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38120字硕士毕业论文船舶交流电力系统电路电流估算方法分析

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:38120字
论点:短路,船舶,电流
论文概述:

在船舶电力系统短路故障后,由于电磁瞬态过程复杂,发电机和电动机数量多、分布情况复杂,电网结构复杂,以及励磁和调速系统的影响,精确计算短路电流是非常困难的,通常经过简化,采

论文正文:

第一章引言

1.1研究背景和意义
船舶电力系统[1]的发展经历了一个漫长的过程。19世纪末,船舶电力系统采用直流系统,功率较小,仅用于船舶照明。20世纪50年代,随着科学技术的发展和船舶电力的需求,除了电力系统和发电机柴油发动机外,交流电力系统开始大规模应用于船舶电网。此时,大多数船舶电力系统采用低压系统。随着上世纪末大功率可控和半可控电力电子器件的出现,高性能高频变频技术取得了很大进步,导致各种电机控制模式的相继应用,实现了船舶电力系统中的大功率电力推进[2]。大型运输船舶的动力不仅应用于大功率电力推进,还广泛应用于甲板机械、冷库和船员的生活动力。这导致了船舶电站容量的急剧增加,有些船舶的功率可以达到100兆瓦。同时,由于船舶自动化、动态定位等高新技术的应用,半潜式海洋平台、起重船等海洋船舶的电网容量、功耗和输电能力都有了很大提高。这些都使得传统低压技术遇到许多瓶颈问题
1.2本课题研究现状
船舶电力系统发生短路故障后,由于复杂的电磁暂态过程、发电机和电动机的数量和分布、复杂的电网结构以及励磁和调速系统的影响,很难准确计算短路电流。通常,简化后,近似计算方法采用[6】。近年来,随着电网结构的日益复杂和中压系统的逐步应用,仅经过半个周期就很难满足短路电流计算的要求。对于大多数中压开关,它们的工作时间通常在3到4个电源频率周期之间。因此,能够在6个周期内的任何时间更精确地计算短路电流也是一个现实的要求。目前,我国常用的算法由于忽略了很多内容,只能在一个周期内计算短路电流。但也会有一定的正面错误
结论。每个国家都有自己的规格和要求,所以目前短路电流的计算方法很多。早期主要有英国劳埃德简单计算法、日本精密计算法、德国DIN89013计算法、国家标准中的GB3321法、国家标准中的GJB173法等。
船舶交流电力系统短路电流计是船舶电力系统设计中最重要的部分。他直接关系到整个海上电网能否经济、高效、稳定、安全地运行。短路电流的合理计算不仅可以使海上电网建设最经济,而且可以为保护装置设置合适的整定值,使保护装置能够快速隔离故障。基于此,本文对船舶电网短路电流的计算进行了详细深入的研究。主要结论如下:
(1)GJB173在计算短路电流时存在较大的正误差。根据本标准选择设备可以使系统具有更高的安全系数,但过高的保护整定值会导致断路器拒绝操作,从而危及系统的安全。GB3321标准较早,对于需要计算60 ~ 80 ms短路电流值的中高压断路器,误差较大。CCS2009忽略的很少,因此它对100毫秒内短路电流的计算精度很高。
(2)本文采用改进的CCS2009结合传递阻抗法计算任意船舶电网的短路电流。该方法思路清晰,计算过程严格,适用于船舶交流电网的任何结构。SIMULINK仿真证明了该方法的有效性。同时,在MATLAB/SIMULINK平台上编写了该方法的软件。该软件包含各种电气模块,可以直观地设置设备参数,构建船舶网络图,便于各种计算方法的对比研究。
(3)本文采用基于深度优先搜索的分层搜索方法来识别电源的等效阶数。结合CCS2009中改进的电源等效方法,计算了树状网络的短路电流。该方法充分考虑了发电机和电动机短路后的暂态过程,数学推导过程严格,计算精度高。
(4)改进后的CCS2009结合了传递阻抗法和基于改进后的CCS2009的分级等效法,有其自身的优势。前者适用于各种网络结构,但会有一定的误差,而后者适用于树形网络结构,精度较高。在此基础上,面对复杂的网络结构,应选择传递阻抗法,否则应采用分层等效法进行计算。。最近几天,主要有IEC61363
参考
[1]吴林忠。船舶交流电力系统短路电流。北京:国防工业出版社,1983: 4-9
[2]苗燕华,吴文飞。海洋工程船舶综合电力系统应用综述。船舶电气,2009 (1): 38-42
[3]张银燕。周炳辉。Qi08研究所走出中压船舶电气系统创新之路。中国造船新闻,2009 (06): 23-27
[4]吴庚申,李成宇。电力推进船中压电力系统。造船技术,2003,(6): 15-18
[5]何嘉丽,宋从举。电力系统继电保护原理。北京:中国电力出版社,2010: 32-40
[6]张卓日。交流电网短路电流的估算。造船技术,1982: 26-32
[7]孙武。船舶短路电流计算方法及其应用研究。机电设备。2000.(5): 21-25 [/BR/] [8]赵燕。[硕士论文《船舶电力系统短路电流计算方法研究》。哈尔宾:哈尔宾工程大学,2009:4-6
[9]船舶及移动式和固定式近海装置的安装-第1部分。三相交流电短路电流计算程序。IEC61363-1
[10]中国船级社。《钢质海船分类规范》(第四卷)2009。北京:人民通信出版社,2009: 85-113法、CCS2009[10]计算法等。船舶电力系统短路电流的计算基本上是围绕现有文献中的这些计算方法和标准进行的,或者这些方法和标准之间的比较,或者这些方法和标准的改进或修改,或者与配电网短路电流的传统计算方法相结合的扩展等。短路电流的常用方法如表1.1所示。IEC61363是国际电工委员会1998年发布的新标准。该算法在处理发电机短路电流的贡献时,考虑了发电机短路前的实际运行状态、发电机的亚暂态衰减和暂态衰减以及短路回路电阻对时间常数的影响。对于电动机的处理,考虑了短路前电动机的实际状态以及短路电流的周期性和非周期性分量的计算。与以前的方法相比,该方法更符合实际情况,因此具有更高的精度[9]。CCS2009的计算方法与IEC61363基本相同,只是电机参数ηcosδ的计算方法默认为0.76,而IEC61363的计算方法默认为0.64。同时,IEC61363考虑了电机短路前的状态,而CCS2009忽略了电机短路前的负载对短路电流影响不大的事实,因此CCS 2009和IEC 61363的计算结果差异不大。: (1)由于工程船舶和大型船用船舶的发展,它们的功耗设备也急剧增加,因此它们的负载相对较大,这就要求船用电气设备具有较高的短路容量,传统设备无法满足要求。(2)相对于陆地,船舶是一个独立的移动平台,具有有限空。系统容量的快速增加将不可避免地需要更多的发电机组或更大容量的发电机。低压(380伏)工频发电机的在线容量一般为2.5兆瓦。在低电压水平下设计和制造更大容量的发电机在技术上是困难的。目前,大多数大型运输船舶和工程船舶的功率超过10MW。例如,2002年在中国建造的“泰安口”半潜式船舶的容量为18,000吨,达到13MW
第二章同步发电机和异步电动机短路电流的计算,伊丽莎白女王2号的功率为94.5MW。显然,在数量有限的船舶上安装10台甚至30台以上的低压发电机空是不现实的。(3)船舶在不同运行条件下投入运行的发电机和负荷将有所不同。对于舰船等军用舰船的电力系统来说,战时负载切换会非常频繁,给系统的智能控制带来很大压力。因此,为了应对船舶电力系统向大容量发展带来的挑战,提高电压水平是更现实的选择。由于世界不同地区的实际情况不同,它制定的标准也会略有不同。IEEE标准100规定,额定电压大于1000伏且小于10000伏的电力系统为中压。中国工频系统的电压等级主要为3kV、6.3kV和10kV。对于60HZ系统,电压等级为3.3千伏、6.6千伏和11千伏[1]。CCS2006将中高压系统的电压水平从11kV提高到15kV,许多国家的船级社也提高了电压水平。

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2.1船用中压交流电力系统暂态过程
船用交流电力系统[19]的运行状态包括两种类型,即稳定运行状态和暂态运行状态。当船舶电力系统处于稳定工作状态时,通常意味着系统的运行参数保持恒定值。然而,严格来说,操作参数(电压、电流、频率等。)的系统在某个平均值附近不断变化,但是变化非常小,并且操作参数可以被认为是恒定的。当系统受到某些大的干扰时,如负载切换、断开、各种短路故障等。,系统的运行参数将经历大的扰动,并最终达到新的稳定状态。两个稳定运行状态之间的过程称为瞬态过程[20]。与陆上电力系统相比,当船舶电力系统发生三相短路时,系统电压急剧下降,短路电流非常大。由于机械扭矩和电磁扭矩的不平衡,所有投入运行的电机都会改变转速。发电机的励磁系统和速度控制系统将快速调整。整个短路瞬态过程将非常复杂。为了对船舶电力系统的短路过程有最基本的了解,这里只涉及最重要的元件,其他条件尽可能简化。电路图假设如下:(1)三相对称电源的功率是无限的,在馈线发生短路或其他故障后,电源的电压和频率将保持不变。(2)三相对称电源的内部阻抗为零,电源电压保持稳定。(3)由于船舶电缆的低电压和短路,电路的阻抗是电感性的。当三相对称电路的馈线发生三相对称短路时,电路分为两部分。左环路连接到电源,并将短路电流馈送到短路点。短路后,右侧电路将逐渐耗尽能量,因为没有电源形成电源电路。在左侧的电源电路中,由于短路电路的阻抗小于短路前的阻抗,当电路达到新的稳定工作状态时,电路电流将增加。

第三章基于转移阻抗法的复杂网络短路电流计算.......26
3.1概述……26
3.2基于转移阻抗法的CCS2009算法修正........26
3.3基于转移阻抗法的短路电流计算.......31
3.4示例……38
3.5本章摘要.......41
第四章基于转移阻抗法的短路电流计算软件的实现.......42
4.1软件编译概念和软件选择.......42
4.2模块构造........43 [/溴/]4.3软件验证示例...50
4.4本章摘要...52
基于功率层等效的第5章...53
5.1概述……53
5.2电源层等效...53
5.3等效发电机的计算…… 54
5.4基于等效发电机的短路电流计算…… 58
5.5示例验证.......59
5.6本章摘要.......60

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