第二，轻载指标，其表达式为

根据实际运行的情况，给出轻载严重度指标，其计算式为

式中Pk表示系统中第k个设备因为功率轻载状态发生部分故障的概率，Sk为第k个设备的功率轻载严重度指标，pk为第k个设备因为功率轻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。

3.3 频率偏移

频率偏移的表达式为

根据实际运行的情况，给出频率偏移严重度指标，其计算式为

式中Pk表示因为频率偏移造成出现部分故障的概率，Sk为第k个设备发生频率偏移的严重度指标，fk为第k 个设备发生频率偏移时的设备频率，f 为设备额定频率。

4 风险定级

陆地电网的风险等级研究文献中定级标准很多，具有一定借鉴意义，但所有规则的制定都与陆地电网特性是分不开的，这些不能直接用于舰船电力风险等级评定［9～10］。

舰船电力系统包括发电机组、配电柜、电网、负载等基本单元组成，相比陆地电网，整个电力系统连接线路短、设备集成紧凑、相互之间影响大、故障危害传递广，因此设备故障停运是舰船电力系统区域失效甚至整体崩溃的主要原因。设备故障可能由海况天气、元件老化、状态异常、碰撞打击等因素［11］引起，表征为电力系统参数变化。根据舰船电力系统运行保障要求，结合舰船电力系统风险指标，划分风险严重度等级是风险定级的重点。

系统风险严重程度并不是只与系统运行状态的风险严重度有关，可能还与设备损坏的风险性，设备运行的重要性，以及设备的灵敏度、危害度等因素有关［12］。因此本文引入设备重要度的概念，即设备的重要度因子γk，重要度分析也是进行系统风险评估的重要环节之一，通过确定系统中设备的重要度因子量化设备对系统的贡献度和影响程度。引入设备重要度的概念后，上文的第二节中提到的各种风险严重度指标计算式也可以得到进一步的优化。

电压越限风险中的严重度指标式（3）可以优化为式（12）:

功率不匹配风险中的严重度指标式（7）、（8）可以优化为式（13）:

频率偏移风险中的严重度指标式（11）可以优化为式（14）:

一般设备的重要度因子γk经由专家评审共同给出，对增加系统的安全性、可靠性和进行故障分析有着积极的意义。

本文参考实际舰船电力系统参数，借鉴GJB界定阈值，提出一种适用于舰船电力系统的风险等级划分方案，如表1所示。

由表1 的定级标准，可得到各个风险类别下的风险等级阈值，最后将系统实时的风险指标与风险等级阈值对比，得出系统实时的风险等级。

表1 风险等级标准过压低压过载轻载频率偏移一级5%以内5%以内25%以内25%以内5%以内二级5%～10%5%～10%25%以上25%以上5%以上三级10%以上10%以上

5 仿真验证

以某舰船逆变系统为研究对象，模拟电压越限、频率偏移、功率不匹配状态下逆变系统运行工况，评估各项风险指标。设定各设备额定电压为220V，额定频率为50Hz，额定功率为12kW。本文采用伪时序算法［13］进行状态筛选，以三个偏移状态量为一组，取其平均值作为某一运行工况下某时刻指标计算的状态参数值，如表2所示。

表2 设备状态量设备号电压状态量（V）频率状态量（Hz）功率状态量（kW）1 2 3 224.1 52 14.25 223 49.83 15.23 223 49.83 15.51

由于舰船未建立可查阅的统计数据库，各个设备的故障概率及重要度借鉴IEEE发输电测试系统中相应量级设备的故障概率，如表3所示。

表3 故障概率及设备重要度设备号过压概率（10-3）低压概率（10-3）过载概率（10-3）轻载概率（10-3）偏移概率（10-3）重要度设备号1 2 3 0.658 2.192 1.096 2.192 1.918 1.068 4.658 1.096 4.384 4.110 1.041 4.383 1.918 1.918 0.822 31 12 23

根据式（12）～（14）可计算出各个设备电压、频率、功率偏移的严重度指标。如表4所示。

表4 各个设备严重度指标设备号过压严重度指标（10-3）频率偏移严重度指标（10-3）过载严重度指标1 2 3 0.695 3.332 0.037 0.558 0.035 0.092 0.186 0.012 0.185

由此根据舰船电力系统风险评估定义式可计算出此时逆变系统电压、频率、功率的风险指标和等级水平。如表5所示。

此时逆变系统中功率不匹配风险水平偏高，容易产生故障及危害，在工程实践中可根据风险控制方案采取降低风险的措施，检查系统具体设备状态、观察环境状态是否异常，甄别造成风险水平上升的可能原因，密切关注系统中设备的后续变化，降低故障风险避免严重事故发生。

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