摘 要

随着船舶技术的发展，船舶电力系统也随之发展，变得越来越复杂，建立船舶电力系统的仿真可以帮助人们更快的了解船舶电力系统。本文基于MATLAB的船舶电力系统仿真系统是以内燃机，发电机及其励磁系统，输电线路，变压器，负载为核心的。通过对船舶电力系统各个工况下的情况下，有可能发生的故障的仿真，观察船舶电力系统的稳定性，并进行分析，达到了解船舶电力系统的目的。通过仿真结果来了解船舶电力系统的特点。

关键词：船舶电力系统 数字仿真 稳定性

Abstract

With the development of marine technology, ship power system also will develop and become more complex, the establishment of marine electric power system simulation can help people learn faster ship power system.Marine Power System Based on MATLAB simulation system is based on an internal combustion engine, the generator and excitation system, transmission lines, transformers, load the core.By the following conditions each ship power system situation, there are simulation failure may occur, observe the stability of the ship's power system, and analyzed to understand the purpose of the ship power system.

KEY WORD：ship power system 　　digital simulation 　　　stability

目录

摘要 II

第1章绪论 1

1.1船舶电力系统仿真的必要性 1

1.2船舶电力系统仿真的现状及存在的问题 1

1.3 论文的结构 1

第2章船舶电力系统的分析 2

2.1船舶电力系统的特点 2

2.1.1船舶电站的容量较小 2

2.1.2输电线路 2

2.1.3船舶电力系统负载变化频繁 2

2.1.4船舶电力系统工作环境恶劣 2

2.2船舶电力系统的组成 3

2.2.1电源 3

2.2.2船舶配电装置 3

2.2.3船舶电力网 4

2.2.4负载 4

2.3船舶电力系统的电气参数 4

2.3.1电流 4

2.3.2电压 4

2.3.3频率 4

第3章仿真工具的介绍 5

3.1MATLAB的介绍 5

3.2simulink的介绍 5

第四章船舶电力系统的仿真 6

4.1船舶电力系统元件的分析 6

4.1.1柴油机及其调速系统 6

4.1.2同步发电机 6

4.1.3励磁系统 8

4.1.4负载 9

4.1.5 变压器 9

4.2船舶电力系统稳定性的仿真分析 10

4.2.1船舶电力系统暂态稳定性分析 10

4.2.2船舶电力系统静态稳定性分析 12

4.3建立仿真模型 13

4.3.1仿真模型 13

4.3.2仿真模块的参数设置 14

4.3仿真结果及分析 18

4.3.1 A B两相短路仿真分析 18

4.3.2 AB两相接地短路仿真分析 19

4.3.3突加大负载仿真分析 21

第五章总结 23

5.1总结 23

致谢 24

参考文献 25

第1章绪论

1.1船舶电力系统仿真的必要性

在当今社会，随着船舶技术的发展，船舶电力系统也慢慢变得复杂。船舶电力系统有别于陆地电网，是一种独立的电力系统，比陆地电网的情况复杂的多，主要由船用内燃机带动发电机来发电；容量比陆地的小得多；负载变化大，需要高品质调速和调压装置来改善；输电线路短，线路阻抗低，各处短路电流大，发电机和负荷之间有较强的耦合；负载工作环境差，容易发生故障^［１］。因此计算与分析的工作量较陆地电网大，对整个电力系统的设计和性能评价来说使用计算机技术来创建一个面向对象的船舶动力系统仿真平台将发挥重要的作用，所以我们需要利用MATLAB实现对船舶电力系统的仿真，以此对船舶电力系统的各种现象进行研究^［２］。从而对船舶电力系统进行进一步的了解，帮助船员熟悉船舶电力系统，方便他们操作电力系统。

1.2船舶电力系统仿真的现状及存在的问题

船舶电力系统仿真技术经过不断的发展，在理论上和实践上都已经取得了丰硕的成果，积累了大量的经验。我校也建立了船舶电力系统的仿真模拟器，在航海专业的教学做出了很大的贡献。除了仿真模型，在仿真算法是也取得了重大成就。美国mathworks公司的MATLAB，为各种算法编写提供了标准通用的模块，不同系统之间的模块可以相互连接，为仿真模型的运算提供了巨大的方便。^［３］虽然船舶电力电子仿真技术不断的发展，但是目前仍存在一些问题^［４］，主要表现在:

(1)仿真模型不够完善:研究问题使用的模型不够丰富。

(2)仿真算法不够优化:部分模型的仿真需要花费大量的时间

(3)兼容性不好:仿真模型不能在其他仿真软件上打开

1.3 论文的结构

本文主要研究分析船舶电力系统的组成及其原理，包括船舶柴油发电机组，变压器，用电负荷等，建立船舶电力系统的仿真模型。

第一章，绪论。主要介绍了构造船舶电力系统的必要性和应用前景。

第二章，船舶电力系统的分析。本章阐述船舶电力系统的分析，详细介绍船舶电力系统的特点，船舶电力系统的组成，船舶电力系统的电力参数为后面仿真船舶电力系统的模型提供了支持。

第三章，仿真工具的介绍。本章阐述了仿真工具的优势，详细的说明了MATLAB和Simulink两个仿真工具的介绍，和这两个工具的使用优点。

第四章，船舶电力系统的仿真。本章阐述了仿真的过程，从一开始的仿真原理的分析，到仿真模型的构造，再到最后的仿真结果的分析，得到了最后的仿真结果。

第五章，总结。对论文所做的主要工作进行了总结与展示。

第2章船舶电力系统的分析

船舶电力系统是船舶上一个产生，传输，分配和消耗电能的系统。船舶电力系统是由船舶电源装置，配电装置，电力网和负载组成，并按照一定方式连接的整体，是船上电能产生，传输，分配和消耗等全部装置和网络的总称。船舶电力系统重点研究船舶发电部分，主要是对原动机为柴油机组的系统的发电及供电进行研究。^［５］

2.1船舶电力系统的特点

船舶电力系统是一个独立的电力系统(总容量不超过各发电机容量的5-10倍的电网称为独立电网。在独立电网中，调节运行发电机的电源或原动机的转速，除了改变本身有功功率和无功功率的承担外，还影响电网的频率和电压。船舶电站的容量相对负载来说是有限的，某些大电动机的容量与电站容量可相比拟，大电动机起动时的冲击电流将引起电网电压的急剧下降，严重是会使某些设备退出工作。^［６］

2.1.1船舶电站的容量较小

通常电源为单一电站，船舶电站大多由2-4台同容量，同型号的发电机组组成。船舶电站单机容量约为几百-几千KW。船舶电站总装机容量为（2-4）倍的单机容量。

2.1.2输电线路

电源与用电设备之间的距离很短，线路阻抗很小，因此短路电流很大

船舶电站配电装置也简单可靠，只采用低压电器开关及控制和保护装置，除照明须配置容量不大的变压器外，并无其他的变压设备，一般船舶电站直接对用电设备供电。