舰船综合电力系统研究进展与应用建议

该文概述舰船综合电力系统(integrated power system,IPS)的原理、组成、分类、特点与技术难点,介绍国内外工程研制情况,综述集成设计、大容量直流源及其并联组网控制、大容量直驱式电力推进、直流大电流开断保护、电力电子静止电源、高密度储能、智能化能量管理等7项共性技术及我国技术研究突破情况。针对IPS在民用新能源船舶、电动及混动飞机、轨道交通、海上能源高效利用等推广应用实际需求,给出系统推荐方案,并提出各应用场景下还需重点研究的内容,旨在为IPS在多领域推广应用提供参考。

基于ZigBee的IPS网络化无线监测技术研究

分析了IPS运行状态网络化监测需求,依据现今流行的双层工业控制网络建立了IPS网络化监测模型,探讨了IPS无线监测技术方案,在此基础上提出了一种基于ZigBee的IPS网络化无线监测技术方案,并从监测底层网络硬件和软件入手、以舰船电力推进实验系统中整流器散热器的温度监测为例进行了ZigBee监测底层网的工程实现,技术分析与工程实现结果表明:网络化无线监测技术方案切实可行,能够满足IPS监测对网络的性能要求.

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。

基于HLA的舰船综合电力系统信息物理混合仿真

针对舰船综合电力系统中电力系统与信息网络紧耦合的特点,提出一种基于高层体系结构(high level architecture,HLA)的信息物理综合电力系统混合仿真平台设计方法。该平台分别利用OPNET和PSCAD仿真软件实现信息网络和电力系统的仿真,并通过OPNET中的HLA节点和PSCAD中的自定义模块,分别实现两个仿真平台的对外数据交互和运行控制。基于HLA框架提供的运行时环境(runtime infrastructure,RTI)接口,设计实现混合仿真控制器,使OPNET和PSCAD能同时接入HLA运行,同时提出混合仿真运行模式和时钟同步方法,实现信息物理混合仿真。在混合仿真平台中搭建基于CAN总线通信的舰船综合电力系统低压配电网保护策略仿真模型,仿真结果验证混合仿真方法的有效性。

浅析核电厂反应堆压力容器完整性问题

反应堆压力容器(RPV)作为核电厂重要主设备之一,其完整性直接影响到核电厂的安全运行,为了确保反应堆压力容器的完整性,需要在设计、制造、安装和运行过程中重点关注相关问题。介绍了反应堆压力容器的材质发展过程、反应堆压力容器的典型降级模式,并对产生降级的原因进行了分析,提出了下一步预防降级可采取的措施,以确保反应堆压力容器的完整性,进而为核电厂的反应堆压力容器的设计、制造、安装和运行维护阶段提供参考。

基于隐式梯形–时步保持法的3/12相电机建模

综合电力系统(integrated power system,IPS)包含3/12相双绕组发电机等特殊高阶非线性元件,现有电力系统电磁暂态仿真软件均不提供其仿真模型。为此,采用隐式梯形法对双绕组发电机数学模型进行差分离散化处理,通过定、转子分离迭代,推导出电机等效电路模型,并在PSCAD中建立双绕组发电机仿真模型。应用时步保持算法,将模型的仿真时步划分为计算时步和保持时步,提高了计算速度。最后,构建综合电力推进系统试验平台,发电机空载短路、推进系统调速的试验与仿真结果吻合,验证了建模方法的有效性和所建模型的正确性。研究表明,基于隐式梯形–时步保持算法的建模方法能够准确高效地建立双绕组发电机的仿真模型,可应用于EMTP类仿真软件,并可推广至IPS各类多相电机建模。

船舶设备管控一体化系统结构及其实现方法

将船舶设备管理和船舶设备运行参数有机地结合起来,实现船舶设备管控一体化,对提高船舶设备管理效率和水平,提高船舶设备运行的安全性有重要的意义。通过对总线方式下的分布式控制系统结构、底层数据采集、高端管理软件等方面的研究,提出了船舶设备实现管控一体化的系统的一般结构以及实施过程中的几个关键性技术问题的解决方法,并以船舶电站为例介绍了管控一体化技术的实施情况。将管控一体化概念引入到船舶设备管理,提出一系列解决方法,具有一定的创新性。

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。

电动汽车充电机电能集成监测系统的设计

针对电动汽车充电机传统电能测试系统为手工方式,存在功能不全、效率低等缺点,提出了一种充电机电能集成监测系统,主要由三相交流程控模块、交流测量分析模块、直流测量分析模块、直流模拟负载和工控机组成,具有智能、高效的特点。由于充电机三相交流侧供电电源存在电压不平衡和畸变,使无功电流及谐波电流难以精确检测。对此问题,提出了一种复合电能检测算法。该算法主要由改进ip-iq算法和自适应谐波电流分频检测算法组成,前者主要用来检测不平衡电压下的无功电流,后者主要用来分频检测谐波电流。所提出的复合检测算法由于减少了低通滤波器的数量,所以提高了检测算法的响应速度;而自适应谐波电流分频检测算法提高了整个算法精度。仿真结果表明所提出的检测算法能够在0.04 s之内准确的检测出无功电流,在0.02 s内检测出各次谐波电流且误差接近0。实验结果表明所研制的监测系统对交流量的测量准确度可达0.1%、谐波量的测量精度为0.5%、直流量的测量精度为0.1%。从以上研究结果可得知所提出的集成监测系统可提高电动汽车充电机的测试水平及工作效率。

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。

船舶电力系统短路保护性能综合量化指标模型

为了定量评价船舶电力系统的保护性能,提出了船舶电力系统保护选择性、快速性、灵敏性、可靠性等评价指标的量化方法,采用隶属度函数对以上四个指标进行归一化后,基于层次分析法对此"四性"指标进行综合,得到了评价船舶电力系统保护性能的综合量化指标。以典型四机、两电站船舶电力系统为例,分别计算了采用时间电流原则保护、差动保护时该网络保护性能的综合量化指标数据,并进行了比较,得到了差动保护性能更优的结论,与该电力系统实际运行经验吻合,证明了提出的综合量化方法的有效性。

舰船综合电力系统分析技术研究现状与展望

舰船综合电力系统将传统上相互独立的机械推进系统与电力系统集成,是舰船动力系统发展的重要趋势,在舰船系统中具有举足轻重的地位,因此,开展舰船综合电力系统分析技术研究具有重要意义。首先,综述当前国内外在舰船综合电力系统关键技术领域的研究进展,包括潮流计算、短路故障检测与分析、恢复性重构、电压控制与无功优化、可靠性评估以及稳定性分析等。然后,分析舰船综合电力系统在这些关键技术领域所面临的困难与挑战,并提出各技术领域需要重点关注的研究课题。最后,对舰船综合电力系统未来的发展提出设想和建议,为以后舰船综合电力系统的分析指明方向。

脉冲性负荷柴油发电机组特性分析

[目的]舰船系统的电能质量会受到脉冲性负荷的极大影响。脉冲性负荷种类、功率不同,其运行特性、影响及其解决方法也会有很大差异。为此,针对平均功率变化不大、可等效为恒稳负荷的雷达,[方法]提出采用柴油发电机组固有的机械储能来平抑其功率波动,通过对柴油发电机组工作特性进行研究和分析,找到调速器介入前、后的转速跌落、恢复规律和稳态过程转速的变化率,以得出利用柴油发电机组固有的机械储能来平抑负荷功率波动的量化标准。基于测量船雷达的实际工况,按照得到的量化标准计算出所配置柴油发电机组的容量及其性能指标,并通过2个典型工况仿真来验证理论推导的正确性。[结果]研究结果说明:在突加最严重工况下,对于2台柴油机以上带雷达阵面的负荷,在该工况下可满足突加功率时的转速特性,变化率可忽略不计;在波动最严重工况下,1台柴油机带雷达阵面的负荷,在该工况下可满足突加功率时的转速特性,转速变化率在允许范围内,且系统电压特性满足指标要求。[结结论]研究结果对于该类脉冲性负荷柴油发电机组在设计时的初步估算具有一定的指导意义。

基于Petri网的舰船综合电力系统故障诊断方法

针对舰船综合电力系统的特点,利用Petri网技术对综合电力系统故障进行诊断。Petri网模型清晰直观,符合故障处理过程因果关系,其基于矩阵运算的推理计算能满足快速故障诊断的要求。算例测试结果表明了该方法的正确性和有效性。

电力综合数据网的建设

结合电力通信传输网现状及发展趋势，分析ＤＤＮ、Ｘ．２５、ＦＲ、ＡＴＭ、ＩＰ等网络技术的特点及对传输介质的要求，提出建设电力数据综合网。通过对各种通信业务的分类，预测未来计算机通信、话音、图象等业务在带宽上的占用份额，概述综合数据网的组网方案。

基于斜推式风机安装船的风机整机安装方法研究

风能具有储量大、分布广、无污染的特性,风能发电是目前最为成熟的可再生能源利用方式,在世界范围内得到了广泛关注。海上风电具有风能资源稳定丰富、开发不占用土地、单机发电量大等优势,近年来逐渐成为风能开发的热点。传统海上风电安装方法效率低、成本高,且受限于风机安装船的起吊能力,已逐渐不能满足海上风电规模化、深海化、大型化的发展要求。针对现有风机安装方法存在的不足,结合海洋平台浮托安装方法的理念,本文提出了一种能够自行运输风机且能实现风机整体安装的新型、高效的风机安装方法和风机安装船设计概念,并利用专业水动力分析软件ANSYS-AQWA进行了新型风机安装船的水动力分析,同时开展了相关的可行性分析。

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。

舰船综合电力系统有源直流滤波器浅述

本文介绍了舰船综合电力系统技术的发展,针对直流配电系统的谐波问题,引入了有源直流滤波器。对有源直流滤波器的组成、结构和检测进行了分析比较,论述了有源直流滤波器的优点。

光伏建筑系统最大功率跟踪控制算法

针对光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaic,BIPV)发电系统,提出一种新的改进扰动观察最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制算法。BIPV具有不同的安装朝向和角度,当受到其他物体的遮挡,或光伏建筑材料表面积累大量污渍时,会降低系统的发电效率。在对光伏建筑电气系统结构的研究基础上,对BIPV的MPPT扰动观察控制算法进行了研究与改进。仿真结果表明,改进扰动观察控制算法具有更快的跟踪速度和更好的抗阴影效果。