第一篇：船舶電力系統的設計與研究

船舶電力系統的設計與研究

0 引言

船舶電力系統在船舶上具有極為重要的地位，電力系統供電的連續性、可靠性和供電品質，將直接影響船舶的經濟指標、技術指標和生命力。在現代化船舶上，電站操作越來越復雜、電站自動化程度日益提高，對電站管理人員的要求也越來越高。二十世紀七十年代后，船舶電力系統的控制形成了功能齊全、性能穩定的由數字集成電路與線性模擬集成電路組成的控制系統。八十年代后，出現了由單板機或單片機組成的微機控制系統。到了九十年代，PLC 的應用增強了控制系統的可靠性。到目前為止PLC 控制的電站、主機遙控、集中監測報警等系統已不斷的更新換代，船舶電力系統己形成了完善的船舶自動電力綜合管理系統。船舶電力系統

船舶電力系統主要由電源、配電裝置、電力網和用電設備組成。電源通常采用發電機組或蓄電池組。發電機是由原動機帶動的，原動機的類型可分為蒸汽機、柴油機、汽輪機和燃氣輪機等。配電裝置是用來接收發電機發出的電能、分配電能和控制電能的。聯系發電機、主配電板、分配電板和用電設備的電纜稱為電力網，其作用是用來輸送電能。船上的用電設備很多，包括動力負荷、照明負荷、通訊導航設備等。船舶電力系統研究的對象是發電機發電、配電、輸電給各用電設備的問題。船舶電站設計

船舶電站是電力系統的心臟，其工作的可靠性和生命力，是系統實現規定任務的有效性的兩個標志。船舶電站的可靠性是在指在各種不利的工作條件(如環境溫度變化大，空氣濕度大，海水腐蝕作用強，船舶的橫搖和縱傾大，航行振動和沖擊振動等)，電氣系統的各項電氣設備在整個運行期間不見斷的工作能力。既不發生結構上的損壞事故，也不應發生各種裝置的調整失常，使整個電力系統能不間斷地供電，并保證一定的電能質量。船舶電站的生命力是指船舶受到戰斗損壞和事故破壞時，電力系統仍能保證不間斷供電的能力。電力系統工作的可靠性取決于其組成元件的可靠性及其相互連接方法和使用方法。因此對船舶電站的可靠性，要求在設計船舶電站線路、選用元件、確定使用方法時都必須加以考慮。

船舶電站由原動機、發電機和主配電裝置組成，一般都是根據船舶的具體要求專門研制配套的。它為船舶上的工作機械和生活設備如電動舵機、錨機、武器裝備、電燈、電視機、空調等提供電源。電站設計是電力系統設計的關鍵環節。根據船舶負荷的供電需求來確定電站的組成方案，并進行電源設備的選型和布置，這是船舶電力系統設計的一項重要內容。

一個優良的船舶電站應該具備有充足的發電能力并保證向全船的重要負荷可靠地供電，有較強的生命力、較高的運行安全性、較低的全壽命期費和優良的操作使用性能。

在船舶自動化電站中，為了使一套發電機組能自動并車投入運行，其首要的工作是必須能根據指令自動起動或停止柴油機發電機組，或者首先能在集中控制室內遙控柴油發電機組的起動或停止。因此，柴油發電機組的自動控制是船舶電站自動化的重要內容之一。

船舶發電機大多由柴油機拖動，在發電機的起動和停機控制中，柴油機是控制對象，船舶輔柴油機可以有電動起動和壓縮空氣起動兩種方式。電動起動一般用于應急發電機的原動機，由蓄電池供電給直流伺服電動機，帶動柴油機轉動直到起動完畢；主發電機組一般采用壓縮空氣起動，壓縮空氣經起動控制閥到達柴油機，再由柴油機的空氣分配器按各汽缸發火的順序，依次將壓縮空氣引入各汽缸，推動活塞，使機器轉動。一旦進入汽缸的壓縮空氣產生高溫，自行發火運轉后，立即切斷氣源，柴油機即自行運轉。

控制柴油機停機時，只需切斷燃油供給，機器即自行停下來。但也需注意，不同形式的機器可能有不同的要求。突然停機，也許是某些機器的性能不能接受的，它要求在中速下先運行一段時間，待溫度逐漸降低，然后才允許斷油停機。柴油機起、停程序可歸納為三種基本原則：(1)按時間原則控制,即模仿人的實際操作過程,按時間擬定控制程序；(2)按速度原則控制，即直接按速度擬定控制程序；(3)按滑油壓力控制，即根據不同轉速時滑油壓力的變化擬定控制程序。一般采用綜合方式控制，即在整個控制系統中，以上三種控制原則都有。

在具有要求多臺機組并聯供電的電站中，若要滿足“無人機艙”的要求，實現電站自動化，必須將各個自動環節有機地聯系起來，組成一個總體控制系統，用來收集來自各臺柴油機、發電機、斷路器、匯流排以及各主要負載的必要的信息及參數，加以分析、判斷，在一定的條件下，自動地采取符合邏輯的措施，以處理電站運行中可能出現的各種情況，確保電力系統安全可靠、經濟地運行。船舶配電裝置設計

船舶配電裝置是用來接收和分配船舶電能，并對發電機和電網進行保護、測量和調整等工作的設備。它是由各種開關、保護電器、測量儀表、調節和信號裝置等電器設備按一定要求組合而成的。

船舶配電裝置種類很多，常用的按其用途分類有：

主配電板：用來控制和監測主發電機的工作，并將主發電機產生的電能，通過主電網或直接給用電設備配電。

應急配電板：用來控制和監測應急發電機的工作，并將應急發電機產生的電能，通過應急電網或直接給用電設備供電。

蓄電池充放電板：用來控制和監測充電發電機或充電整流器，對蓄電池組進行充放電工作，并通過低壓電網或直接給用電設備配電。

岸電箱：當船舶停靠碼頭時，將岸上電源接至船上，通過主配電板(或應急配電板)給用電設備供電。

區配電板：介于主配電板或應急配電板與分電箱之間，用以向分電箱和最后支路供電的配電板。

分電箱：用以向成組的最后支路供電，并裝有保護裝置。按目的和性質分為:電力分電箱、照明分電箱、助航通信分配電板等。

電工試驗板：接有全船各種電源和必要的檢測儀表，專供船上檢修和校驗各種用電設備的配電板。

船舶配電裝置應根據其安裝的場所，選擇不同的防護等級和安裝方式。船舶電網設計

船舶電網是由船用電纜、導線和配電裝置以一定的連接方式組成的整體。船舶電網包括供電網絡和配電網絡，供電網絡是指主發電機與主配電板之間、應急發電機與應急配電板之間、主配電板之間以及主配電板與應急配電板、岸電箱之間的電氣連接網絡。配電網是指主配電板、應急配電板到用電設備之間的電氣連接網絡。

船舶電網的連接方式有很多，但基本類型有以下五種：

（1）饋錢配電方式

各個用電設備及分配電箱由主配的單獨饋線引出。這種方式用于用電設備較少的小型船舶。

（2）干線配電方式

由主配電板引出幾根叫做干線的電纜對分配電箱供電，用電設備再從分配電板上取得電源，這種配電方式的優點是電網結構簡單，可以大大減少船舶干線電纜的數量。

(3)混合配電方式

饋線式和干線式混合的配電方式。這種配電方式局部線路發生故障不致影響整個電力系統，可以保證重要設備有較高的供電可靠性。

(4)環形配電方式

這種方式是將主配電板和負載的分配串接在一起形成一個完整的環形，向用電設備供電。根據連接線形成的電網閉環的情況，環形配電方式可以分為全閉環、電源環和負載環數種。這種配電方式可以構成較多的電源到負載的通路，所以有較高的供電可靠性。

(5)網形配電方式

它是在船舶發電機組和負載較多的情況下，由環形配電方式發展而成的一種配電形式。電力系統的保護設計

電力系統保護裝置設計的目的在于防止或限制系統的故障，并把它們對系統其余部分的影響降低到最低程度。在設計中對保護裝置要考慮：

(1)確定系統電氣參數檢測、保護的內容和范圍，并確定應有哪幾種保護性能。

(2)正確選用合適的保護裝置。

(3)確定保護裝置的動作整定值。

(4)電力系統各個環節之間的聯鎖和協調。

(5)確定電力系統的負載控制措施。

通過以上的設計，可以得出船舶電力系統的流程圖如下：

在電力系統諸要素(電制、電壓、頻率等)確定后，根據規范規則以及客戶的要求，依次進行電源裝置設計、配電裝置設計、電力網設計和系統保護設計，將設計過程圖紙化文件化(包括電力負荷計算書、配電板布置圖原理圖、短路電流計算等)，最后交付相關廠家進行硬件施工。結論

本文的研究為電力系統的設計提供了一種思路，完成了以下工作：

1.電力系統的設計:進行了電力負荷的研究，并根據研究結果進行主發電機的選型。

2.配電裝置的設計:對元器件進行選型，設計了主配電板和應急配電板的布置圖和原理圖。

3.電力網的設計:設計了一次二次電力系統圖，繪制了電力布置圖。

4.電力系統保護的設計研究:對選擇性保護進行分析研究，并繪制了工程化圖紙。

這些研究結果可為后續的研究提供理論和實踐上的指導，從而進一步掌握船舶電力系統的設計步驟。

第二篇：船舶電力系統基本參數

船舶電力系統的基本參數有電流種類、電壓等級和頻率標準。它們決定了船舶電站工作的可靠性和電氣設備的重量、尺寸、價格等。

一、電流種類的選擇

電流有直流和交流兩種。早期船舶多采用直流電力系統。30年代開始在軍用艦船上采用交流電制，以后逐漸推廣到各種船舶，代形成電制更替高潮。然而艦船電力系統的電流種類，的限制，例如，采用蓄電池組為能源的常規潛艇，就很難推行交流電制；有較高調速要求的推進電力系統也往往采用直流電制。交流電站與直流電站相比，工作量比后者少得多；因為交流電動機沒有整流子，結構簡單、體積小、重量輕、運行可靠此外，交流動力網絡與照明網絡之間可通過變壓器實現電氣隔離。絕緣電阻低的照明電網基本上不影響動力電網。舶電氣化程度的提高和系統容量的增長。簡單，電動機起動時沖擊小。可實現大范圈平滑調速機尤為有利)，蓄電池組充電毋須整流器等。然而，由于電力電子技術的發展，直流電制的優點越來越不明顯，舶中占了主要地位。

二、電壓等級

60-70仍然會受到艦船能源類型或某種條件前者設備成本和維護保養方面的費用及.鼠籠式電動機可以直接起動，控制設備少。50年 使(這對電動起貨我國艦船在年代完成了向交流電制過渡。交流電制也有利于船直流電站的優點是調壓并車交流電制在國內外各種船 確定電力系統及其負載的電壓等級，是電力系統設計的一項重要內容。從減少導體電流的角度來看。提高電壓是有利的，可以減小電器元件的導電截面，節約有色金屬。如以電器在電壓為127V時的重量為1，則當電壓為220V、380V和500V時，電器的重量分別近似地等于0.58、0.33和0.25。

另一方面，電壓的提高增加了電器滅弧的困難，為此對電氣設備的絕緣和安全方面提出了更高的要求，需要加大滅弧間隙，器的重量、尺寸增大，故在電壓高于600V時，其重量、尺寸減小很少。

目前世界各國對電壓等級的考慮，主要與本國陸上電制的參數能統一。我國發電設備具有230V(單相)、400V(三相)的額定電壓。歐盟從1992年起規定低壓發電沒備的額定電壓只允許使用由于船舶容量的增加，提高電壓是必然趨勢。在一些大型船舶、工銼船舶及艦船上，電站容量已達20 000-40 000kW以上，單機功率達000-5 000kW,這時仍采用400V電壓等級已成為不可能。因為當三相400V和Cos=0.8，發電機額定相電流為5 700A時，就需要截面為電纜18根并聯運行，這是不合理的。此外，這樣大的電流使開關保護電器復雜化。

船舶電站額定電壓有向中壓發展的趨勢。國際電工委員會建議采用3.3kV電壓；英美等國因為陸上有3.3，6.6kV電壓等級，所以這些國家在巨型船舶上采用3.3，6.6kV；德國允許最高工作電源電壓為11 000V。這是充分估計了船舶電壓發展趨勢的最高電壓。我國電力

這樣又使電230V/400V。3 推進系統最高允許電壓規定直流為1 000V，交流為6 300V。英國“伊麗莎白皇后二世”號客輪(3臺5 500kW主發電機)和我國500t浮吊船上已采用了3.3kV電壓。

三、額定頻率

船舶交流電力系統現行額定頻率有工頻和中頻兩種。工頻是船舶動力電氣設備使用的頻率，按各國傳統習慣，有國船舶與陸用電源一致。用60Hz。有些國家和地區如巴西、在一定范圍內提高頻率。設備自動化元件的重量和尺寸。部設備由中頻發電機供電的可能。400Hz頻率供電，我國艦船規范也推薦優先采用電源采用中頻(1)減少電氣設備重量。因為轉速和拖動機械轉速提高，如M=975P/n(P機繞組的導線因電流減小而其截面可以縮小。積可以減小。對于高速機械，因轉矩小，其相應重量、體積也小壓器、電抗器和電容器也因此而減小重量和尺寸。影響，頻率提高到指標有些增加拖動機械的重量將減小到50Hz和60Hz兩種50Hz的標準頻率。美國、韓國等采用日本等采用50Hz和60Hz兩種頻率。可提高自動化系統動作的快速性。降低電氣因此，船舶電力系統有采用中頻或局近年來，國外有些軍艦已開始采用400Hz頻率。400Hz的優點是:

n=60f/a(a為磁極對數)。使發電機a=2,n=12 000r/min.而電機的電磁轉矩)。當功率恒定時.M隨著n的升高而減小，因而電動機的重量和體但由于集膚效應的400Hz.電纜、配電裝置和電器元件的重量和尺寸.總的來說，頻率提高到4001Hz，則電氣設備和電動機60%。

.我電.變 為電磁功率(2)用靜止整流器對直流用電設備供電時，濾波要求低。

(3)因短路電流近似與短路電路電抗成反比，電抗隨著頻率而增大。因此可限制短路電流，并改善裝置安全工作條件。(4)動態性能好。因為負載控制線路的時間常數，T隨f的提高而減小。使系統快速性增加，起動與發電機功率可比擬的異步電動機也快。電機的慣性常數量，n為轉速)，當功率不變時，的12 000r/min(5)電動機在高頻輕載時提高頻率也會帶來一些不利因素，如要求制造高速電機、電器、儀表和高速機械，交流阻抗增大，損耗增大。為了實現準同步并車，必須采用新型調速器和高速開關是現代艦船所不希望的

(C由50Hz的轉速，高。

.中頻電器、高速機械工作噪聲較大，這,GD2為轉子的飛輪慣

提高到9倍以上。400Hz為常數1 500r/min，將使發電機慣性常數增大至

第三篇：船舶綜合電力系統

淺析船舶綜合電力系統

1.引言

船舶綜合電力系統是船舶動力的發展方向，是造船技術發展史上的又一個革命性的跨越，其主要特點是將推進動力與電站動力合二為一。該項技術正在逐步成熟、完善。以美、英、法為代表的發達國家率先引入綜合電力系統這一概念，并積極開展研究、試驗和應用到船艇。2.綜合電力系統概述

綜合電力系統的思想基礎是降低未來船舶的總成本，優化船舶總體、系統和設備的組成。其設計理念是突出系統化、集成化和模塊化。在船舶平臺上的具體實現途徑是將全船所需的能源以電力的形式集中提供，統一調度、分配和管理。

美國海軍提出的綜合電力系統主要包括發電、配電、電力變換、電力控制、平臺負載、推進電機、能量儲存等七個模塊。其中，發電模塊將其它形式的能量轉化為電能，經全船環形電網向各區域配電系統供電；電力控制模塊對配電模塊實行電能分配和監控；配電模塊將電力輸送到電力負荷中心，再分配到各用電設備；電力變換模塊將一種形式的配電模塊轉化為另一種形式的配電模塊；推進電機模塊用于船舶推進；平臺負載模塊是一個或多個配電模塊的用戶；能量儲存模塊用于儲存電能，維持整個供電系統的穩定。采用綜合電力系統的船舶與傳統船舶比較，具有的主要優勢為：

便于采用分段和模塊化建造，使用維護費用低，經濟性好；噪音低，可提高船舶的安靜性和舒適性，提高艦艇的戰斗力和生命力；調速性能好，控制方便，倒車簡便、迅速，提高船舶的機動性；布置靈活、設計方便、可靠性高，可維修性好、生命力強；便于實現自動化，減少船員；適用性強，可廣泛采用各種電子設備和先進的推進技術，對于艦艇而言，可以使用諸如激光武器、電磁炮等高能武器。3.綜合電力系統的發展現狀

近十來年，船舶的電力推進技術已進入應用階段。目前，不同類型的船舶，如一些科考船、破冰船以及郵輪采用了電力推進系統。推進電機采用直流、交流同步電動機或交流感應電動機。研究報告顯示，雖然商船的綜合電力推進系統提高了船的建造費用，但其運行和支持費用，及其生命周期里的整個費用卻降低了。上世紀九十年代，一些商船業公司，如ALSTOM、ABB、SIEMENS等，已形成了企業內部的商船業電力推進標準。有人統計，八十年代后期建造的1000噸以上的商船中采用柴－電推進的約占25％，到九十年代中期，此類船舶中有35％以上采用電力推進，且該比例正在呈逐年上升的趨勢。據統計，到2000年，全世界商船電力推進的裝機總容量約為4200MW。

美國海軍于1980年建立了綜合電力驅動計劃，希望通過將船舶日用電力系統和推進電力系統合而為一，進一步提高戰船的性能。1990年后，美國海軍將注意力轉到提高船舶的能購性上，研究計劃轉為綜合電力系統(IPS：Integrated Power System)項目。針對當時水面戰斗艦艇(SC-21，現轉型為DD（X）)的概念設計，美海軍完成了費用和效能評估。2002年4月29日，美國海軍宣布英格爾斯造船公司、諾斯羅普格魯曼船舶系統公司為DD(X)的設計主承包商，設計承包合同總價款為28億多美元，執行期至2005財政。DD(X)設計合同的簽署意味著美國海軍水面艦艇革命性變革的開始。綜合電力系統強調的主要技術目標為增加可操作性和支持柔性設計。美海軍計劃2003年開始，用3年多時間完成11個工程開發模塊的建造和試驗，并通過充分的陸試和海試去降低技術風險，爭取2005年技術定型，2012年裝船。美國超導有限公司2003年3月3日宣稱，美國海軍研究局已選定該公司作為總承制方，組織力量為電力艦艇設計制造一臺36.5兆瓦高溫超導推進電動機的原型樣機。英國海軍計劃將綜合電力技術用于未來的新型護衛艦和輕型航空母艦上。這種新型護衛艦排水量為5000噸，航速30節，電力系統將使用WR-21燃氣輪機作為原動機，采用永磁發電機。該型護衛艦預計在2008～2010年左右服役，建造數量可能為20～25艘；采用綜合電力系統的輕型航母計劃在2010～2012年服役。4.采用綜合電力系統需要解決的主要關鍵技術

船舶采用綜合電力系統優勢明顯，并且已成為發展趨勢，但實現起來并非坦途，有大量的關鍵技術需要解決，主要的關鍵技術為：（1）綜合電力系統總體技術研究

由于綜合全電力系統涉及電力工程各個分支專業，如原動機、發電機、電動機、調速、電力電子技術，電力管理等等。許多不同專業的各個設備的研制應當相互協調，功能相當且接口一致，為滿足系統和總體的需求，需要全面、綜合、系統、深入地開展研究，對各子系統提出要求，確保這一復雜工程有序、順利的開展。

綜合電力系統各個模塊是否運行良好并相互協調以發揮系統最佳效能,是事關整個系統優劣和良好運行的關鍵。需要開展構成綜合電力系統的各個模塊，以及各模塊集成技術研究。主要包括：發電模塊關鍵技術研究，包括原動機的選擇和新型原動機的研制，研制高功率、高能量密度的交流或直流發電機，全船環形電網關鍵技術研究等；配電模塊關鍵技術研究主要包括區域配電模式研究等；電力變換模塊關鍵技術研究主要包括大容量電能變換技術研究，中、高壓電網的安全性研究等；電力控制模塊關鍵技術研究主要包括電力系統智能化綜合監控與管理技術研究等；推進電機模塊關鍵技術研究主要包括現有推進電機應用于系統研究，新型推進電機及其應用于系統的可行性研究等；能量儲存模塊關鍵技術研究：對于未來的全電力船舶，電力系統是全船的基礎，也是唯一的能量來源，提高電力系統的供電可靠性及供電品質，是保障船舶安全穩定運行的前提。當電力總線為某一設備提供電功率時，為避免對其它電氣設備的影響，可使用中間儲能設備來維持總線的穩定性。因此應開展新型儲能技術，如超導儲能技術、蓄電池儲能技術、飛輪儲能技術等研究以及能量管理模式研究等；系統集成技術研究：系統的集成的核心在于系統的綜合優化和系統的控制與管理，因此應開展包括系統模塊化及綜合優化技術、系統綜合智能監控技術、系統穩定控制技術、系統保護技術、系統綜合智能管理等技術的研究。

推進電機是綜合電力系統的重要組成部分。美、英海軍目前采用感應推進電機，正在研制永磁電機，下一步將研制超導電機。電力推進的一個主要研究內容就是推進電機交流化，其核心是電力變換器與交流推進電機的技術組合。未來電力船舶對推進電機單機容量的需求日益增大，直流推進電機因受極限功率的限制，已不能滿足要求。

隨著電力電子技術、現代控制理論技術的發展，交流電力推進系統取代直流電力推進系統勢在必行。

永磁推進電動機與傳統推進電機相比，具有體積小、重量輕、高比功率、效率高、噪聲低、易于實現集中遙控、可靠性高、可維性好等優點。高溫超導電機由于體積和重量的大幅度降低，電機制造成本大為減少，與傳統電機相比，其成本可降低25-40%；電機振動和噪聲非常小，并且電機的轉動慣量小，能較快傳遞力矩；電機的尺寸和重量可分別減少到傳統電機的1/3到1/5。目前國際上6500馬力的高溫超導電機已研制成功，大功率超導電機即將商品化。

（2）綜合電力系統適裝性技術研究

第四篇：電力系統電壓穩定分析與研究

武漢大學本科畢業論文

電力系統電壓穩定分析與研究

院（系）名 稱： 武漢大學

專 業 名 稱

： 發電廠及電力系統 學 生 姓 名

： 楊

帆

指 導 教 師

： 江

波

教授

摘 要

電力系統是一個具有高度非線性的復雜系統，隨著電力工業發展和商業化運營，電網規模不斷擴大，對電力系統穩定性要求也越來越高。在現代大型電力系統中，電壓不穩定/電壓崩潰事故已成為電力系統喪失穩定性的一個重要方面。因此，對電壓穩定性問題進行深入研究，仍然是電力系統工作者面臨的一項重要任務。

關鍵詞:

電力系統

電壓穩定

電壓崩潰 2

目 錄

1.前 言

1.1 電壓穩定性及其類型 1.2 電壓穩定的研究內容 1.3 電壓穩定的研究展望 2.現今對于電壓崩潰機理的認識 2.1 短期電壓失穩 2.2 長期電壓失穩

2.3 由長期動態造成的短期不穩定性 3.電壓穩定性的分析方法 3.1 靈敏度分析方法 3.2 最大功率法 3.3 Q-U 法 電壓穩定的研究方法 4.1 靜態分析方法 4.1.1靈敏度分析法

4.1.2特征值分析法、模態分析法和奇異值分解法 4.1.3連續潮流法 4.1.4非線性規劃法 4.1.5零特征根法

4.2 動態分析方法 4.2.1小干擾分析法 4.2.2大干擾分析法 4.2.3非線性動力學方法 4.2.4電壓穩定的概率分析 4.電壓穩定研究的進一步發展

5.結語

上個世紀七十年代后期以來，世界范圍內先后發生了多起由電壓崩潰引起的前 言

大面積停電事故，造成了巨大的經濟損失和嚴重的社會影響。我國雖然還沒有發生過大范圍的惡性電壓崩潰事故，但電壓失穩引起的局部停電事故卻時有發生，例如1972年7月27日湖北電網、1973年7月12日大連電網等。這些事故的發生使人們對長期被忽視的電壓穩定問題投以極大的關注，認識到了電壓穩定性的研究對確保電力系統安全可靠的運行具有重要意義。由此，電壓穩定的研究開始逐漸進入電力工業界和學術界的視野，研究成果不斷涌現。

近年來，隨著電力工業的發展，電力系統規模日益擴大，逐步進入高電壓、大機組、大電網時代，同時伴隨電力改革和電力市場的實踐，長線路、重負荷及無功儲備不足的特征逐漸突出，系統的電壓安全裕度傾向于越來越小，使電力系統常常運行在穩定的邊界；而目前系統運行操作人員并不能準確掌握系統的電壓安全狀態。所以事故發生時，缺乏足夠的安全信息來采取相應的措施，導致了事故的擴大。

目前，電力系統中電壓穩定問題趨于嚴重的原因主要有以下 4 點：①由于環境保護以 及經濟上的考慮，輸電設施使用的強度日益接近其極限值； 發、②并聯電容無功補償增加了，這種補償在電壓降低時，向系統供出的無功按電壓平方下降； ③長期以來人們只注意了功角 穩定性的研究，并圍繞功角穩定的改善采取了許多措施，而一定程度上忽視了電壓穩定性的 問題； ④隨著電力市場化的進程，各個有獨立的經濟利益的發電商以及電網運營商很難象以 前垂直管理模式下那樣統一的為維護系統安全穩定性做出努力。在我國電壓不穩定和電壓崩潰出現的條件同樣存在，首先我國電網更薄弱，并聯電容器的使 用更甚，再加之城市中家用電器設備的巨增，我國更有可能出現電壓不穩定問題。目

前國內 電壓穩定問題“暴露的不突出”，原因之一可能是由于大多數有裁調壓變壓器分接頭(OLTC)末投人自動以及電力部門采用甩負荷的措施，而后一措施應該是防止電壓不穩定問題的最后 一道防線，不應過早地或過分地使用。將來電力市場化之后，甩負荷的使用將受到更大的限 制。因此在我國應加緊電壓穩定問題的研究。

1.1電壓穩定性及其類型

電力系統的穩定性是在遠距離輸送大功率負荷情況下突出的問題。在初期的電力系統中，輸電線路距離較短，負荷較小，顯然穩定問題不是很重要的問題。而目前，在我國的電力網越來越大，輸送距離越來越長，輸送容量越來越大，電壓等級越來越高。在這樣的電力系統中，主要靠廣大工程技術人員（用戶）提供可靠而不間斷的電力，保證電力系統運行的安全、可靠、優質，穩定性問題顯得十分重要。電力系統穩定性的破壞，是危害很嚴重的事故，會造成大面積停電，給國民經濟帶來不可估量的損失，這種后果促使人民嚴重關注電力系統的穩定問題。可以說現代電力 系統的很多方面都與穩定性問題密切相關的。

所謂電力系統的穩定性，是指當系統在某種正常運行狀態下突然受到某種干擾時，能否經過一定的時間后又恢復到原來的穩定運行狀態或者過渡到一個新的穩定運行狀態的能力。如果能夠，則認為系統在該正常運行方式下是穩定的。反之，若系統不能回到原來的運行狀態，也不能建立一個新的穩定運行狀態，則說明系統的狀態變量（電流、電壓、功率）沒有一個穩定值，而是隨著時間不斷增大或者振蕩，系統是不穩定的。知道電網甩去相當大的一部分負荷，甚至是系統瓦解成幾個部分為止，這種穩定性的喪失帶來的后果極為嚴重。

電力系統的穩定性，按系統遭受到大小不同的干擾情況，可分為靜態穩定性和暫態穩定性。

電力系統的靜態穩定性，是指系統在某種正常運行狀態下，突然受到某種小干擾后，能夠自動恢復到原來的運行狀態的能力。實際上電力系統中任意小的干 6

擾是隨時都存在的，例如，某個用戶需要增減一點負荷，風雨造成的搖擺，系統末端的小操作，調速器、勵磁調節器工作點變化等。在小干擾作用下，系統中各狀態變量變化很小。

電力系統的暫態穩定性，是指系統在某種正常運行狀態下，突然受到某種較大的干擾后，能夠自動過渡到一個新的穩定運行狀態的能力。可見，電力系統的暫態穩定性即是大干擾下的穩定性。系統運行中的大干擾包括正常操作和故障情況引起的。正常操作如大負荷的投入或切除，大容量發電機、變壓器及高壓輸電線路的投入或切除，都可能對系統產生一個較大的擾動。故障情況如系統中發生各種形式的短路、斷路，這對系統的擾動極為嚴重。電力系統受到較大擾動時，系統中的運行參數（電壓、電流和功率）都將發生急劇的、不同程度的變化。由于電源測原動機調速系統具有相當大的慣性，致使原動機的機械功率與發電機的電磁功率失去了平衡，于是在機組大軸上相應將產生不平衡轉矩，在這個不平衡轉矩的作用下，轉子的轉速將發生變化。而系統中各發電機轉子相對位置的變化，反過來又將影響系統中電流、電壓和功率的變化，且各狀態變量的變化較大。

綜上所述，不論是靜態穩定性還是暫態穩定性問題，都是研究電力系統受到某種干擾后的運行過程。由于兩種穩定性問題中受到的干擾不同，因而分析的方法也不同，除此之外，還有一種動態穩定。

動態穩定是指當系統受到某種大干擾將使系統喪失穩定，當采用自動調節裝置后，可將系統調節到不致喪失穩定，把這種靠自動調節裝置作用得到的穩定叫做動態穩定。所謂動態穩定是指電力系統都到大干擾后，在計及自動調節和控制裝置的作用下，保持系統穩定運行的能力。

當系統遭受到某種擾動，而打破系統功率平衡時，各發電機組將因功率的不平衡而發生轉速的變化。由于各發電機組的轉動慣量不等，因此它們的轉速變化也各不相同有的變化較大，有的變化較小，從而在各發電機組的轉子之間產生相對運動。電力系統的穩定問題，主要是研究電力系統中發電機之間的相對運動問題。由于牽涉到機械運動，所以分析電力系統的穩定性也稱電力系統的幾點暫態過程的分析。

電力系統的穩定問題，還可以分為電源的穩定性和負荷大穩定性兩類，電源的穩定性就是要分析同步發電機是否失步；負荷的穩定性就是要分析異步電動機是否失速、停頓。但往往是電源和負荷同時失去穩定。

1.2 電壓穩定的研究內容

目前的研究工作按照其目的的不同可以分為三大類：電壓失穩現象機理探討、電壓穩定安全計算和預防/控制措施研究。

(1)電壓失穩機理探討：其目的是要弄清楚主導電壓失穩發生的本質因素，以及電壓穩定問題和電力系統中其它問題的相互關系，電力系統中眾多元件對電壓穩定性的影響，在電壓崩潰中所起的作用，從而建立起分析電壓穩定問題的恰當系統模型。在這方面主要的研究手段有定性的物理討論、電壓崩潰現象的剖析、小干擾分析方法和時域仿真計算。早期的靜態研究中機理認識集中體現在P-V曲線和Q-V曲線分析、潮流多解的穩定性分析和基于靈敏度系數的物理概念討論。動態因素受到重視以后，負荷的動態特性，OLTC的負調壓作用受到了普遍關注。目前普遍認為無功功率的平衡、發動機的無功出力限制、OLTC的動態和負荷的動態特性與電壓崩潰關系密切。但是對電壓崩潰的機理認識還很不一致，不同研究人員所采用的系統模型也有很大差別，這種現狀表明迫切需要全面深入地分析電壓穩定問題，分析它與電力系統中其它問題的相互關系，弄清各種因素的作用，抓住問題的本質，為不同情況下的電壓穩定研究建模提供必要的指導原則。

(2)電壓穩定安全計算：主要包括兩個方面，即尋找恰當的穩定指標和快速且有足夠精度的計算方法。電壓穩定指標（多為靜態指標）總體上分成兩類：裕度指標和狀態指標。目前已提出的主要有：各類靈敏度指標、最小模特征值指標、電壓穩定性接近指標、局部指標、負荷裕度指標等。現在又提出了很多新的指標，如的快速電壓穩定指標FVSI，通過常規潮流程序計算每條線路的靜態穩定指標，并按指標排列。從而確定特定運行點到崩潰點的距離，來判斷系統的安全性。這個指標實現容易、計算簡單、概念清晰，且預測結果較精確，可作為警告指標來

預防電壓崩潰；在線電壓穩定指標Lvsi, 反映的是系統在當前運行狀態下，某一支路電壓穩定的程度；基于網損靈敏度理論的二階指標ILSI，可以很好指示電壓穩定水平，并具有良好的線性度，也可用于在線評估；提出將整個系統等值為一個簡單的兩節點系統，在此基礎上計及感應電動機負荷，得到負荷母線在線小干擾電壓穩定指標。

兩類指標都能給出系統當前運行點離電壓崩潰點距離的某種量度。狀態指標只取用當前運行狀態的信息，計算比較簡單，但存在非線性；而裕度指標能較好地反映電壓穩定水平，但其計算涉及過渡過程的模擬和臨界點的求取問題，計算量較大。從目前研究看，盡管許多電壓穩定指標已被提出，但由于各種指標都采用了不同程度的簡化，其準確性與合理性需要進一步驗證和改進。

這方面目前需要解決的主要有以下三個問題：①快速、準確的指標計算方法；②根據動態機理對各類指標的合理性、準確性進行檢驗，為運行部門選擇指標提供依據；③在快速算法中計及影響電壓穩定的主要動態元件的作用，比如發電機無功越限和負荷特性的影響等。

(3)預防/控制措施的研究：以日本和法國采取的事故對策最為出色。前者強調增強事故狀態下的電壓控制能力，后者以其對電壓崩潰過程的時段的劃分，側重于事故發生前的緊急狀態下的預防措施。目前普遍認為，加強無功備用、提高無功應變能力、防止無功功率的遠距離傳輸、緊急切負荷、閉鎖甚至反調OLTC是預防嚴重事故的有效措施。

1.3 電壓穩定的研究展望

電壓穩定研究作為電力系統領域的一個重要的實際課題，在近三十年來取得了許多重要的成果，一些電網工程人員研制了電壓穩定分析和監測應用軟件。但目前理論研究和應用實踐表明，對電壓穩定問題的認識深度和已取得的成果還遠遠不能與功角穩定問題研究所取得的理論認識深度及應用成果相比擬，還不能通過對電壓穩定全面的分析、預防、監測、控制確保電力系統的安全可靠運行。因此目前仍然存在的問題和今后可能的研究方向主要有：

(1)電壓崩潰的機理研究；

(2)對各種元件的動態特性還缺乏全面的分析和統一的認識，負荷建模仍然是電壓穩定研究的最大難題；

(3)影響電壓穩定的主要隨機因素的統計特性的獲取，以及這些隨機因素統計特性比較復雜時，如何進行電壓穩定概率分析；

(4)根據各種不同的電壓穩定裕度指標，開發相應的監測應用軟件，使電壓

2.現今對于電壓崩潰機理的認識

電力系統穩定運行的前提是必須存在一個平衡點，最重要的一類電壓不穩定性場景就是對應 于系統參數變化導致平衡點不再存在的情況。由于負荷需求平滑緩慢地增加而使負荷特性改 變直至不再存在與網絡相應曲線的交點，固然是其中的一種場景，但事實上，更為重要的場 景對應于大擾動，如發電和／或輸電設備的停運，這種大擾動使網絡特性急劇變動，擾動后 網絡的特性(如 PV 曲線)不再同未改變的負荷的相應特性相交，失去了平衡點，而導致電壓 崩潰。所以也需要研究由于大的結構和系統參數的突然變化所引起的不穩定機制。

2.1 短期電壓失穩

研究認為，引起暫態電壓崩潰的主要原因：①短期動態擾動后失去平衡點；②缺乏把系統拉 回到事故后短期動態的穩定平衡點的能力；③擾動后平衡點發生振蕩(實際系統中未觀察 到)；④長期動態引起的短期失穩(如平穩點丟失，吸引域收縮和振蕩)。這一時段內可能同 時出現功角失穩和電壓失穩，由于它們包含相同的元件，區分它們往往很困難。一種典型的 純電壓穩定問題場景是單機單負荷系統，負荷主要由感應電動機組成。這里的暫態失穩主要 是指系統受擾動之后，感應電動機等快速響應元件失去了平衡點，或者由于故障不能盡快切 除，使系統離開了干擾后的吸引域。

2.2 長期電壓失穩

系統擾動之后，系統已獲短期恢復，可用長期動態近似．此后造成動態失穩的原因 有：①失去長期動態平衡點；②缺乏把系統拉回到長期穩定平衡點的能力；③電壓增幅振蕩(實際系統中未觀察到)。

2.3 由長期動態造成的短期不穩定性

此種失穩機制也可以劃分為 3 種情況： ①由長期動態造成的短期平衡點丟失； ②由長期動態 造成的短期動態的吸引域收縮而致使系統在受到隨機參數變化或小的離散轉移后，缺乏拉回 到短期穩定的平衡點的能力；③由于長期動態而造成的短期動態的振蕩不穩定性。

3.電壓穩定性的分析方法

3.1 靈敏度分析方法

靈敏度分析在電壓穩定研究中應用越來越廣泛，其突出的特點是物理概念明確，計算簡單。靈敏度分析方法屬于靜態電壓穩定研究的范疇，它以潮流計算為基礎，以定性物理概念出發，利用系統中某個感興趣的標量對于某些參數的變化關系，即它們之間的微分關系來研究系統 的電壓穩定性。例如，人們常常考察負荷增長裕度對于發電機出力、線路參數變化的靈敏度 以求得較好的控制電壓安全的措施。在潮流計算的基礎上，只需少量的額外計算，便能得到 所需的靈敏值。靈敏值計算缺乏統一的靈敏度分析理論作基礎，各文獻都按自己的方法進行 靈敏度分析，沒有統一的標準；在計算靈敏度指標時，沒有考慮負荷動態的影響、沒有計及 發電機無功越限、有功經濟調度的影響；靈敏度指標是一個狀態指標，它只能反映系統某一 運行狀態的特性，而不能計及系統的非線性特性，不能準確反映系統與臨界點的距離。3.2 最大功率法

最大功率法基于一個樸素的物理觀點，當負荷需求超出電網極限傳輸功率時，系統就會出現 象電壓崩潰這樣的異常運行現象。最大功率法的基本原則是將電網極限傳輸功率作為電壓崩 潰的臨界點，從物理角度講是系統中各節點到達最大功率曲線族上的一點。電壓崩潰裕度是 系統中總的負荷允許增加的程度。常用的最大功率判據有：任意負荷節點的有功功率判據、無功功率判據以及所有負荷節點的復功率之和最大判據。當負荷需求超過電力系統傳輸能力 的極限時，系統就會出現異常，包括可能出現電壓失穩，因此將輸送功率的極限作為靜態電 壓穩定臨界點。負荷如果從當前的運行點向不同的方向增加，就會有不同的電壓穩定臨界點，有不同的電壓穩定裕度，但在這些方向中總會有一個方向的電壓穩定裕度最小。計算出這個 方向和電壓穩定臨界點，就能為防止電壓失穩提出有效的對策。把這個方向定義為參數空間 中最接近電壓穩定極限的方向，這個電壓穩定臨界點定義為最接近電壓穩定臨界點。3.3 Q-U 法

CIGRE 對電壓崩潰十分重視，在 1987 年提出電網應按照防止電壓崩潰的準則 進行規劃設計，并提出了防止電壓崩潰的 Q-U 法。Q-U 法是將電網中的某節點或母線作為 研究對象，通過一系列潮流計算，確定其 Q-U 特性曲線，并根據無功儲備準則或電壓儲備 準則，來確定所需的無功功率。該方法的優點是物理概念明確，缺點主要是潮流方程在電壓崩潰點處不易收斂。電壓穩定的研究方法

根據所采用的數學模型一般可以分為以下兩大類：基于穩態潮流方程的靜態分析方法，基于非線性微分方程的動態分析方法。4.1 靜態分析方法

靜態分析方法大多都基于電壓穩定機理的某種認識，主要研究平衡點的穩定性問題，即把網絡傳輸極限功率時的系統運行狀態當作靜態電壓穩定極限狀態，以系統穩態潮流方程進行分析。其研究內容主要包括計算當前運行狀態下的電壓穩定指標、確定系統的薄弱環節、尋找提高系統電壓穩定裕度的控制策略等。靜態分析方法眾多，以下扼要地綜述一些廣泛使用的、具有代表性的方法。4.1.1靈敏度分析法

靈敏度法是通過計算在某種擾動下系統變量對擾動的靈敏度來判別系統的穩定性。靈敏度分析的物理概念明確，求解方便，計一算量小，因此在電壓穩定分析的初期受到了很大的重視，對簡單系統的分析也較為理想。目前最常見的靈敏度判據有：dVL/dEG、dVL/dQL、dQG/dQL、d?Q/dVL等，其中VL、QL和EG、QG分別為負荷節點、無功源節點的電壓和無功功率注入量，?Q為電網輸送給負荷節點的無功功率與負荷無功需求之差。在簡單系統中，各類靈敏度判據是等價的，且能準確反映系統輸送功率的極限能力，但在推廣到復雜系統以后，則彼此不再總是保持一致，也不一定能準確反映系統的極限輸送能力。目前，靈敏度方法在確定系統薄弱環節、評估控制手段的有效性方面仍具有良好的應用價值。4.1.2特征值分析法、模態分析法和奇異值分解法

它們都是通過分析潮流雅可比矩陣來揭示系統的某些特性。特征值分析法將雅可比矩陣的最小特征值作為系統的穩定指標；模態分析法在假設某種功率增長方向的基礎上，利用最小特征值對應的特征向量，計算出各節點參與最危險模式的程度；奇異值分析法和特征值分析法類似，最小奇異值對應的奇異向量與特征值分析法對應的特征向量有相同的功能，在數值計算中前者只涉及實數運算，后者可能出現最小特征值為復數的情況，故前者更受研究人員的歡迎。考慮到電壓和無功的強相關性，這三種方法在分析時往往采用降階的雅可比矩陣。

電力系統是一個高度非線性系統，其雅可比矩陣的特征值或奇異值同樣具有高度的非線性，所以這三種方法都很難對系統電壓穩定程度作出全面、準確的評價，但在功率裕度的近似計算、故障選擇等方面仍有較好的應用價值。4.1.3連續潮流法

連續潮流法是求取非線性方程組隨某一參數變化而生成的解曲線的方法，其關鍵在于引入合適的連續化參數以保證臨界點附近解的收斂性，此外，為加快計算速度，它還引入了預測、校正和步長控制等策略。目前，參數連續化方法主要有局部參數連續法、弧長連續法及同倫連續法。在電壓穩定研究中，連續潮流法主要用于求取大家熟知的PV曲線和QV曲線。由于能考慮一定的非線性控制及不等式約束條件，計算得到的功率裕度能較好地反映系統的電壓穩定水平，連續潮流法已經成為靜態電壓穩定分析的經典方法。4.1.4非線性規劃法

非線性規劃法是將電壓崩潰點的求取轉化為非線性目標函數的優化問題，它以總負荷視在功率最大或任意負荷節點的有功功率最大為目標函數，采用非線性優化的方法來求解。相對于求解一個非線性方程組，求解一個非線性規劃問題要復雜得多，但它能較好地考慮各種等式、不等式約束條件的限制，在求解實際問題的時候具有更大的實用價值。目前，非線性規劃法已用于電壓穩定裕度計算、電壓穩定預防校正控制策略、最優潮流、電力系統經濟調度等各種問題。4.1.5零特征根法

零特征根法是一種直接計算系統臨界點的方法。它把臨界點特性用非線性方程組描述出來，并從數學上保證該方程組在臨界點處可解。在電壓穩定研究中，一般將靜態電壓穩定臨界點描述成具有非零左或右特征向量的形式，即求解如下形式方程組：

?f(x,?)?0?f(x,?)?0??w'f?0 或 ??fxv?0 x?l(w)?0?l(v)?0??兩式中的第一個方程描述了潮流關系，第二、三個方程一起說明潮流雅可比矩陣奇異、具有非零的左或右特征向量，根據需要第三個方程可采用模2范數等

多種形式。

零特征根法對初值的要求較高，需要采用一定的初始化策略。同時，零特征根法難以考慮不等式約束條件，而現有的幾種試圖考慮不等式約束的策略在實際系統下的效果都不佳，有待進一步研究。

總之，基于潮流方程的靜態分析方法經歷了較長時間的研究，并取得了廣泛的經驗。但本質上都是把電力網絡的潮流極限作為靜態穩定極限點，不同之處在于抓住極限運行狀態的不同特征作為臨界點的判據。4.2 動態分析方法

電壓穩定本質上是一個動態問題，只有在動態分析下，動態因素對電壓穩定的影響才能體現，才能更深入地了解電壓崩潰的機理以及檢驗靜態分析的結果。目前，動態電壓穩定分析方法主要分為小擾動分析法和大擾動分析法，其中大擾動方面主要有時域仿真法及能量函數法。除此以外，還有非線性動力學方法。4.2.1小干擾分析法

小擾動分析法是基于線性化微分方程的方法，僅適用于系統受到小擾動時的情形。它的主要思路是將描述電力系統的微分-代數方程組在當前運行點線性化，消去代數約束后形成系統矩陣，通過該矩陣的特征值和特征向量來分析系統的穩定性和各元件的作用，其主要難點在于建立簡單而又包括系統主要元件相關動態的模型。目前，小擾動分析已用于有載調壓變壓器(OLTC)、發電機及其勵磁控制系統和負荷模型等對電壓穩定影響的研究。4.2.2大干擾分析法

潮流解的存在和小干擾電壓穩定分析的重點在于把電力系統置于一個具有一定安全裕度的運行方式。電力系統遭受線路故障和其它類型的大沖擊，或在小干擾穩定裕度的邊緣負荷的增加，都可能使系統喪失穩定。這是系統動態行為的數學描述必須保留其非線性特性的原因。這方面的研究主要有時域仿真法和能量函數法。

（1）時域仿真法是研究電力系統動態電壓特性的最有效方法,目前主要用來認識電壓崩潰現象的特征，檢驗電壓失穩機理，給出預防和校正電壓穩定的措施 17

等，適合于任何電力系統動態模型。但是，電壓穩定的時域仿真研究還存在一些難點，主要包括時間框架的處理、負荷模型的適用性以及結論的一般化問題。

（2）能量函數法是直接估算動態系統穩定的方法，可避免耗時的時域仿真，基本思想是利用能量函數得到狀態空間中的一個能量勢阱，通過求取能量勢阱的邊界來估計擾動后系統的穩定吸引域，并據此判斷系統在特定擾動下的穩定性。能量函數法在判斷暫態功角穩定方面已取得了相當多的成果，為系統中電壓穩定薄弱區域的識別和不同規模系統間電壓穩定性的比較提出了良好的依據，但它對于具有復雜的動態特性和有損耗的輸電系統而言，并不能保證能量函數存在，目前在研究電壓穩定方面仍處于起步階段。4.2.3非線性動力學方法

電壓穩定裕度指標算法的研究都是針對線性化了的系統方程，即假設初始條件的微小變化只能導致輸出的微小變化，但由于電力系統是一個非線性的動力學系統，臨界點附近系統狀態的劇烈變化，使得臨界點附近這一假設往往不成立。有時，它也不能回答如果系統越過穩定極限點時，其狀態將如何變化的問題。為了確保電力系統的安全性，人們尋找能夠分析并控制非線性作用的新方法，基于非線性動力學的研究日益增多，如中心流形理論、分岔理論和混沌理論，其中研究最多的是分岔理論。

分岔是非線性科學研究的一種現象，主要研究當一組微分方程所描述的解的動態特性與方程所含參數的取值相關，并隨著參數取值的改變而發生的變化，包括系統一些重要特性，例如穩定性、穩定域和平衡點的變化。運用分岔理論能夠很好地分析電壓失穩的機理，且能夠在一定程度上將功角穩定與電壓穩定問題聯系起來提供統一的數學分析基礎。目前存在的主要問題是要進行復雜的化簡運算以便減少大量的計算量，因此尚需進行廣泛深入的探索。4.2.4電壓穩定的概率分析

電力系統具有非線性和不確定性特點，使得電力系統中的一些參數由于測量、估計或計算上的誤差具有一定的隨機性，擾動及其相應的保護動作均是隨即過程，計及系統參數和擾動的隨機性進行電壓穩定分析具有一定意義。根據負荷潮流雅可比矩陣奇異的可能性來定義電壓穩定概率指標，在30節點電力系統上 18

校驗了該指標的有效性。提出了一種進行電力系統電壓崩潰風險評估的方法。該方法綜合考慮了電壓崩潰的概率和后果，量化了風險指標，通過兼顧風險指標和經濟效益為確定系統的最佳運行方式提供了依據。6節點系統和IEEE 300節點系統的評估結果證明了該方法的可行性和有效性。

盡管電壓穩定靜態分析方法從原理上講并不嚴密，所得結果也難以令人信服，但卻計算簡單，且不需要難以準確獲得的負荷動態特性。與此相對應的電壓穩定動態分析方法，不僅面臨著負荷動態建模的困難，而且在研究實際大規模系統時還存在著數值計算上的困難。因此人們對電壓穩定靜態分析方法仍持積極的態度，并努力尋求潮流雅可比矩陣的性質與系統電壓穩定性之間的關系。并在積極的探索將電力系統動態分析方法和靜態分析方法結合起來的電壓穩定的分析方法。

4.電壓穩定研究的進一步發展

更精確的電壓穩定極限確定所需的模型 對于系統電壓穩定極限做出更精確的描述是現代電力系統發展的需要，為此有必要考慮更實 際的負荷模型，采用更有效的方法。感應電動機負荷是非常重要的一類負荷，在以往的電壓 穩定極限計算中，對這一類負荷常常以靜態負荷替代，或是用具有功率恢復特性的動態負荷 模型近似，研究表明，基于恒穩態功率恢復特性的動態負荷的小擾動分析所得的 SNB 點與 基于靜態負荷的 CPF 所得的 Fold 分岔點是一致的，而考慮具體的感應電動機負荷后刻畫電 壓穩定極限的工作變得更為復雜：首先很有可能在 Fold 分岔點之前就出現由于電動機滯轉 引起的 SNB 點；其次，這些 SNB 點不一定會造成系統出現電壓崩潰，其性質還要依系統的 具體情況進行分析。因此，在更精細的描述系統電壓穩定極限的工作中，對于感應電動機負 荷模型應予充分重視。

不斷發展的計算方法 迅速發展的計算機技術以及基于幾何概念的非線性動力學定性理論促進了非線性動力系統 數值計算方法的發展和應用，目前已有 AUTO，MAPLE 等著名商業軟件可供選擇。但是目前 還沒有用來分析多機電力系統的穩定性的好經驗。在電力系統的分岔與混沌研究中，圍繞如 何求取平衡解流形曲線，如何自動修正步長，如何越過常規 Newton-Raphson 算法中的奇異 點，如何跟蹤大型電力系統的 PV 曲線，如何搜索解曲線上的分岔點并判別其類型等一系列 問題，進行了廣泛的研究。目前一般采用延拓算法，較典型的有預估-校正法、弧長法等。例如用解軌線的切線或割線的方法預測，而用局部參數化或利用解軌線與垂直于切向量的超平面的交點的方法(準弧長法)校正，也可用二次型曲線來近似描述 SNB 點附近的潮流解，并用可控步長來加速計算。面對感應電動機模型對于電壓穩定分析造成的復雜性，需要有效的精確判定系統的穩定極限 的方法，CPF 或是基于恒穩態功率負荷模型的小擾動分析在這種系統中給出的結論一般都傾 向于樂觀；計及感應電動機負荷的分岔方法雖然可以通過 SNB 點附近的平衡點的情況來判 斷出現的 SNB 點的性質，但對大系統而言，“兩步法”更為適用，針對擁有大量感應電動機 負荷的系統，在“兩步法”之后通過時域仿真確定所發現的 SNB 的性質也是非常必要的。

5.結語

電力系統電壓穩定問題的研究有著十分重大的社會經濟意義。盡管電壓穩定問題及其相關現 象十分復雜，在過去二十年間，人們已經在電壓失穩機理以及負荷模型建立、分析手段上取 得了很多重要研究成果。隨著系統規模的不斷發展，新型控制設備的不斷投入運行以及電力 市場化的不斷深入，人們需要更為準確的電壓穩定性指標以及實用判據，需要將電壓安全評 估與控制不斷推向在線應用。

參考文獻

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第五篇：船舶數字化設計與制造

關于船舶數字化設計與制造

目前在我國乃至全世界。要實現船舶行業的跨越式發展，必須以信息技術為基礎。世界造船強國從CAX開始，逐步由實施CIMS、應用敏捷制造技術向組建“虛擬企業”方向發展，形成船舶產品開發、設計、建造、驗收、使用、維護于一體的船舶產品全生命周期的數字化支持系統，實現船舶設計全數字化、船舶制造精益化和敏捷化、船舶管理精細化、船舶制造裝備自動化和智能化、船舶制造企業虛擬化、從而大幅度提高生產效率和降低成本。所謂數字化設計就是運用虛擬現實、可視化仿真等技術，在計算機里先設計一條“完整的數字的船”。不僅可以點擊鼠標進入船體內部參觀一番，還可以在虛擬的大海中看它的速度、強度、抗風浪能力。這樣一來船舶設計的各個階段和船、機、舾、涂等多個專業模塊在同一數據庫中進行設計。

船舶是巨大而復雜的系統，由數以萬計的零部件和數以千計的配套設備構成，包括數十個功能各異的子系統，通過船體平臺組合成一個有機的整體。造船周期一般在10個月以上，既要加工制造大量的零部件，又要進行繁雜的逐級裝配，涉及物資、經營、設計、計劃、成本、制造、質量、安全等各個方面。這樣的一個復雜的系統需要非常強大的信息處理能力。我國船舶行業今年來雖有很大的發展，但與國際造船強國相比，無論在產量，還是在造船技術上差距甚大，信息化水平落后是直接原因。其中，集成化設計系統與生產進程聯系不緊密、船舶零部件標準化程度低、信息采集手段落后、物資/物流管理系統信息部同步、生產日程計劃安排手段落后、成本管理工作缺乏系統性、數字化應用未有效的促進體制和管理創新等問題的存在，導致了我國船舶行業參與國際競爭的綜合能力不高。

船舶工業是集資金、技術、勞動密集為一體的產業，科技含量較高。盡管我國船舶行業的造船量已連續多年位居世界前三位，造船相關經濟指標持續增長，但是與其他造船強國相比，我國船舶企業還存在很大的差距，尤其是在造船信息化數字化方面，由于信息技術和應用的滯后，使得我國船舶企業與世界造船強國的船舶企業差距有擴大的趨勢。具體表現在：

1、開發設計滯后。由于缺乏一體化的數字設計工具，我國船舶工業長期以來在船舶設計與開發方面能力很差，已經嚴重影響我國船舶工業的發展，設計周期長和設計水平落后都制約了我國造船生產效率的提高。

2、信息建設無序。目前我國數字化造船存在的主要問題有船舶設計自頂向下的全過程集成尚未實現；現有系統的集成度差，信息孤島現象嚴重；信息架構的整體考慮不足，協同能力和柔性應對能力差，產品設計、制造、管理信息一體化的集成度較低，數字化設計、制造、管理生產線各主線尚未貫通，數字化制造技術效能遠未發揮。

3、運營管理薄弱。由于缺乏對造船成本的實時跟蹤管理，導致造船專業化水平低、生產流程不盡合理，生產準備周期長、單位產品工時耗費高制約了造船業的發展。特別是隨著產業規模的快速擴大來自企業管理方式和成本節約的挑戰將會更加突出。

4、配套商全球化。在我國船舶工業規模迅速擴大、造船產量急劇增加和船舶品種結構不斷升級的情況下，特別加入WTO后，國家對船用設備進口采取行政性限制措施，進一步降低船用設備進口關稅，更多性價比高的國外同類產品進入我國市場，使得船舶企業配套設備的提供商遍布全球，這從側面也對船舶企業信息一體化建設提出了更高的要求。

5、協同響應速動。船舶制造正在從集成制造向敏捷制造過程轉化，真正面向大批量定制技術的船舶敏捷制造系統，并沒有實現的基礎。但隨著造船模式向船舶敏捷制造過程轉化的深入，船舶結構設計模塊化和標準化技術也將會更加深入地研究并逐步推廣應用，這必將帶來船舶制造過程和模式的快速演變，可以預測，隨著以上關鍵技術的成熟，船舶制造大批量定制的環境將逐步形成，這將對船舶企業間協同的速動響應能力提出更高的要求，而船舶企業間的實時互通也需要強有力的信息化平臺作支持。

總之，我國船舶企業在數字化造船的實施建設方面，首先要確定其總體的發展規劃和目標，并建立起企業的Intranet/Internet網，做好基礎準備。從生產設計、信息化建設、企業管理三個方面入手，通過推動CAD/CAM、CIMS技術，B2B電子商務技術及ERP技術的廣泛應用，縮短船舶總體及配套設備的設計和生產周期，提高船舶質量。通過開展網上報價和網上采購，加速資金和材料的周轉速度。最終實現網絡化的管理體系，提高管理效率，最終實現數字化船舶。