1 引言

随着舰船电力系统结构形式日趋复杂、电压等级提高、设备趋向大容量化，以及舰船综合电力系统对供电的要求越来越高，对舰船电力系统风险管控的研究越来越重要［1～2］。电力系统中，由于随机失效事件的不可控性，零风险绝无可能。引入风险管理可以使得用户掌握电力系统中风险水平有关的信息，使系统的风险水平处于可接范围内，维持电力系统安全和经济效益。电力系统风险评估已经在陆地电网中得到广泛应用，其评估指标主要通过计算随机变量（停电次数、停电持续时间等）的期望值来反映元件容量和停运、负荷曲线及其不确定性、系统结构、运行工况等多个因素的风险标识［3］。但由于舰船电力系统与陆地电网存在区别，舰船电力系统风险评估研究不能完全使用陆地风险评估指标，因此建立舰船电力系统风险评估指标体系很有必要。本文提出舰船电力系统风险评估指标体系，并以某型舰船逆变系统作为仿真模型，验证评估指标的合理性。

2 舰船电力系统风险评估定义

目前舰船电力系统风险评估研究未见报道，本文以电力系统风险评估定义为依据，将舰船电力系统的风险评估描述为舰船某一运行工况下，由于某种风险因素可能引起某种事故的发生，评估事故发生的概率和事故产生影响程度的综合度量。为了更好地表征出舰船电力系统在某一时刻的风险，采用风险指标的形式来进行定量计算，将舰船电力系统风险表示为

式中xt，f代表t时刻整个系统的运行状态，xt，j代表t 时刻系统中设备j 的运行状态，Pr(xt，j，xt，f)代表t时刻系统发生xt，f状态时设备j 出现状态xt，j的概率，Sev(xt，j)代表t 时刻设备j 出现状态xt，f对系统影响的严重度。

相比于舰船能量管理系统［4～5］的预警评估［6］，电力系统风险评估并不是直接将状态参数与界定阈值进行比较，而是将运行工况下每一类可能引发故障的状态参数波动风险均看成一个独立的整体。将某一种风险定义为风险Risk，通过对每一个风险Risk进行状态获取、指标计算、风险定级，完成对系统某类风险的评估。总的风险评估流程如图1所示。

图1 舰船电力系统风险评估流程

3 风险评估指标

与陆地电网相比，舰船电力系统整体线路短，规模小而紧凑，容量从几十到数千千瓦不等，远远小于陆地的兆瓦量级［7］。并且海上环境复杂多变，舰船电力系统中电压、频率易波动，但许多设备又不能轻易地断电切机，整个系统需要保持持续供电，断网级别与陆地电网区别很大。因此，本文立足舰船电力系统基础，针对其根本需求，为了更全面地反映出舰船电力部门舰员所关心的风险信息和系统运行状态，提出了一种针对舰船电力系统的风险评估指标体系。

指标体系结构如图2 所示，具体可以分为三个层次。目标层为电力系统风险评估，表示对舰船运行状态下总的评估目标。分目标层是评估中具体目标分类，包括电压越限风险指标、功率不匹配风险指标、频率偏移风险指标。指标层是对各个分目标层的具体状态细分，包括过电压指标和低电压指标、过载指标和轻载指标、频率偏移指标。

图2 电力系统风险评估指标

3.1 电压越限

第一，过电压指标，其表达式为

根据实际运行的情况，给出过压严重度指标，其计算式为

式中Pk表示系统中第k个设备因为过电压状态发生部分故障的概率，Sk为第k个设备的过电压严重度指标，Δvk为越限量，vk为设备的额定电压。

第二，低电压指标，其表达式为

根据实际运行的情况，给出低压严重度指标，其计算式为

式中Pk表示系统中第k 个设备因为低电压状态发生部分故障的概率，Sk为第k个设备的低电压严重度指标，Δvk为越限量，vk为设备的额定电压。

此处为了解决自动故障选择（ACS）研究初期的“遮蔽”缺陷［8］，因此定义严重度指标式为S=(Δx/X)2m的形式，根据ACS的应用经验和工程要求，上标中取m=1即可。

3.2 功率不匹配

第一，过载指标，其表达式为

根据实际运行的情况，给出过载严重度指标，其计算式为

式中Pk表示系统中第k 个设备因为功率过载状态发生部分故障的概率，Sk为第k个设备的功率过载严重度指标，pk为第k 个设备因为功率过载状态发生部分故障时的功率，pek为第k 个设备的额定功率。

文章来源：《舰船科学技术》 网址: http://www.jckxjszz.cn/qikandaodu/2021/0708/1964.html