一种船用直流配电系统短路电流计算和熔断器选型方法与流程

本发明涉及到船用直流配电系统短路电流计算分析技术，尤其涉及到纯电池动力系统以及油电混合动力系统直流配电系统短路电流的计算，属于直流短路计算和熔断器选择分析。

背景技术：

1、在当今船舶建造中，电力推进技术已经成为主流，电力推进船舶重要的系统之一就是直流网配电系统。直流网配电系统的基本原理是将发电机产生的交流电转换成直流电，然后通过直流汇流条分别向各个用户配电。直流网配电系统与传统的交流电配电系统相比，其具有如下优点：1、能够有效降低能量传输过程中的能量损耗，提高能量传输效率；2、具有更高的电子学性能，可以实现更精确、更高效的控制；3、具有更佳的系统可靠性，因为它没有额外的传输线路，从而可以避免一些相关的传输线路故障；4、电池组可以作为备用电源，确保在船艇故障情况下的启动转移过程。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种船用直流配电系统短路电流计算分析方法。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种船用直流配电系统短路电流计算和熔断器选型方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、步骤1、对直流电力系统单模块进行短路计算，包括：

4、步骤101、柴发机组以及整流器短路计算：

5、故障发生时，短路点的短路电流ifg由短路发生后瞬间直流侧支撑电容cg向短路点放电电流icg以及当电容电压ucg降至低于交流发电机线电压峰值时，三相不控整流器导通，发电机经不控整流器向短路点放电并提供短路电流idcg组成，有：

6、假设故障瞬间直流电压、直流电流值分别为u0、i0，根据初始条件求得直流电压udc以及直流电流il的解为：

7、

8、

9、式中，

10、故障发生后，短路电流到达峰值时间tp计算如下：

11、当时，有

12、当时，有

13、步骤102、储能装置接入变流器短路电流计算：

14、动力电池储能装置中的动力电池组开路电压uoc，则有：

15、uoc＝nsb×uocv

16、式中：nsb为串联电芯数量；uocv为单体电芯开路电压，uocv随电池soc变化而变化；

17、步骤103、熔丝模型计算方法：

18、将熔丝能量与熔丝电阻的数学关系描述为：

19、1/ra＝f(q)＝f[∫(p-p0)dt]

20、式中，q为单位长度中熔丝累积的能量，则有：

21、

22、熔丝模型有以下假设前提：熔柱是圆柱体，能量依靠热传导和径向作用散出，热功率为常数，忽略熔丝中气体热物理性质的变化，则有：

23、

24、式中，g、k、q、qe分别为熔丝电导、常数、单位长度中熔丝积累的能量、熔丝电导g变化e＝2.718倍时所需要的能量；

25、熔丝模型的微分方程为：

26、

27、式中：x(1)为熔丝电导自然对数，u(1)为熔丝电压，u(2)为断路器触头关合状态，g是熔丝时间常数，p是熔丝散热功率，其中，s电弧电导和断路器分断时间都能在模型设置中任意设定；

28、步骤104、导体回路计算

29、用导体回路单位长度的电阻r'和电感l'分别乘以单回导体的长度可得到电阻和电感值，如下式所示：

30、rn＝r'x

31、ln＝l′xx

32、式中，rn表示线缆总电阻，ln表示线缆总电感，x表示线缆长度。

33、步骤2、直流电力系统短路计算与仿真分析，包括以下步骤：

34、步骤201、直流综合电力系统短路计算模型等效；

35、步骤202、直流电力系统短路计算参数；

36、步骤203、直流电力系统短路电流及选择性保护分析计算。

37、优选地，步骤201中，系统中所有变频器均采用一套直流母排，考虑系统最严重故障时考虑直流母排母线两极间短路，以直流母线发生故障为例进行分析，但某短路点发生短路时，短路电流由正常的对应母线、推进逆变器母线电容、日用逆变器母线电容、斩波dc/dc母线电容和整流器ac/dc母线电容5部分来提供，其中，发生故障时变频驱动模块等效成电容，铜排等效成电阻和电感。

38、优选地，步骤203中，对船用混动实验室所有变频模块进行短路故障电流计算和熔断器i2t，当短路点发生短路时，分别计算出不同模块短路电流峰值以及计算熔断时间间隔内电流平方的积分，即熔断器i2t，斩波模块、整流模块、母联上的熔断i2t会随时间的变化而增加，只能求得熔断时间对应i2t值，无法进行积分求熔断i2t峰值。

39、本发明提供的直流配电系统短路电流计算和熔断器选型方法，首先通过对直流配电系统单模块进行分析计算，对柴发机组+整流器模块、储能装置模块、熔丝模块、线路模块进行等效计算，并给出不同模块的具体参数，以某混动实验室为建模条件，通过matlab/simulink建模仿真计算直流配电系统的短路电流和熔断器的i2t值，并与计算得到的结果进行对比，验证仿真计算得到的短路电流的正确性以及熔断器选择保护的正确性，通过仿真以及对复杂电力电子元器件等效的方式进行短路电流计算以及熔断器的选型可摆脱实际计算过程中复杂的公式计算及推导，能够提高计算准确性以及计算效率，加快实际的产业化应用。

技术特征：

1.一种船用直流配电系统短路电流计算和熔断器选型方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种船用直流配电系统短路电流计算和熔断器选型方法，其特征在于，步骤201中，系统中所有变频器均采用一套直流母排，考虑系统最严重故障时考虑直流母排母线两极间短路，以直流母线发生故障为例进行分析，但某短路点发生短路时，短路电流由正常的对应母线、推进逆变器母线电容、日用逆变器母线电容、斩波dc/dc母线电容和整流器ac/dc母线电容5部分来提供，其中，发生故障时变频驱动模块等效成电容，铜排等效成电阻和电感。

3.如权利要求1所述的一种船用直流配电系统短路电流计算和熔断器选型方法，其特征在于，步骤203中，对船用混动实验室所有变频模块进行短路故障电流计算和熔断器i2t，当短路点发生短路时，分别计算出不同模块短路电流峰值以及计算熔断时间间隔内电流平方的积分，即熔断器i2t，斩波模块、整流模块、母联上的熔断i2t会随时间的变化而增加，只能求得熔断时间对应i2t值，无法进行积分求熔断i2t峰值。

技术总结本发明的技术方案是提供了一种船用直流配电系统短路电流计算和熔断器选型方法。本发明提供的直流配电系统短路电流计算和熔断器选型方法，首先通过对直流配电系统单模块进行分析计算，对柴发机组+整流器模块、储能装置模块、熔丝模块、线路模块进行等效计算，并给出不同模块的具体参数，通过MATLAB/simulink建模仿真计算直流配电系统的短路电流和熔断器的I2t值，并与计算得到的结果进行对比，验证仿真计算得到的短路电流的正确性以及熔断器选择保护的正确性，通过仿真以及对复杂电力电子元器件等效的方式进行短路电流计算以及熔断器的选型可摆脱实际计算过程中复杂的公式计算及推导，能够提高计算准确性以及计算效率，加快实际的产业化应用。技术研发人员：周瑞平,叶飞,毛皇光受保护的技术使用者：中船动力研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27