系统的连通性识别。

总结

船舶电力系统是一个独立的、小型的完整电力系统，它随着电力系统的发展而发展。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

系统的建模有物理建模，数学建模和模块化建模，建模软件有MATLAB,SABER,MPI等。主要对船舶电力的短路故障，网路故障等进行建模与仿真。

MATLAB/Simulink在船舶电力系统仿真应用中有非常大的作用。Simulink仿真工具不仅广泛应用于数字信号处理、自动控制领域以及复杂的电子电路的仿真，对于电力系统的各元件的特性、电力系统各种运行装态的仿真，也可以起到事半功倍的效果。

参考文献

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丁尼亚海事大学校际合作20周年科技论文集.2004.11.01

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