基于环网的短路电流计算方法研究

摘要

随着现代舰船向着大型化、自动化的方向发展,对舰船电力性能和稳定性的要求越来越高,传统树形供电网络由于其结构特点,在稳定性方面有一定的局限性,而在环形供电网络中,发电机之间可以通过连接线或母线构成闭环,形成多个发电机至负载的回路,实现多路径供电,稳定性和可靠性得到提高;短路是舰船电力系统中最常见的故障,其中以三相短路的情况最为严重,而三相短路电流既是开关整定值设定的依据,也是合理选择保护装置的重要技术指标,所以,研究舰船环形供电网络的短路电流具有重大意义。
　　首先,本文从同步发电机的基本方程入手,深入研究同步电机内部的电磁关系,建立同步发电机的原始方程,再运用坐标变换法,将由abc系统建立的原始方程转化为dq0系统,分析同步发电机三相短路时的暂态过程,得出同步发电机短路全电流表达式。结合国标法(GB3321-82)和环形供电网络的结构特性,忽略暂态时间常数,考虑超暂态时间常数,得出一种计算四机型环形供电网络短路电流的方法,算法里将原发电机与其串联线路阻抗等效成一台等效发电机后与其他并联发电机进行等效,再经过一系列变换,最终等效为单台发电机与阻抗串联的三相短路电路,从而计算出短路电流。
　　其次,以Visual Basic 6.0作为开发平台,设计一款计算环形供电网络短路电流的软件,其中包含发电机与线路的参数输入和短路点选择的可视化界面,方便快捷地计算出短路电流,提高工作效率。
　　最后,运用Matlab/Simulink中的Simpowersystems工具箱,把同步发电机及其励磁系统、静态负载和线路阻抗的数学模型以元件模块的形式在Simulink环境下连接,在整个舰船环形供电系统的模型建立好后,加入故障模块和测量模块,并设置好各元件的参数,采用变步长ode23tb法对环形供电网络的三相短路进行数字仿真,得出的三相短路电流峰值与理论计算的短路电流峰值进行对比分析,以此验证算法的可行性,从而得到了一种准确简便计算舰船环形供电系统短路电流的方法。

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第一章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 舰船电力系统概论

1.3 舰船环形电力系统概论

1.4 国内外舰船电力系统短路电流研究现状

1.5 课题的主要工作

第二章 同步发电机状态方程的建立

2.1 同步发电机基本方程

2.2 感应系数分析

2.3 dq0坐标系统的变换

2.4 本章小结

第三章 同步发电机与异步电动机三相短路电流计算

3.1 同步电机稳态电流

3.2 同步电机突然短路的电流分量初始值

3.3 同步发电机故障电流衰减时间常数

3.4 异步电动机短路故障分析

3.5 本章小结

第四章 舰船环形电网短路故障分析与计算

4.1 舰船环形电力系统短路分析

4.2 环形供电网络短路电流计算方法

4.3 环形供电网络短路电流计算实例

4.4 环形供电网络短路电流计算软件设计

4.5 本章小结

第五章 舰船环形供电网络短路故障仿真

5.1 Matlab的概述

5.2 环形电网的仿真数学模型

5.3 仿真模型的建立

5.4 仿真结果与分析

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢