摘 要摘 要现代船舶业高速发展，船舶电站的容量也快速增大，电力系统的结构也越来越复杂，传统的时间电流原则已经满足不了现代船舶电力系统保护性能的要求，因此针对电力系统的快速性选择性要求提出了自适应保护算法。本文旨在研究电力系统的保护性能优化的自适应算法，通过对电力系统安全性能指标的快速性与选择性进行加权计算，并对两种性能指标进行权衡，对整个电力系统拓扑图结构进行分析，用退火粒子群算法对断路器的参数进行选择，最终实现电力系统保护性的优化，利用PSCAD对发电机和断路器的参数进行设置，并对几种舰船航行中的常用工况进行仿真，最后对时间电流原则的仿真数据和退火自适应优化算法的仿真数据进行了对比，通过实验验证了自适应算法的优越性。关键词舰船电力系统；自适应保护；退火粒子群算法；仿真比较摘 要 II
目录
摘 要 II
Abstract VII
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2选题的目的和意义 1
1.3国内外研究的现状及存在的问题 1
1.4本文的主要内容 3
第二章 舰船电力系统介绍 4
2.1船舶电力系统的基本知识 4
2.1.1舰船电力系统的特点 4
2.1.2 舰船电网的分类 4
2.1.3船舶供电负载的分类 5
2.1.4舰船配电方式 6
2.1.5舰船运行工况介绍 7
2.2电力系统保护的分类 8
2.2.1发电机回路的保护 9
2.3传统的电力系统保护方式 11
2.3.1断路器的工作性能和短路切断特性 11
2.3.2断路器的脱扣动作设定 12
2.3.3选择切断保护的条件和前提 12
2.4电力保护系统保护协调的基本条件 13
2.5电力系统性能指标 15
2.5.1快速性指标 15
2.5.2选择性指标 15
2.6电流时间原则的工况分析 16
2.7船舶电网的拓扑识别 17
2.8舰船电网的综合保护 17
第三章 自适应保护理论 19<
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br /> 3.1自适应保护的基本思想 19
3.2自适应系统模块功能 20
3.2.1故障识别装置 20
3.2.3故障切除决策模块 20
3.2.4操作执行模块 21
3.3工作流程总结 21
3.4自适应方案实现基础 21
3.4.1 断路器的发展 21
3.4.2 计算机的在线实时计算 21
3.4.3 传感器的完善 21
第四章 算法的实现 23
4.1短路电流的计算 23
4.2短路电流计算求和的实现 23
4.3保护算法的实现 24
4.3.1船舶电力系统保护参数整定 24
第五章 PSCAD/EMTDC的仿真 27
5.1PSCAD/EMTDC的使用背景 27
5.2加强的特性 27
5.3 EMTDC的编码求解 28
第六章 工况仿真验证 31
总结 36
致谢 37
参考文献 38
第一章 绪论
1.1 研究背景
现代舰船电站容量较大，较多的采用多发电机供电在不同的工况下，运行的发电机台数及每台发电机的运行容量不同。传统的时间电流保护原则虽然简单可靠，但对复杂的电力系统则会存在许多问题，例如无法定位故障位置，使系统中某些不存在故障的区域断电，难以满足选择性的要求，此外，传统的保护原则均为离线整定，针对故障所算出的整定值对系统多数运行方式来说不是最优的整定值[2]。
自适应保护方案能针对电力系统需要满足的选择性，快速性，灵敏性，可靠性所要求的指标，通过动态调整各指标的权重系数来满足性能指标要求。并采用退火粒子群算法来实现该优化方案。在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立仿真模型，通过与传统保护方案对比，验证自适应保护算法的优越性[5]。
1.2选题的目的和意义
对于舰船来说，电力系统相当于舰船的心脏，电力系统一旦出现问题，舰船上的电子设备便会陷入不同程度的瘫痪，对舰船的正常航行带来严重的问题。因此对舰船电力系统的保护显得尤为重要。然而现有的电流保护原则不能满足舰船系统对短路保护的要求。切除故障时间的增加，保护选择性冲突等已成为电力系统保护设计的难题。本次课题目的在于研究基于选择性，快速性，灵敏性，可靠性要求的短路保护性能多目标优化统一模型，提高舰船的电力系统的保护性能提供技术支持
1.3国内外研究的现状及存在的问题
随着舰船自动化水平的提高，舰船正朝着全电系统发展，所有负载将由多个电站组成的电力系统通过同一输电和配电网络供电。具有上述特征的舰船电网成为综合电力系统。舰船电网输电路径的低阻抗使得阻抗测量实现困难，因此极少采用距离保护。传统的舰船电网保护常用电流时间原则，其他保护措施在舰船电网中的应用正处于研究阶段，基于电流时间原则的保护方法又分为差动保护和自适应保护。
（1）采用电流时间原则的问题和局限性：传统舰船电网保护被认为是用于SPS中最简单经济的保护措施。但是随着舰船电网的发展，电流时间原则保护不能适应拓扑复杂且多变的特征，其弱势在于选择性不够，扩大失电范围不利于故障定位和未来舰船电网需要具备的供电回复重构功能
（2）首先提出的保护思想是差动保护方法，并以此为基础对距离后备保护和过电流后备保护的情况，但是因为舰船电力系统存在着电站容量小，线路阻抗低等一些问题，与传统陆地上的电力系统存在差异，所以差动保护方法往往会在计算仿真中与实际预期产生巨大的差异，而对应发生短路时的工况的保护措施也存在这难以控制等等的问题，这一保护方法已逐渐被研究人员所弃用。对于差动保护的不足，研究人员又针对这些不足提出了低压馈式舰船电力网络的继电保护措施。对电力系统增加了许多新的逻辑判断原件，相应的对电力系统保护的成本也相对提高。但为自适应保护理论的提出提供了条件。
（3）国外研究人员又对于船舶电力系统的特殊性提出了一种针对复杂树型电网的新型保护方法。这种方法基于逐级向上的综合逻辑判断，同样也是结合传统的时间电流原则，但是对应于变化频繁的船舶工况，这种保护方法灵活性很差，实际保护状况会与理论上的保护预计脱离，但对中小型船舶有着优秀的保护性能。
（4）针对以往的保护措施快速性上的不足，研究人员针对性地提出了短路电流上升率作为判断依据，弥补了以往保护方法的参数上整定的滞后，也为自适应保护方法的完善提供了条件。

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