英国海军未来舰船采用单台发电机运行方式

在造船领域已普遍使用既能为推进系统提供电能又能为舰船设备提供电能的通用电力系统，称为全电力推进系统。所有的推进动力由电力驱动，系统仅采用满足负载需求的必要的几台原动机，并全部以接近最优效率高效运行，其效率根据大量的已经使用的原动机的最优效率确定。为了从高效的全电力推进系统中受益，并减少设备采办成本达到可承受的程度，英国海军电力舰方案中的原动机数量将减至最少。建议在巡航工况下，采用单台发电机运行，从而使发电机的运行时间减至最少，这就会在燃料消耗和维护成本上带来巨大的收益。介绍单台发电机运行时的状态，讨论巡航应急供电能力和作战指挥不问断供电能力。当单台发电机运行时，一旦原动机发生故障，巡航应急供电能力必需能为主要设备提供电能。为了维持一定的操纵能力，还需要提供推进电力。现役舰船中，武器系统的不间断电源装置中已经有一定的电能储备。同时还提出了指控显示设备不间断供电能力，即在作战状态下，必须为指挥、控制和显示设备，导航和应急照明提供不问断电源。作战状况下需要一种瞬间不问断电源转换设备，该电源通常由安装在主系统中的不问断电源提供，或者是经24V变压整流的电源提供。现在介绍的电力舰方案中，电力系统的推进汇流排和船用设备汇流排有不同的选择。介绍能量储存的多种选择方案，它可以为分布在一条或两条汇流排上的单台设备或多台设备供电。最后还指出“单台发电机运行”的说法不够确切，因为在巡航状态下，单台发电机将会配置一台或多台电能储存设备，这样的运行方式与常规的运行方式相比，损失能量的风险较少。     

水面舰艇机械装置中有关推进,电气和辅助系统发展的评述（三）

舰船用电站包括原动机驱动的发电机以及为各种关键和非关键负载提供所需电力的调节、转换、保护和配电设备。在今后的水面作战舰船上,电源将仍以450伏、60赫兹的交流电为主,但作战系统和其它关键设备将采用一些特种电源(目前为400赫兹)。如以400赫兹或本节后面所讨论的直流电源为例,此特种电源将由60赫兹馈电驱动的固态设备就地(例如,在关键负载中心附近或在用户设备内或其所在舱内)产生。电力系统各种频率的结构将反映电力非线性的或切换负载的功率增长的独特的接口要求。 目前,舰船工作机械方面的研究和开发重点是强调高品质、精确调整的电源,并改善其连续性和系统/负载兼容性,提高发电、转换和负载效率以及减少重量和体积。总之,这些将使舰船增加航程或增加有效负载比例,以及改进作战系统备战状态。 以未来水面作战舰船为目标的电力装置的发展可分为发电、配电系统和负载设备等部分,并在下述的这些标题下讨论。在“发电”一节中包括先进的燃气轮机和柴油机,也论及由主机驱动的发电系统的设计。     

节能型起重机动态补偿安全系统

RTG一般采用柴油机发电机驱动。由于柴油机在空载工作或轻载工作时损耗较大,不但浪费能源,而且不利于环保。如果能将柴油发电机在空载工作或轻载工作时转速降低下来,就可以大大降低油耗、节约费用,但这时发电机发出的电是不稳定的,因此无法直接供给设备使用,为了在柴油机调速的同时又能提供高品质电力,我们研制了节能型RTG专用动态补偿安全系统（DVFR）。     

舰船电力推进用发电机/电机驱动器集成优化

基于多级脉宽调制技术的电机驱动器有着高质量的功率输出,加之永磁电动机和先进感应电动机技术使舰船全电力推进得以实现。系统的输入电源通常会选择常规的工频三相交流同步发电机组,然而事实上突破该限制会给推进系统带来更多的好处。发电机和电机驱动器之间的最优化设计会使电力推进系统受益匪浅。本文对使用高频率、高转速、多相和集成整流器的发电机性能和布置优势进行了描述,各种发电机的优化设计使得电力推进系统在尺寸、重量和效率上都得到了重大的改进。     

交流电在“民主18”号客货轮上的应用

船舶上采用交流电制,但在国内采用者不多。“民圭18”号客货轮就是欲以实际效果来验证理论上的优越性而采用的。采用交流电制,首先须考虑用何种电能系统,以及如何设法使电网电压稳定以保证发电机的并联运转。前者,从经济观点和人身安全以及设备的供应与使用等各方面考虑,三相三线380伏的电能系统是较为合适的。后者,可采用型船用自动电压调整装置。这种调整装置从“民圭18”号轮的试车试航以及正常营运中证明,即使发电机的原动机调速性能并不十分令人满意的情况下,仍能保证并联工作。当容量为发电机五分之二的电动机起动时,电压也没有多大的波动。交流设备结构简单、维护方便、使用可靠,既可节约基建投资,也可减少维护费用,这些是大家公认的。我们曾就“民圭18”号轮的用电设备,按交直流两种电制作了比较,证明是完全正确的。比较的结果是:电机变压器等设备如果采用直流,其重量、体积和价值,分别为交流的1.43、1.6和1.66倍;同样起动器、磁力站等设备的重量、体积和价值分别为交流的2.25、2.25和2.6倍;电缆的重量、体积和价值也将分别为交流的1.3、1.25和11.2倍。综合全船设备的重量、体积和价值,直流分别为交流的1.4,1.7和1.6倍。这些数字,应该引起人们的重视。     

交流整流型推进发电机在水面舰船电力推进中的应用及其特点

交流整流型推进发电机以其大容量、高转速、高效率、维护方便、动态性能好等优点逐渐取代了换向器型直流推进发电机。本文介绍该类型发电机在水面舰船电力推进中的应用概况以及电机设计与结构特点。     

同步发电机——整流器——感性负载组件的通用负载特性

通常利用由柴油机传动的牵引同步发电机和整流装置所组成的电力组件作为具有交直流传动装置的牵引电动机内燃机车供电电源。组件的输出参数(电流及电压)是根据恒定功率的双曲线特性变化的:     

西门子发电机工作原理及故障实例

柴油机-发电机机组(以下简称"柴油发电机组")是现代船舶极其重要的基础性设备。尤其对于电力推进船舶,柴油发电机组的重要性相当于船舶的心脏,是船舶其他设备正常工作的动力来源与保障。现代船舶上使用的中低压柴油发电机组的发电机端几乎都是三相同步发电机,按照励磁方式的不同,可以将三相同步发电机分为有刷励磁式和无刷励磁式2种。     

舰船直流区域电力分配系统的选择及其稳定性研究

美国海军目前正在为其下一代水面战舰研究一种直流区域电力分配系统（DC ZEDS）。在替代现有交流径向电力分配系统的过程中，可在耐久怀、重量、人员配置以及费用等方面获得非常明显的好处。DC ZEDS以建立在水密舱室内的左舷及右舷直流汇流排馈电区域为基础。在该区域内，主汇流排的直流电压被逐级降低，然后通过其它的变流装置转换成三相交流电压较低的直流电。由于刚性连接系统中各个严格稳压的变流装置之间存在着广泛的相互连接，所以，负输入阻抗效应有可能带来不希望出现的共振现象。本文对直流区域电力分配系统的合理性进行了描述，分析了系统的稳定性特点，并讨论了故障检测以及负载切断等问题。     

美舰用交流发电机的电压调节器(续)

3.静止励磁的磁放大器型电压调节器静止励磁的电压调节系统是将交流发电机输出的一部分经过整流提供给交流发电机的磁场电流.借助于直流磁场绕组从起励电源,例如直流发电机或蓄电池的短时接通在交流发电机上已产生某些输出后,自动电压调节器控制静止励磁装置的输出以提供必要的磁场电流     

常规动力潜艇辅机交流化研究

交流电机与直流电机比有着许多明显的优点，但由于常规潜艇的供电电源特殊，因而在役潜艇上的辅机电机大都还是采用直流幅压电机。直流电机除了尺寸大，重量重和噪声高外，最大不足在于不易维修。随着电力电子技术的进步和国风工业水平的提高，在我国新世纪的潜艇上实现交流辅机电机变得可行而又十分必要。辅机系统可通过采用低噪声交流电机，大功率逆变装置，并车装置或变频启动装置等设备扩大船用交流电机的使用范围，实现在研新型潜艇大部分辅机的交流化。     

双馈变频供电的电力推进系统研究

文章提出了一种由双馈发电机提供变频电源,驱动变频电机的电力推进系统。该系统通过对双馈发电机转子励磁,产生变压变频电源驱动电机调速运行。由于双馈发电机转子侧只需提供转差功率,使得变频器的容量较小,可以在一定程度上缓解电力推进对变频器容量需求较高的问题。文章给出了电力推进系统的结构框架,建立了系统的数学模型,并根据所建立的数学模型,利用MATLAB对其进行了仿真分析,验证了此电力推进系统变频调速的可行性。     

直流电网在大型船舶中的发展趋势

目前直流电网在船舶电力系统中应用广泛,工程技术人员需对其专业知识有所了解。介绍直流电网的基本概念和特点,并分析其在船舶特别是电力推进船中的配置和应用趋势,同时提到直流电网中的一些关键技术和设备,为今后接触和了解船舶直流电网提供开阔的思路。     

基于逆变电源组网的电力系统短路电流改进算法

船舶电力系统的短路电流计算对于系统保护整定和各电气设备的选择性校验具有重要意义。随着综合电力系统的发展和直流电制的应用,逆变电源逐渐取代传统交流发电机成为船舶电力系统交流电网的主电源。由于逆变电源短路时输出电流相对于发电机短路电流数量级大大减小,传统电动机反馈电流计算方法的相对误差被放大不容忽略。本文对比分析了传统交流发电机和逆变电源的短路特性,提出了可应用于逆变电源组网的电力系统中电动机反馈电流的改进算法,通过仿真验证了该改进算法相对于传统算法的优越性。     

舰船中压直流综合电力推进系统设计及稳态分析研究

论文针对目前备受关注的舰船中压直流综合电力推进系统(简称舰船MVDC系统)进行设计及稳态分析研究。舰船MVDC系统设计分为两步:其一,结合需要系数法及发电机容量、台数确定原则,进行系统电源设计;其二,通过研究IEEE 1709标准以及船舶电力系统相关设计标准,提出舰船MVDC系统基本设计原则,并结合系统电源设计结果,完成系统结构设计。在系统设计的基础上,建立系统潮流计算数学模型;并基于直流牛顿拉夫逊法进行改进,提出舰船MVDC系统的交直流混合潮流计算方法,进行系统稳态分析研究。研究结果表明,论文所提出的系统设计方法及交直流混合潮流计算方法,适用于舰船MVDC系统。     

数字PWM技术在舰船中频电源自动控制系统的应用

舰船电力系统的供电质量具有重要意义,它决定了舰载自动化设备比如导航设备、通信设备、武器系统的工作质量,目前,300 k VA级大容量、中频电力系统已经成为军事舰艇装机量最大的电力系统类型,为舰船提供安全、可靠的电力能源。相对于传统的模拟控制技术,基于高性能逆变器的数字控制技术在舰船电力系统控制上具有灵活性高、自动化程度高等优点,成为一种发展趋势。本文系统介绍了数字PWM逆变器技术的原理和数学模型,同时结合传统的电力系统模拟控制技术,研究了一种舰船中频电源的自动控制系统,该系统具有电力控制精度高、操作简便、自适应能力强等优点,具有潜在的应用价值。     

全电力舰发展综述

为了充分利用全电力在设计上的灵活性和功率密度上的优点，海军应考虑一种采用包括超导直流单极发电机和推进电动机在内的直流电力网络结构。     

能量回馈型四象限电力电子负载在船舶电力系统动模试验中的应用

目前,随着船舶综合电力系统的发展,船用负载设备类型的增多导致目前交直流动模试验室无法真实模拟系统动态特性。为研究和分析能量回馈型四象限电力电子负载船舶电力系统动模试验的应用,本文通过分析四象限电力电子负载的拓扑结构和控制方式,在Matlab/Simulink仿真平台和动模试验室中分别进行了能量回馈型四象限电力电子负载相关功能试验。仿真和试验结果表明,能量回馈型四象限电力电子负载能够模拟不同类型的负载以及不同电压、功率等级的电源,并且在模拟负载时,能够将吸收的电能高效地反馈回电网,不仅可以提高工作效率,还能够起到节约电能的目的。     

豪华邮轮综合电网设计

中型豪华邮轮采用电力推进的形式,根据该船的服务航速、辅助设备和生活用电设备的负载计算电力负荷来确定电站容量与发电机配置.中压电网电压为11 kV,采用紧凑型环网柜为全船主竖区上建部分供电;低压电网电压为690 V、400 V、230 V,采用母线槽提供二次侧供配电.应急电源采用UPS不间断电源供电方案使船舶电站更安全可靠.该中型豪华邮轮全船综合电网供配电研发设计方案借鉴国外先进豪华邮轮,为该型豪华邮轮继续深化电气设计和优化工作奠定基础.     

分布式电源并网方式及控制策略研究

结合分布式电源的发展状况,介绍了交流微网关键器件并网控制策略,直流微网典型分布式电源并网控制策略;提出了一种可行的交直流混合微网供电结构;在现有微网技术的基础上,对比分析了不同微网供电结构的优缺点;最后对分布式电源的并网实现方式提出建议方案。