1.3本文所做工作

本文将船舶电力系统简化并分为三个部分：柴油机及转速调节部分、同步发电机及励磁控制部分、用电设备部分；建立三部分的数学模型，并依靠PSCAD/EMTDC建立以上三部分的模型。分别在搭建的船舶区域配电系统的发电端和负载端模拟短路故障，得出短路电流的波形图，比较不同工况下系统的稳定性，并根据系统参数计算出短路电流的值与仿真结果比较。

第二章船舶电力系统组成及仿真软件介绍

2.1船舶电力系统的组成

船舶电力系统主要构成部分为以下几个单元：发电单元、电力网、配电单元、负载单元；它主要用于调配船舶上所有的电能，图2-1是一个典型的船舶电力系统网络图，从图中可以看出在一个船舶电力系统中设备众多并且各组成部分关系较为复杂，想要以图中系统简图搭建完整的仿真模型是十分困难的，但因为综合电力系统概念的提出，在建模的过程中可以将系统细化，按照不同的功能划分成子系统，这样大大降低了系统建模的难度。

如今，船舶上逐步开始使用将动力系统和用电系统合二为一的综合电力系统，由于船舶综合电力系统集成化、模块化的优点，船舶上的电能分配的更加合理行并且让电力推进的研究更加方便。

按照在电力系统中所发挥的功能与用处的差异来划分，电力系统被划分成3个系统：供电系统、推进系统、配电系统，划分的结构如图2-2所示，我们可以通过分别对这3个系统建立详细的数学模型，并利用仿真软件将数学模型转换成仿真模型进行分析和研究。

(1)供电系统

供电系统一般指的是船舶电站，其主要工作就是将各种各样的能源转化为电能，并将电能输向船舶中的所有用电设备。但船舶电站的工作过程相当复杂，目前还无法建立完备的数学模型来模拟船舶电站的工作原理，所以我们只对船舶电站中的主要设备发电机组建立模型进行仿真。

发电机组的主要工作是向舰船上的全部用电设备提供电能，其主要是由原动机和发电机构成，其中原动机的类型较多，现在最为常见的原动机主要有以下几种：

柴油机柴油机因为具有较高的热效率、功率范围广、优良的机动性、启动迅速可快速达到全负荷运行的优点被广泛应用于船舶发电机组。因为其优良的调速性能，本文也选择柴油机作为发电机组的原动机。

蒸汽轮机由于蒸汽轮机的体积较大、效率相对较低，不适合船舶发电机组使用，目前也逐渐被淘汰。燃气轮机燃气轮机热效率高、结构紧凑，机动性强、运行维护简便的优点适用于大型舰船，现已多被军舰采用。

发电机组在船舶电站中起到决定性作用，在对发电机组进行设计工作时，得从多方面考虑发电机组的各个系统如何进行控制，当船舶电力系统中的大功率负载工作或者发生变动时，这些大功率负载在工作状态发生变化时能够引起系统电压和频率的大幅度变化，要是调节控制系统在应对这些变化时不能做到迅速反馈和调节，那么系统的稳定性会被破坏，因此发电机组对转速、电压等的调节系统的控制能力要求十分高。(2)配电系统

配电系统的主要工作是将输送到设备端的电能进行合理的控制与分配。目前，船舶综合电力系统中普遍使用6.6KV的中压电力系统[2]。在船舶电力系统在正常的工作状态时，即电网中用电设备在额定状态下工作，此时电网中的电压与频率也处于额定值，但是当电力系统中出现短路故障时，电网的运行状况就会发生变化，并且由于短路故障产生的冲击电流会对配电网络造成严重的破坏，严重时甚至会影响船舶的安全。因此，当电网中出现比额定电流大很多的电流时，该配电系统必须有能力迅速识别故障点的位置并由继电保护装置及时的做出保护动作，如跳闸、脱扣等动作，从而防止发生更严重的故障或者降低故障引起的损害。