1、全電力戰艦艦船綜合電力系統報告人：郭曉亮指導老師：周凱目錄全電力戰艦綜述艦船綜合電力系統智能電網在艦船電力綜合系統中的應用全電力戰艦綜述概念全電力艦船（AES）： 傳統艦船的動力系統和電力系統是相對獨立的，動力系統通常由常規的熱機和其他機械裝置構成，電力系統一般是作為輔助能源，與艦船推薦并沒有直接的關聯。全電力艦船是將電力系統與推進系統相結合的艦船。全電力戰艦綜述優點原動機可以隨意安排位置，不再因為要考慮齒輪箱而有許多要求與限制推進與日常所需電力由一套公用發電設備提供，不需要專門的日用電供電站電能能夠很容易被疊加具有較小直徑的推進電動機能夠被放置在更接近船尾，使螺旋槳的軸長減小不需要齒輪箱和變

2、螺距控制器，機械噪聲減小高可靠性，高效率全電力戰艦綜述新概念武器艦載電熱化學炮：使用電能大脈沖啟動和控制能量推進劑的燃燒，使用電能和化學能組合的混合式推進過程艦載電磁炮：以電能為動力、采用電磁發射技術使彈丸獲得高速的發射裝置艦載高能激光武器：利用定向發射的激光束直接摧毀目標的光束武器艦船綜合電力系統概述綜合電力系統是將艦船發供電與推進用電、艦載設備用電集成在一個統一的系統內，從而實現發電、配電與電力推進用電及其他設備用電統一調度和集中控制，其典型結構如圖：艦船綜合電力系統研究意義有利于優化艦船總體設計有利于簡化艦船動力系統結構有利于提高艦船的隱蔽性對艦船作戰使用產生重大影響為未來艦載高能武器系

3、統使用提供電力保障艦船綜合電力系統研究意義有利于優化艦船總體設計： 電力系統在艦船總體設計中占有十分重要的地位。傳統電力系統設計將發供電、電力推進和艦載設備用電各系統之間相互割裂，不利于總體設計得優化，而綜合電力系統的設計思想是系統化、模塊化和集成化，它將系統各部分聯系起來，統一研究，為艦船總體設計提供了總體優化的基礎。 它可以節約艦船的有限空間，提高空間利用率，增加艦船燃料和彈藥的攜帶量，增強艦船的續航能力和戰斗力；可以優化裝備的空間布置，如靈活布置原動機，增加艦船的穩定性，提高艦船的適航性、抗沉性等性能；可以增強動力系統的防護能力等。艦船綜合電力系統研究意義有利于簡化艦船動力系統結構： 傳

4、統的艦船動力系統中，艦船推進是由大型主機完成，而供電系統則是另外一個相對獨立的系統。綜合電力系統的推進形式為電力推進，將主動力系統與供電系統合并，大大壓縮了各種熱機的數量；同事由于電能的優勢，易實現集成和靈活控制，使各系統高效效率運行，必將大大簡化艦船動力系統的結構。艦船綜合電力系統研究意義有利于提高艦船的隱蔽性： 傳統的艦船直接推進系統中，連接主機和推進器的齒輪箱等傳動裝置形成了將主機噪聲直接向水中傳播的主要導體。 對于電力推進艦船，螺旋槳軸系與推進電動機相連，推進電機與主機之間只存在電纜構成的柔性鏈接，取消了變速齒輪箱系統，切斷了主機向外界傳播噪聲的一個重要途徑。同時集成化發電及環形電網區

5、域配電方式，減少了艦船特種裝置所需要的發電機組、變流機組種類和數量。這些對于弱化艦船噪聲特征、提高作戰艦船的生存力具有重要意義。此外在電力推進艦船中，機械動力設備的減少，以及主機布置的靈活性有利于提高艦船的隱蔽性。艦船綜合電力系統研究意義對艦船作戰使用產生重大影響： 其一，綜合電力系統可以實現推進和艦載武備系統之間的電能分配的集中控制，特別是采用環形電網加區域配電系統的供電模式，提供了電能合理流動的物理途徑，這對進一步提高艦載武器裝備的可靠性是十分有利的。它為艦船戰斗使用提供了更大的選擇范圍，增強在高威脅環境下的生存能力和作戰效能。 其二，綜合電力系統采用電力推進方式，既弱化了艦船的噪聲特性，

6、又使艦船可以采取更加靈活的機動形式，對作戰方式產生積極的影響。艦船綜合電力系統研究意義為未來艦載高能武器系統的使用提供電力保障： 國內外研究表明，艦船在接近最高航速時，其一般的推進動力大約只能增加最后10%的航速。例如，一艘設計為30kn最高航速的艦船，其50%的推進動力被用于增加最后3kn的速度，達到27kn的航速只需大約50%的推進動力。 在支持艦載系統的電力需求持續呈幾何級數增長的今天和可預見的將來，艦船電站裝機容量需求將從現在的幾千kW達到幾萬甚至10萬kW的規模，電力系統中大容量電能的產生、變換以及電力推進與其他設備、武器裝備的動力分配與控制成為一個重要課題?？梢钥隙ǖ卣f，采用綜合電

7、力系統方案是一種行之有效的技術途徑，它既保證推進時充足的動力，又能提供戰斗狀態下的高能電力。艦船綜合電力系統關鍵技術高功率密度的交流或直流發電模塊化技術智能化管理的環形電網區域配電及監控管理技術電力推進電動機及其變頻調速技術大容量電能的靜止變換技術獨立電力系統的電磁兼容技術電力集成技術艦船綜合電力系統關鍵技術高功率密度的交流或直流發電模塊化技術： 研究適用于大型艦艇電力系統的中高壓多相交流發電機整流集成發電技術； 研究交直流電力集成多繞組發電機發電技術，主要有：不同交直流容量比的交直流電力集成雙繞組發電機、交流雙電壓雙繞組發電機以及交流雙頻率、雙電壓雙繞組發電機； 研究高功率密度和高品質艦艇集

8、成發電技術，如高速異步整流發電機技術、艦船電機蒸發冷卻技術。艦船綜合電力系統關鍵技術智能化管理的環形電網區域輸配電及監控管理技術： 采用環形電網區域配電系統取代干饋式配電系統，必須為各類艦船研究設計適當數量和容量的發電模塊，確定輸配電方式，適時地根據全船符合工況調控各發電模塊運行方式。 主要研究內容：艦船電站設計和應用研究，環形區域電力系統中多電站并聯運行特性研究，電力系統狀態監測與集中控制，環形電網區域配電系統各種保護準則。艦船綜合電力系統關鍵技術電力推進電動機及變頻調速技術： 艦船電力推進系統主要包括推進電動機技術和系統監測與控制技術。 需要開展的研究內容有：大功率電力推進電動機技術如交流

9、永磁推進電動機的結構性能及設計、電力推進系統監測與控制技術（直流推進電動機最有調速控制技術、多相永磁交流同步電動機的變頻調速系統、多相交流電動機變頻調速控制策略及控制技術）。艦船綜合電力系統關鍵技術大容量電能的靜止變換技術： 主要研究大容量變流器的拓撲結構形式、新型電力電子器件的使用、數字控制策略研究，關鍵是開發配套的新型電力電子器件。 美國海軍研究局使用氫氧化物、集成電路、電力半導體、電力電子技術對模塊化電力電子標準組件進行設計和制造；采用寬帶隙半導體材料代替硅，以提高電力電子標準組件的運行溫度和電壓。艦船綜合電力系統關鍵技術獨立電力系統的電磁兼容技術： 艦船設備分布密集，電力系統容量有限，

10、系統內的電磁兼容問題十分突出，直接關系到系統和用電設備的可靠安全運行，這也是決定綜合電力系統成敗的關鍵。 需要開展的研究有：電力集成化模塊中的電磁干擾研究、艦船直流電力系統電磁兼容研究、艦船交流電力系統電磁兼容研究、艦船殼體及電纜屏蔽網形成的地電網對電力系統電磁兼容性能的影響研究、整個綜合電力系統電磁兼容性研究。艦船綜合電力系統關鍵技術電力集成技術： 要實現綜合電力系統，首先完成各電力模塊的集成（包括發電模塊、電能變換模塊、推進模塊、電能智能化管理模塊等），再實現全系統的集成。在集成中，必須解決損耗與散熱、電磁兼容等難題。電力集成技術主要學科基礎為電機、電氣工程、控制工程，與其密切相關的學科有

11、：信息與通信工程、計算機科學與技術、儀器科學與技術、動力工程與工程熱物理、材料學與工程、機械工程等。智能電網定義智能電網的定義： 將先進的傳感測量技術、信息技術、通信技術、計算機技術、自動化技術和原有的輸配電基礎設施高度集成而成的新型電網。智能電網艦船智能電網的特征傳統艦船電網特征采用三相不接地系統電制為低壓或中壓等級，系統小抗干擾能力差負荷數量和種類多，所需電力接口多樣電網結構相對簡單潮流控制方式單一電網與負荷之間沒有通信保護裝置事先離線整定實際操作依賴人工智能電網艦船智能電網的特征艦船智能電網特征宏觀上講，艦船智能電網是精細管理，以堅強網架為基礎，以通信信息平臺為支撐，以智能控制為手段，包

12、含發電、輸電、變電、配電、用電等各個環節，事先電力流、信息流、業務流的高度一體化融合，電網堅強可靠、經濟性高、透明開放、友好互動。微觀上講，艦船智能電網進一步優化了電網控制，構建結構扁平化，功能模塊化，系統組態化，是一種榮幸體系結構，通過集中與分散相結合，靈活變換網絡結構、智能重組系統結構、最佳配置系統效能、優化電網服務質量，實現與傳統電網截然不容的電網構成理念和體系。智能電網艦船智能電網的應用智能發電及電力變換智能規劃與重構智能綜合保護智能檢測控制智能綜合電力智能電網艦船智能電網的應用智能發電及電力變換利用先進的電機結構設計和超導技術較小設備尺寸重量，減低費用和噪聲，提高艦船結構布置設計靈活

13、性集成化新型發電理論與發電系統結構，改善熱傳導特性和冷卻技術提高系統電壓等級至中壓水平，式配電專制和配電纜小型化，降低工作電流和短路電流通過諧波綜合治理和電磁兼容控制，保證供電電力品質智能電網艦船智能電網的應用智能規劃與重構規劃設計合理而靈活的供配電電制和網絡結構形式，發展交直流混合供電和區域配電系統，根據當前艦船工況、系統運行狀態以及符合優先等級，利用約束條件和目標函數優化選擇供電路徑，保證系統穩定運行快速隔離故障和自我恢復，具有智能化自愈性能，提供全面、優化、系統的故障恢復決策，重新構建配電網絡，保障艦船的生命力和戰斗力精確檢測大家艦船的武器，并對艦船造成損傷的位置進行預測，在遭受打擊前進

14、行重構操作，減小對電力網絡和電氣設備的潛在損壞智能電網艦船智能電網的應用智能綜合保護根據網絡結構、系統狀態和故障類型在線實時修改保護設備動作整定數值，滿足繼電保護可靠性、快速性、選擇性、靈敏性要求引入陸地電網的差動保護和方向保護技術，改善發電機保護、母線保護和基本網絡保護的選擇性設計先進的故障電流限制器，迅速識別故障并限制電流，改善斷路器切斷容量不足的問題與電力變換模塊相結合，集成電能轉換、檢測控制、故障限流及保護于一體智能電網艦船智能電網的應用智能檢測控制依賴先進的分布式傳感測量和寬帶信息通信技術，進行電氣設備信息的無縫連接、高度集成和互動共享，實現先進的三維、動態、可視化電網電鍍和高級能量管理通過優化計算分析進行有效的實時潮流控制和負荷監控，為操作人員提供智能決策和綜合調控方案集成保護和重構體系，提高緊急情況下電力系統使用管理水平，優化快速地恢復系統運行，避免人為吳操的發生與其他系統和部門之間進行有效信息交換，完善和提高電力用戶需求相應和需求側管理，達到資源和設備的優化利用智能電網艦船智能電網的應用智能綜合電力將日常配電系統與全電力推進系統、高能買寵物其發射系統等有效組合以減小艦船設備總體尺寸重量采用模塊化、系列化、標準化產品，降低建造階段的采購費用綜合管理艦上能源，減少能源消耗及機器磨損，能量分配及設備的操