【摘 要】由于市场经济的持续发展和全球贸易的逐步深入，不同区域和国家之间的贸易往来越来越多。在这种情况下，船舶运输由于其高容量装载和低成本传送的独特特性，已演变为跨境贸易的主要运输方式。为了保证海上运输的安全，在当前船舶运力不断增加的情况下，对其电力系统运行的稳定性情况开展深入研究有着非常关键的意义。因此，本文以船舶电力系统的配置分析为起点，阐述了影响系统稳定性的原因，并就提高稳定性提出一些观点，从而为相关行业提供参考和思路。

【关键词】船舶电力;系统运行;稳定性

一、船舶电力系统配置概述

船舶动力系统主要由四个部分组成：供电、配电、电网和电力负荷[1]。这些要素是用于电力系统中电能的供应、分配、传输和消耗的整个设备。发电单元主要是发电机组或电池，而通用发动机是柴油发动机。配电设备是发电和消耗电力的重要组成部分，而电网是连接各种电源电缆的通用术语。应急电力系统在补充电力系统稳定运行中起着关键作用。

由于船舶的电容量较小，输配电距离短，因此任意部件出现损坏都会影响船舶整个电力系统的运行，并给船舶的运行造成潜在隐患。当船舶出现短路故障时，会产生很大的突击电流，即使突击电流只存在了一段时间，但也会极大地影响船舶的电气装备，从而导致一连串的问题。为了确保稳定性，在船上运行的情况下，有必要改进同步发电机的电压调节器和电机转速调节器的動态性能。过去使用的PID控制模式往往会由于电磁参数的变动而影响电力系统的稳定性，所以有必要更改控制方法，并采用相对先进的控制算法。

二、影响船舶电动机运行稳定性的因素

在研究船舶的电力体系时，有必要在小干扰后根据电力体系的运行情况对电力体系开展归类。假如电力系统在受到干预后可以立即返回其正常运行状态，则说明这是静态稳定性，这表明电力系统在持久使用阶段中具有控制自身的能力。发生故障后，电力系统会在短时间以全新的运行状态工作，该状态不能维持太久而且与原始运行状态存在差异性，在这种状况下，表现为电力系统的动态稳定性。静态稳定性是指电力系统可以确保系统能够回归到类似于故障后的干扰之前的运行情况，所以它对船舶电力系统的稳定性影响很小，而动态稳定性对船舶动力系统的影响越来越大。

影响电力系统运行状况的主要原因是系统里负载的变更。在船舶操作阶段，常常会出现诸如转向器接入和起锚机接入的情况。这样的负载装备通常不存在于电力系统中。但如果开始使用并连接到电网，载流量便会立即增加。此时，电网的正常运行会受到严重影响，并将迅速增加电网的运行压力，损坏电网的稳定运行。另外，在船舶的电力体系中，因为自身故障和错误使用引起的短路也会影响动力系统的稳定性，而且在这种状况下，对电力系统稳定性的影响相比于负载设备的突发访问产生的影响要大的多。

三、电力系统建模分析

在对电力系统展开建模研究时，必须提前考虑系统的关键组件。电力体系中最要紧的组件是电网、负载、发电机和励磁体系[2]。所以，建模整个阶段应一直以发电机为中心来执行，然后在此基础上研究船舶动力系统的稳定性。

上式是同步发电机的建模方式。除此之外，在分析船舶电力系统稳定性时，还应该进行励磁系统分析。在这里，我们将设备的输出电压设定为Ur，将d轴端电压设定为Ud，将q轴端电压设定为Uq，并将移动电抗设定为x。那么建模公式为：

有关研究表示，分析电力系统的稳定性可以有效提高船舶运行的安全性。我们有必要控制电源系统的运行，以使其不会由于运行期间突然的负载连接而引起剧烈的波动。首先，应按照负载设备的重要性对其进行分类，并在电路上连接必须的设备。如果某些设备连接缓慢或容易连接失败，则需要交错电路的连接时间。这样可以尽可能地减轻电路系统的压力，避免了许多负载设备同时进入电路，以此导致很大的电流波动，从而影响了电源系统的平稳运行。其次，当由于自身损坏或错误操作而在电力系统中发生短路时，一般使用空调和强制励磁来完全释放发电机的势能，从而保证电力系统可以在故障时期保持在相对稳定的状态连续运行，防止出现安全事故。

四、提高船舶电力系统稳定性的措施

1.进行励磁装置的自动调整

采用励磁调节系统的优点主要是可以迅速将发电机端的电压保持在工作所需的等级，并且可以防止产生因电抗补偿不足而影响电力装备消耗的情景。事实证明，使用自动励磁调节器能够缩减发电机的制造成本，因为它可以减少发电机电抗的方式，因此具有很大的优势。自动励磁调节器的功能可以大大缩小发电机与母线之间的电气间隔，并且提升了电力系统的稳定性。除此之外，为了来避免当放大系数较大时励磁装置的自动调节成为负衰减，应在励磁系统中添加稳定器以防止补偿功率的持续扩大。另外，发电机动力学和电网电压水平也需要进一步改善。随着造船技术的进步以及节能减排的需求的日益增加，大量的船舶开始采用电力推进，所以有必要提高电网电压水平从而提高船舶稳定性。

2.及时消除故障

出于电网故障对船舶动力系统的稳定性容易产生很大影响的原因，所以有必要迅速发觉故障，然后消除故障，以减少错误期间发电机转子动能的增加。正确使用自动空气断路器是解决船舶电力系统故障的主要途径[3]。空气断路器首先分析整个配电体系的协调活动，然后再开始第二次，从而确保整个体系的过电流庇护，并据此调整断路器的操作。

（3）次要负载自动分阶段卸载

当电网负荷超过限定负荷时，次级负荷会自动分阶段卸载，以保证所连接的发电机不会连续过载，这是增强船舶电力系统暂态稳定性的合理方式。在船舶的电力体系中，当电网上工作的负载的总功率大于工作中的发电机的限定功率时，在线负载的次级负载应自动从电网撤回一次或多次（即分级卸载）。除此之外，船舶的自动发电厂还必须配备关键的额定负载分阶段开启功能，以避免电网中的电压降过太大或复原时间较长，从而影响船舶的电源系统的稳定性。

结束语

本文简要分析了船舶电力系统的结构和运行模式，列出了影响船舶动力系统稳定性的相关要素，在这些影响因素的基础上，采取数学模型对船舶动力系统的稳定性进行了探讨，最后对提高电力系统的稳定性提出了一些见解和看法。

参考文献：

[1]陈武.船舶电力系统的稳定性分析[J].电子技术与软件工程，2014（16）.

[2]张琦兵，邰能灵，王鹏，倪明杰，卫卫，傅晓红.大型船舶电力系统的静态电压稳定分析[J].船电技术，2010（10）.

[3]许丽霞;施伟锋;张威，电力系统稳定器在船舶电力系统中的应用[J].船电技术2014（12）.

作者简介：

辛小辰（1986-），男，副教授，硕士研究生，主要研究方向船舶电力系统。

（作者单位：山东交通职业学院）