面向舰船综合电力系统的10 kV/2 MW模块化多电平双向直流变换器控制策略

由于电压等级高、模块化程度高、容错性能好等优势,模块化多电平双向直流变换器(MMBDC)非常适合在下一代舰船综合电力系统(IPS)中充当能量路由器的角色。然而,针对该变换器的控制策略存在端口电流不受控、环路耦合强、低频振荡显著等问题。为了解决上述问题,该文首先,建立构成MMBDC的子变换器数学模型,推导低频谐振点。其次,针对直流多端口模块化多电平子变换器提出基于陷波器的三环解耦控制策略,推导该策略的控制环路解耦特性,对控制框图进行了简化,并比较传统控制策略与所提控制策略的动态特性。最后,设计并制作了10 kV/2 MW级MMBDC工程样机,介绍绝缘设计、控制系统架构、电气柜结构布局等工程实现方法,并进行所提控制策略的满功率实验,验证了该文理论分析研究的有效性。

舰船综合电力系统直流区域配电实验研究

本文介绍了直流区域配电实验平台基本情况,列出了已开展的实验项目,给出了部分实验结果。

舰船综合电力系统继电保护策略

综合电力系统(Integrated Power System,IPS)作为未来舰船发展的重要组成部分,代表着先进的集成优化电力系统发展方向。为深入研究IPS中配电网保护策略,叙述了近年来IPS国内外发展情况,较全面的分析了IPS中配电网络的特点,结合几种常用母线继电保护措施在IPS中的应用情况,指出了保护实现的难点和关键;综述了IPS交流网络中单相接地故障的探测与诊断方法和陆地中性点不接地系统中单相接地故障的研究方法。最后,指出IPS配电网络的未来发展方向,讨论了IPS中压直流配电网的相应保护策略发展的方向。

舰船综合电力系统智能保护方法研究

舰船综合电力系统在保护方面存在若干问题:多种工况导致断路器整定值难以选取;系统分级增多,时间原则下的保护延时大大增加;电缆长度较短,致使相邻两级故障难以区分。基于BP神经网络,提出一种电流、电压有效值作为输入,神经网络识别结果作为输出,并用输出结果来控制断路器的通断,实现舰船综合电力系统故障定位的智能保护方法。介绍PSCAD/EMTDC与C接口原理,对神经网络输入量选取原则及处理方法进行说明,并调用BP神经网络C程序进行了仿真验证,结果表明该智能保护方法是保护舰船综合电力系统,提高舰船战斗力和生命力的有效方法之一。

舰船综合电力系统中压直流发电机组并联运行试验研究

针对舰船综合电力系统原动机性能差异造成的发电机组并网难题,首先构建了全尺寸中压整流发电机组双机并联试验系统,并通过稳态运行、推进调速和突加负载试验,验证了中压整流发电机组并网方案的可行性;然后,测试了并网机组在静态和调速、加载等暂态条件下的功率分配差度。试验结果表明:采用该并网方案和励磁控制策略的中压整流发电机组能够在工程允许的功率分配差度范围内可靠并联运行。

一种面向舰船综合电力系统的模块化三端口直流变换器

中压直流舰船综合电力系统(IPS)在全电舰船中具有广阔的应用前景,随着舰船综合电力系统容量和电压等级的提高,越来越多的储能单元应用于舰船综合电力系统,传统的能量单向流动两端口直流变换器已经不能适应新的应用需求。针对此问题,该文提出一种面向未来舰船综合电力系统的模块化三端口直流变换器。该三端口变换器可以连接中压直流电网、低压直流电网和分布式储能单元,每个端口均可实现能量双向流动。分析该模块化三端口直流变换器的拓扑结构、工作原理,梳理该三端口变换器在不同工况下的能量流动模式,结合变换器的能量流动模式,建立该变换器自适应控制策略。该文在一台额定功率为20kW的模块化三端口直流变换器样机上,对所提的原理分析和控制策略进行了实验验证。

考虑元件可靠性的舰船电力网络综合脆弱性分析

针对复杂网络理论研究电网节点脆弱性时存在的局限性,在考虑舰船电力网络结构脆弱性的基础上,将源与负载间连接路径的可达性叠加到舰船电网的综合脆弱性中;利用多属性决策方法,提出基于主客观赋权法相结合的综合权重自适应获取模型。首先,将舰船电网结构脆弱性和物理脆弱性相结合,提出综合脆弱性的概念;其次,选取层次分析法和熵法这两种典型的主、客观赋权法,利用加权和法的评价函数作为优化模型的目标函数,提出自适应综合权重获取的优化模型,实现对舰船电网综合脆弱性的全面评价;最后,将所提综合脆弱性指标与传统结构脆弱性指标相比较,通过某环形舰船电网验证了模型的有效性。

舰船综合电力系统发电机组投切条件分析

由于采用大小容量发电机组配置方式,舰船综合电力系统发电机组投切条件与采用等容量发电机组配置的传统舰船电力系统发电机组投切条件不尽相同。以英国皇家海军45型驱逐舰综合电力系统为例,分析了其不同运行工况下的机组运行方式,根据设计经验,给出了其可能的发电机组投切条件。

舰船综合电力系统中的机电能量转换技术

综合电力技术是舰船动力平台的又一次深刻变革，从其诞生以来，以美国为首的海军强国正在争先占领技术制高点。2013年，采用第一代综合电力技术的美国IDDG1000大型驱逐舰正式下水，各方面都展现出传统舰船动力平台与之无可比拟的优越性。我国先于美英等国家4～5年提出中压直流技术路线，打破跟踪模仿的装备发展模式，为赶超美欧强国海军装备赢得了宝贵时间。机电能量转换装备作为综合电力技术的核心，与常规机电设备要求存在较大差异，其关键问题也是如此。本文回顾综合电力技术国内外发展现状，阐述了舰船发电、推进和储能分系统的技术特点，系统地沦述了我国综合电力系统中电机电磁优化设计、控制策略、冷却与结构设计以肢制造等方面的技术特征和所取得的关键进展与成效，为我国综合电力技术的应用提供了坚实的技术基础。

基于直流区域配电的舰船综合电力系统智能保护方式研究

相对于传统的舰船电力网络,直流区域配电电力网络具有容量大、电能密度大、网络拓扑结构复杂等特点。本文分析了基于时间电流原则的传统保护方法对于直流区域配电电力网络保护的局限性。并从系统论的角度分析了智能保护系统的结构和功能,即数据采集和实时数据库系统实现故障信息的采集、处理,专家系统调用实时数据库、专家数据库,输出决策指令,执行系统快速实现对网络的重构,保护。实例分析表明了该保护方法实现了较好的保护功能。

飞轮储能抑制舰船综合电力系统直流母线电压波动的研究

舰船综合电力系统直流网络突加一定恒功率负载时会产生较大的电压波动,这主要是由电网中电能供需的不平衡造成,而飞轮储能装置可以解决上述问题。本文详细分析了储能装置运行特性,将其划分为充能、保持、调节三种工作模式,设计了一种基于矢量控制的综合控制策略。在PSCAD/EMTDC仿真平台中构建了综合电力系统直流网络简化仿真模型,仿真结果表明此控制策略下飞轮储能装置的工作模式能平滑快速切换,功率控制响应速度快,直流母线电压暂态过程波动显著减小。

基于面向对象技术的舰船综合电力系统电力网络故障模拟及拓扑跟踪

针对舰船综合电力系统电力网络结构特点,本文实现了基于面向对象技术的对舰船综合电力系统电力网络的拓扑建模。并针对电网故障的随机性特点,在面向对象环境中实现了对随机故障的模拟,同时用深度优先算法进行了快速的拓扑跟踪。算例分析证明了该方法的有效性。

基于图论的舰船综合电力系统主网最优拓扑结构分析

首先,基于图论的基本概念和原理,将输配电主网的拓扑结构优化问题建模为一个多约束条件下的多目标优化问题;然后,利用约束法的主要思想,提出了一种最优拓扑结构的两级(元件级与区域配电板级)分析方法;最后,通过四机两区域配电板算例的分析,验证了该方法的正确性与有效性。算例分析结果表明:在正确性方面,该方法得出的两个最优拓扑结构分别满足系统体积最小与供电连续的优化目标,是算例对应拓扑结构优化问题的Pareto-最优解;在有效性方面,该方法直接得出了算例的最优拓扑结构,与基本的枚举法相比具备了显著的有效性。

舰船综合电力系统的多混合储能协同控制方法

[目的]针对舰船综合电力系统中的分布式混合储能系统(HESS),为实现多个HESS之间的相对一致性,以及单个HESS内部超级电容储能与电池储能之间的合理功率分配,提出一种基于储能装置荷电状态(SOC)的多HESS协同控制方法。[方法]单个HESS的控制外环将采用下垂控制方法来实现功率的初始分配,而内环稳压控制则采用主从控制模式,以减少各HESS之间的通信需求。鉴于超级电容动态响应快,但容量偏小、电池储能容量较大的特点,在单个HESS内部,基于超级电容的SOC值计算电池的输出功率;在多个HESS之间,基于内部电池的SOC值计算每个HESS的充/放电总功率。[结果]通过PSCAD/EMTDC仿真,在舰船高能负载投切和随机波动工况下,验证了多HESS的放电响应特性。在充、放电模式变换工况下,母线电压波动处于2.5%的偏移允许范围之内;超级电容SOC控制在上限和下限之间,且基本维持了2个超级电容单元SOC的一致性;在充、放电模式下,锂电池均仅在超级电容受限时工作。[结论]在不依赖高、低通滤波单元的前提下,多混合储能协同控制方法具有较好的母线电压稳定能力和较强的鲁棒性。

变电站电力仪表智能检测算法研究

移动边缘端设备在变电站电力仪表检测中,难以快速检测复杂环境中高相似度目标。为此,提出了一种基于轻量级YOLOX网络的电力仪表图像检测方法。首先,搭建YOLOX检测网络,并设计了基于深度可分离卷积骨干特征提取结构和参数重组的多尺度特征融合结构,以压缩模型参数量和提升推理速度。其次,在特征融合层中嵌入3维注意力机制SimAM,通过学习特征的能量分布,对目标区域进行加权,提升复杂环境下的仪表检测能力。同时,针对电力仪表检测的特殊需求,设计了基于金字塔池化特征编码的Transformer结构,从局部特征细化和长距离特征捕获2个方面挖掘底层高语义信息特征,提高不同外形电力仪表的检测精度。最后,通过构建破损、模糊及正常3种类型的电力指针型仪表数据集进行验证。实验结果显示,改进的模型相比原始模型,均值精度从75.49%提升至85.93%,检测速度从36帧/s提升至45帧/s。在移动端硬件Jetson NX上,推理速度可达17.6帧/s。与其他轻量化模型相比,该模型在检测精度和速度上具有明显优势,为电力仪表的可视化、信息化和智能化提供了可行的技术方案。

舰船综合电力系统智能保护装置设计

舰船综合电力系统网络拓扑结构复杂,不同运行方式下电站投入的容量相差巨大,时间电流原则下的传统保护方法存在局限性。针对该问题,设计了基于BP神经网络的智能保护装置,对智能保护装置软硬件进行了详细说明,并结合Hypersim实时仿真闭环测试平台对保护装置进行了实验测试,结果表明智能保护装置保护功能实现良好,智能保护装置设计的有效、合理性得到了验证。

舰船电力系统短路保护性能量化评估方法

从舰船电力系统保护的快速性、选择性、可靠性和灵敏性出发,建立了衡量单个短路故障情况下的系统保护性能指标模型,并采用隶属度函数对其进行归一化,进而通过网络层次分析法(analytic network process,ANP)对整个电力系统的保护性能综合指标按工况集、故障集和性能集进行综合评价。将所述方法用于典型舰船电力系统保护方案的对比择优。计算结果表明该方法可量化各保护整定值方案在单个保护性能指标和系统保护性能综合指标下的相对排序权重,可实现对系统保护性能的直观量化描述,为系统保护方案的对比择优提供了依据,同时为系统保护性能的改进与提高指明了方向。

舰船电力推进系统的矢量控制及其仿真

针对舰船电力推进系统的螺旋桨特性,采用矢量控制方法对舰船推进电机进行调节,给出异步电机矢量控制框图,在空间矢量脉宽调制环节引入等效调制函数以简化控制环节并提高控制效率,分析并给定舰船推进电机的螺旋桨特性曲线.利用PSCAD/EMTDC对实际系统进行仿真,计算了不同工况下电机起动和调速时系统的暂态稳定状况,并结合试验进行验证,结果表明两者变化规律相吻合,证明仿真模型的正确性和所选方法的可行性.

基于复杂网络理论的舰船电力网络脆弱性分析

从舰船电力网络拓扑结构及设备布置特性的角度出发,对舰船电力系统的脆弱性进行量化评估能为电力系统的优化设计提供理论指导。基于复杂网络理论,从舰船电力系统本身的拓扑结构对其脆弱性进行了研究。首先,用邻接矩阵将某一环形电力网络表示出来,并计算其特征参数,从度数指标和介数指标可以看出主配电板节点是电网中的重要节点;然后,对该环形舰船电力网络进行了故障模拟,结果表明:电网元件故障对整个电力网络造成的影响由最大连通子图规模来衡量,该指标值越小表明此元件故障对网络的影响越大,同时这一指标比介数指标更好地揭示了舰船电力网络的脆弱环节。

用于船舶综合电力系统同步测量的高精度PTP混合时钟同步方法

为了满足船舶综合电力系统同步测控亚微秒级的精度要求,通过分析各种时钟同步协议的优缺点和传统时钟同步方法对船舶同步测量的局限性,提出一种基于IEEE1588协议的卫星时钟同步与时钟同步频率补偿算法相结合的混合时钟同步方案以实现同步测量。所提方案以环星型拓扑结构的交换式以太网为背景,基于集成IEEE1588协议功能的以太网收发器设计了同步测量节点,并研究了一种频率补偿算法,可以动态地对时钟节点的晶振频率进行补偿,使时钟具有良好的守时性,保证了主从时钟的偏差恒定。通过仿真分析和试验对同步偏差性能进行测试,结果显示同步精度维持在±200 ns以内,达到了IEC61850关于同步测量的标准,满足了船舶综合电力系统时间同步的需要。