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
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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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