基于N-1＋1准则的舰船电力系统结构合理性量化评估研究

王志飞

（海军驻武汉四三八厂军事代表室，武汉 430060）

0 引言

对舰船电力系统的基本要求在于，系统能以规范规定的品质向全舰电力负荷连续供电。可见，一个网络设计是否合理，电力负荷供电连续性水平是最重要的衡量标准。在网络结构设计中，设计单位通常均对负荷供电连续性给予了充分的考虑，但是，连续性水平究竟如何，并没有给出一个量化的数据。事实上，在舰船电力系统设计领域，并没有进行过类似研究，迄今没有一个量化计算的方法和评判标准。对于传统舰船，如国内已建的各型驱逐舰、护卫舰，因为其电力系统容量较小、系统结构相对简单，借鉴国外舰船电力系统及已有舰船电力系统运行经验即可完成系统设计并使得系统具备较好的供电连续性，对供电连续性的量化数据要求不高。但是对于未来大型、特大型舰船的大容量、特大容量电力系统以及舰船综合电力系统等新型电力系统，国内甚至国外的设计、运行经验有限，如果按照以前的做法直接完成设计，将很可能因为供电连续性考虑不足而导致整个电力系统、甚至整艘舰船设计的失败，给我海军事业发展带来不可估量的负面影响。

为了评价舰船电力系统结构的合理性，同时也是为了就舰船电力系统供电连续性水平给出一个可供参考的量化计算结果，本文开展了以负荷失电概率为主要计算指标的舰船电力网络合理性量化判断方法研究。

1 N-1+1准则

为了计算舰船电力系统负荷失电概率，本文采用了逐一模拟负荷供电故障，进而寻找恢复供电路径的研究思路，为此，借鉴了陆地电力系统N-1+1规则。

所谓N-1+1规则，就是当一条线路发生故障而被切除时（在本项工作中故障的发生以相应的开关断开模拟），需要闭合一个开关以恢复供电，即断一合一。具体流程图如图1所示：

2 基于 N-1+1准则的舰船典型电力网络合理性量化计算分析

简化环形船舶典型电力网络如图2所示。根据图1所述N－1＋1规则分析流程编制了仿真程序，对图2典型网络的负荷失电概率进行了计算。各发电机、联络线路、负荷额定容量（标幺值）及负载优先等级如表1所示。

图2 船舶综合电力系统简化结构图

故障前主供电网运行状态为：发电机G1，G3，G4通过联络线和联络开关并联运行，发电机 G2停机，推进负荷L2按满额定功率投入运行，图中除开关 CB2、CB5、CB13断开外，其余开关全部闭合。各负荷均由正常路径供电。

该系统包含开关共62个，负荷共26个，分考虑自动转换开关动作和不考虑自动转换开关动作两种情况，计算了该系统N－1+1规则下负荷失电概率，计算结果如下：

由上述结果可见，当设置合理的自动转换开关情况下，该系统可以保证重要负荷、次重要负荷失电概率为零，一般负荷失电概率仅为 2.9%，实例系统供电连续性水平较高。上述算例同样证明了N－1+1规则用于舰船电力网络结构合理性分析的有效性。

3 基于 N-2+2准则的舰船典型电力网络合理性量化计算分析

考虑到舰船电力系统使用中，特别是战斗情况下，极易出现双重、甚至多重故障，因此，有必要对其在多重故障情况下系统失电概率进行统计。本文已二重故障为例，将N－1＋1规则扩展为N－2+2规则，对图2典型网络的负荷失电概率进行了进一步计算分析，计算结果如下：

由上述结果可见，当二重故障情况下，系统不可避免地出现了重要及次重要负荷失电情况，但失电概率仅为 4%，实例系统在二重故障下仍然保持了较高的供电连续性水平。上述算例同样表明，对于二重故障下舰船电力网络结构合理性分析，可以采用在 N－1＋1规则基础上改进得到的 N－2＋2规则。

4 结论

借鉴陆地电力系统N－1＋1规则，对舰船典型电力网络供电连续性进行了量化计算，计算结果表明，该量化指标可以有效地反应系统供电连续性水平。在此基础上，为了适应舰船电力系统的工作特点，方便分析系统在战斗损伤等情况下可能出现的多重故障时的供电连续性，在N－1＋1规则基础上提出了N－2＋2规则，以二重故障为例，对舰船典型电力网络供电连续性进行了量化计算，结果同样表明，得到的量化指标合理有效。本文的工作可以为舰船电力系统结构合理性评估提供有益的理论支撑。

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