舰船电力系统发展现状和新兴方向.docVIP

舰船电力系统发展现状及新兴方向 现代船舶电力系统发展现状概述 现代舰船上都装备有一个供给电能的独立系统，我们称之为船舶电力系统。船舶电力系统包括四个组成部分：（1）发电部分，包括发电机组和蓄电池；（2）配电部分，可分为总配电板、应急配电板、动力分配电箱、照明分配电箱和蓄电池充放电配电板等；（3）输电部分，又称为电网，由动力电网、照明电网、应急电网、低压电网、弱点电网等多部分构成；（4）用电部分，又称负载，包括电力拖动设备、船舰照明设备、舰船通信和电航设备以及其他用电设备。 1.2 现代船舶电力系统的特点 现代船舶电力系统具有节能环保、可靠、结构坚固、电缆需求量少、设备发热损耗少、设备冷却容量需求少等优点。现代电站控制系统可保持电力系统在正常操作情况下能稳定持续运行，同时保护系统在发生过载、短路或接地故障时对故障电路进行选择性解列；功率管理系统根据电网中的负荷情况，可选择投入电网中的发电机数量，以获得最佳总效率；在船舶电力系统中连接于输配电网的发电机组数量可根据实际所需的功率来优化选择，以使原动机工作最优化。 现代船舶电力系统的设计以最大限度地维持不间断供电为目标。随着船舶吨位的增大、电气化程度的提高和科学技术的发展，船舶电力系统发生了显著地进步和变化，船舶电力系统的设备性能和供电指标有很大提高，同时也加强了系统承受各种突变负荷的能力。大型船及工程船等特种船舶应用了大功率、高电压的高参数船舶电力系统，电网电压达3-10KV。 与此同时，船舶电力系统的集中控制及其自动化也是现代船舶电力系统的一个重要标志，其有如下优点：（1）保证船舶电力系统供电的连续性和可靠性；（2）提高船舶电站工作质量，使系统处于良好的工作状态。 综述船舶电力系统的特点： （1）船舶电力系统为有限电网，其电站容量和电力储存较小； （2）船舶电力网输电距离较短，输送容量小，输电电压低，采用电缆输电，电气设备比较集中； （3）船舶工况变动频繁，船舶用电负荷类型众多，工况不同且变化频繁，对自动控制策略的可靠性要求较高； （4）船舶工作环境恶劣，要求其电力系统设备符合船用标准且具有较高的可靠性和生命力。 1.3 船舶电力系统的技术应用 （1）船用开关电器的应用：包括船用断路器（中压断路器、船用低压断路器、万能式空气断路器）、装置式断路器、逆功率继电器、熔断器、自动分级卸载保护装置在船舶电力系统中的应用； （2）变压器预充磁技术：目的为抑制空载合闸时变压器产生的励磁涌流； （3）船舶电网中大型发电机保护：包括差动保护、过载保护、外部短路保护、欠压保护、逆功率保护、方向接地保护； （4）船舶电网中变压器保护：包括差动保护、过电流保护、低电压保护、过电压保护、过负荷保护、方向接地保护； （5）船舶电网综合保护：包括方向保护、电流差动保护、自适应保护； （6）船舶电力系统漏电保护：包括基于电流稳态补偿法的船舶微机漏电保护和基于电流时域补偿法的船舶微机漏电保护； （7）船舶电力系统电磁干扰的抑制：包括滤波退耦、限制瞬变干扰、屏蔽隔离、电缆屏蔽层的连接和接地。 船舶电力系统新兴发展方向 2.1 船舶电力系统的非线性鲁棒控制 电力系统动态稳定性研究的主要目的是系统在受到大扰动（短路故障、负荷瞬间发生突变、切除大容量的发电机等电气设备）后系统各发电机组是否保持同步运行、电压和频率是否保持稳定，分析影响电力系统动态稳定的各种因素，研究提高电力系统稳定性的措施。其中船舶电力系统是一种典型的独立电力系统，随着船舶电气化、自动化程度的提高，现在普遍采用电力推进装置，而电力推进装置增加了控制设备的复杂性，因此有必要对船舶电力系统的稳定性进行研究。船舶电站负载发生变化，会导致电磁功率与机械功率之间的不平衡，从而导致船舶电网的频率波动，严重者会发生失步、功率与电压的强烈震荡与解列等故障。针对船舶电力系统稳定运行存在的非线性控制问题，以非线性控制理论为基础，应用鲁棒非线性控制方法，研究以下问题： （1）针对不同负载特征下的船舶电力系统的调速/励磁控制问题，采用Backstepping控制技术与L2干扰抑制相结合的综合控制策略来设计发电机组的调速/励磁控制器； （2）针对不同负载特征下的船舶电力系统的综合控制问题，根据船舶柴油发电机组和推进负载的数学模型的结构特性，深入分析发电机转子轴、原动机和负载扰动引起的不确定性，利用Backstepping控制技术的强鲁棒特性及其构造李雅普诺夫函数的能力，结合L2干扰抑制特性，给出基于Backstepping的鲁棒L2控制设计方法； （3）针对L2控制设计方