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1、全电力战舰舰船综合电力系统报告人：郭晓亮指导老师：周凯目录全电力战舰综述舰船综合电力系统智能电网在舰船电力综合系统中的应用全电力战舰综述概念全电力舰船（AES）： 传统舰船的动力系统和电力系统是相对独立的，动力系统通常由常规的热机和其他机械装置构成，电力系统一般是作为辅助能源，与舰船推荐并没有直接的关联。全电力舰船是将电力系统与推进系统相结合的舰船。全电力战舰综述优点原动机可以随意安排位置，不再因为要考虑齿轮箱而有许多要求与限制推进与日常所需电力由一套公用发电设备提供，不需要专门的日用电供电站电能能够很容易被叠加具有较小直径的推进电动机能够被放置在更接近船尾，使螺旋桨的轴长减小不需要齿轮箱和变
2、螺距控制器，机械噪声减小高可靠性，高效率全电力战舰综述新概念武器舰载电热化学炮：使用电能大脉冲启动和控制能量推进剂的燃烧，使用电能和化学能组合的混合式推进过程舰载电磁炮：以电能为动力、采用电磁发射技术使弹丸获得高速的发射装置舰载高能激光武器：利用定向发射的激光束直接摧毁目标的光束武器舰船综合电力系统概述综合电力系统是将舰船发供电与推进用电、舰载设备用电集成在一个统一的系统内，从而实现发电、配电与电力推进用电及其他设备用电统一调度和集中控制，其典型结构如图：舰船综合电力系统研究意义有利于优化舰船总体设计有利于简化舰船动力系统结构有利于提高舰船的隐蔽性对舰船作战使用产生重大影响为未来舰载高能武器系
3、统使用提供电力保障舰船综合电力系统研究意义有利于优化舰船总体设计： 电力系统在舰船总体设计中占有十分重要的地位。传统电力系统设计将发供电、电力推进和舰载设备用电各系统之间相互割裂，不利于总体设计得优化，而综合电力系统的设计思想是系统化、模块化和集成化，它将系统各部分联系起来，统一研究，为舰船总体设计提供了总体优化的基础。 它可以节约舰船的有限空间，提高空间利用率，增加舰船燃料和弹药的携带量，增强舰船的续航能力和战斗力；可以优化装备的空间布置，如灵活布置原动机，增加舰船的稳定性，提高舰船的适航性、抗沉性等性能；可以增强动力系统的防护能力等。舰船综合电力系统研究意义有利于简化舰船动力系统结构： 传
4、统的舰船动力系统中，舰船推进是由大型主机完成，而供电系统则是另外一个相对独立的系统。综合电力系统的推进形式为电力推进，将主动力系统与供电系统合并，大大压缩了各种热机的数量；同事由于电能的优势，易实现集成和灵活控制，使各系统高效效率运行，必将大大简化舰船动力系统的结构。舰船综合电力系统研究意义有利于提高舰船的隐蔽性： 传统的舰船直接推进系统中，连接主机和推进器的齿轮箱等传动装置形成了将主机噪声直接向水中传播的主要导体。 对于电力推进舰船，螺旋桨轴系与推进电动机相连，推进电机与主机之间只存在电缆构成的柔性链接，取消了变速齿轮箱系统，切断了主机向外界传播噪声的一个重要途径。同时集成化发电及环形电网区
5、域配电方式，减少了舰船特种装置所需要的发电机组、变流机组种类和数量。这些对于弱化舰船噪声特征、提高作战舰船的生存力具有重要意义。此外在电力推进舰船中，机械动力设备的减少，以及主机布置的灵活性有利于提高舰船的隐蔽性。舰船综合电力系统研究意义对舰船作战使用产生重大影响： 其一，综合电力系统可以实现推进和舰载武备系统之间的电能分配的集中控制，特别是采用环形电网加区域配电系统的供电模式，提供了电能合理流动的物理途径，这对进一步提高舰载武器装备的可靠性是十分有利的。它为舰船战斗使用提供了更大的选择范围，增强在高威胁环境下的生存能力和作战效能。 其二，综合电力系统采用电力推进方式，既弱化了舰船的噪声特性，
6、又使舰船可以采取更加灵活的机动形式，对作战方式产生积极的影响。舰船综合电力系统研究意义为未来舰载高能武器系统的使用提供电力保障： 国内外研究表明，舰船在接近最高航速时，其一般的推进动力大约只能增加最后10%的航速。例如，一艘设计为30kn最高航速的舰船，其50%的推进动力被用于增加最后3kn的速度，达到27kn的航速只需大约50%的推进动力。 在支持舰载系统的电力需求持续呈几何级数增长的今天和可预见的将来，舰船电站装机容量需求将从现在的几千kW达到几万甚至10万kW的规模，电力系统中大容量电能的产生、变换以及电力推进与其他设备、武器装备的动力分配与控制成为一个重要课题。可以肯定地说，采用综合电
7、力系统方案是一种行之有效的技术途径，它既保证推进时充足的动力，又能提供战斗状态下的高能电力。舰船综合电力系统关键技术高功率密度的交流或直流发电模块化技术智能化管理的环形电网区域配电及监控管理技术电力推进电动机及其变频调速技术大容量电能的静止变换技术独立电力系统的电磁兼容技术电力集成技术舰船综合电力系统关键技术高功率密度的交流或直流发电模块化技术： 研究适用于大型舰艇电力系统的中高压多相交流发电机整流集成发电技术； 研究交直流电力集成多绕组发电机发电技术，主要有：不同交直流容量比的交直流电力集成双绕组发电机、交流双电压双绕组发电机以及交流双频率、双电压双绕组发电机； 研究高功率密度和高品质舰艇集
8、成发电技术，如高速异步整流发电机技术、舰船电机蒸发冷却技术。舰船综合电力系统关键技术智能化管理的环形电网区域输配电及监控管理技术： 采用环形电网区域配电系统取代干馈式配电系统，必须为各类舰船研究设计适当数量和容量的发电模块，确定输配电方式，适时地根据全船符合工况调控各发电模块运行方式。 主要研究内容：舰船电站设计和应用研究，环形区域电力系统中多电站并联运行特性研究，电力系统状态监测与集中控制，环形电网区域配电系统各种保护准则。舰船综合电力系统关键技术电力推进电动机及变频调速技术： 舰船电力推进系统主要包括推进电动机技术和系统监测与控制技术。 需要开展的研究内容有：大功率电力推进电动机技术如交流
9、永磁推进电动机的结构性能及设计、电力推进系统监测与控制技术（直流推进电动机最有调速控制技术、多相永磁交流同步电动机的变频调速系统、多相交流电动机变频调速控制策略及控制技术）。舰船综合电力系统关键技术大容量电能的静止变换技术： 主要研究大容量变流器的拓扑结构形式、新型电力电子器件的使用、数字控制策略研究，关键是开发配套的新型电力电子器件。 美国海军研究局使用氢氧化物、集成电路、电力半导体、电力电子技术对模块化电力电子标准组件进行设计和制造；采用宽带隙半导体材料代替硅，以提高电力电子标准组件的运行温度和电压。舰船综合电力系统关键技术独立电力系统的电磁兼容技术： 舰船设备分布密集，电力系统容量有限，
10、系统内的电磁兼容问题十分突出，直接关系到系统和用电设备的可靠安全运行，这也是决定综合电力系统成败的关键。 需要开展的研究有：电力集成化模块中的电磁干扰研究、舰船直流电力系统电磁兼容研究、舰船交流电力系统电磁兼容研究、舰船壳体及电缆屏蔽网形成的地电网对电力系统电磁兼容性能的影响研究、整个综合电力系统电磁兼容性研究。舰船综合电力系统关键技术电力集成技术： 要实现综合电力系统，首先完成各电力模块的集成（包括发电模块、电能变换模块、推进模块、电能智能化管理模块等），再实现全系统的集成。在集成中，必须解决损耗与散热、电磁兼容等难题。电力集成技术主要学科基础为电机、电气工程、控制工程，与其密切相关的学科有
11、：信息与通信工程、计算机科学与技术、仪器科学与技术、动力工程与工程热物理、材料学与工程、机械工程等。智能电网定义智能电网的定义： 将先进的传感测量技术、信息技术、通信技术、计算机技术、自动化技术和原有的输配电基础设施高度集成而成的新型电网。智能电网舰船智能电网的特征传统舰船电网特征采用三相不接地系统电制为低压或中压等级，系统小抗干扰能力差负荷数量和种类多，所需电力接口多样电网结构相对简单潮流控制方式单一电网与负荷之间没有通信保护装置事先离线整定实际操作依赖人工智能电网舰船智能电网的特征舰船智能电网特征宏观上讲，舰船智能电网是精细管理，以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包
12、含发电、输电、变电、配电、用电等各个环节，事先电力流、信息流、业务流的高度一体化融合，电网坚强可靠、经济性高、透明开放、友好互动。微观上讲，舰船智能电网进一步优化了电网控制，构建结构扁平化，功能模块化，系统组态化，是一种荣幸体系结构，通过集中与分散相结合，灵活变换网络结构、智能重组系统结构、最佳配置系统效能、优化电网服务质量，实现与传统电网截然不容的电网构成理念和体系。智能电网舰船智能电网的应用智能发电及电力变换智能规划与重构智能综合保护智能检测控制智能综合电力智能电网舰船智能电网的应用智能发电及电力变换利用先进的电机结构设计和超导技术较小设备尺寸重量，减低费用和噪声，提高舰船结构布置设计灵活
13、性集成化新型发电理论与发电系统结构，改善热传导特性和冷却技术提高系统电压等级至中压水平，式配电专制和配电缆小型化，降低工作电流和短路电流通过谐波综合治理和电磁兼容控制，保证供电电力品质智能电网舰船智能电网的应用智能规划与重构规划设计合理而灵活的供配电电制和网络结构形式，发展交直流混合供电和区域配电系统，根据当前舰船工况、系统运行状态以及符合优先等级，利用约束条件和目标函数优化选择供电路径，保证系统稳定运行快速隔离故障和自我恢复，具有智能化自愈性能，提供全面、优化、系统的故障恢复决策，重新构建配电网络，保障舰船的生命力和战斗力精确检测大家舰船的武器，并对舰船造成损伤的位置进行预测，在遭受打击前进
14、行重构操作，减小对电力网络和电气设备的潜在损坏智能电网舰船智能电网的应用智能综合保护根据网络结构、系统状态和故障类型在线实时修改保护设备动作整定数值，满足继电保护可靠性、快速性、选择性、灵敏性要求引入陆地电网的差动保护和方向保护技术，改善发电机保护、母线保护和基本网络保护的选择性设计先进的故障电流限制器，迅速识别故障并限制电流，改善断路器切断容量不足的问题与电力变换模块相结合，集成电能转换、检测控制、故障限流及保护于一体智能电网舰船智能电网的应用智能检测控制依赖先进的分布式传感测量和宽带信息通信技术，进行电气设备信息的无缝连接、高度集成和互动共享，实现先进的三维、动态、可视化电网电镀和高级能量
15、管理通过优化计算分析进行有效的实时潮流控制和负荷监控，为操作人员提供智能决策和综合调控方案集成保护和重构体系，提高紧急情况下电力系统使用管理水平，优化快速地恢复系统运行，避免人为吴操的发生与其他系统和部门之间进行有效信息交换，完善和提高电力用户需求相应和需求侧管理，达到资源和设备的优化利用智能电网舰船智能电网的应用智能综合电力将日常配电系统与全电力推进系统、高能买宠物其发射系统等有效组合以减小舰船设备总体尺寸重量采用模块化、系列化、标准化产品，降低建造阶段的采购费用综合管理舰上能源，减少能源消耗及机器磨损，能量分配及设备的操作控制更加灵活通过先进的点击设计和电力电子调速控制技术灵活高效低控制舰船航行状态利用电容飞轮等储能技术装置提供瞬时高能脉冲结语随着世界各国对舰载新型武器研究和未来战争对舰船作战性能要求的不断提高，新型全电力战舰已经成为未来海军的必经之路，而舰船综合电力系统作为核心技术，必然要进行更加深入的研究和实践。智能电网是未来舰船电力系统的发展趋势，随着我国舰船的型号、吨位和数量不断增加，对电力系统的要求越来越高，开展智能电网技术研究是舰船发展的必然和需求。Thank you！
