鄧任任,楊冬梅,陳永華,呂宏水
(南京南瑞集團公司,江蘇 南京 210000)
新型電源結(jié)構(gòu)下船舶綜合電力系統(tǒng)區(qū)域配電網(wǎng)技術(shù)
鄧任任,楊冬梅,陳永華,呂宏水
(南京南瑞集團公司,江蘇 南京 210000)
隨著船舶行業(yè)技術(shù)逐漸向高端化發(fā)展的趨勢,綜合電力系統(tǒng)技術(shù)作為未來清潔高效環(huán)保的發(fā)展方向日益被重視。船舶電力系統(tǒng)的電源、配網(wǎng)、用能3部分相互影響,用能日益提高,電源部分的高密度、大容量要求嚴(yán)格,多相設(shè)計是滿足目前電源大容量需求的主要途徑。分析當(dāng)前常用的配網(wǎng)結(jié)構(gòu),直流區(qū)域配電網(wǎng)技術(shù)具有結(jié)構(gòu)適宜、安全性高的特點。結(jié)合區(qū)域配電的思想,本文提出配電網(wǎng)區(qū)域鄰接矩陣負荷管理辦法,對電網(wǎng)多級負荷的運行狀態(tài)、負荷計算、能量管理及其網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)進行分析,對飛輪儲能系統(tǒng)進行分析,相比傳統(tǒng)的鄰矩陣算法,分區(qū)管理思路能夠減少計算量,輔助能量管理系統(tǒng)提高船舶的管理效率。
綜合電力系統(tǒng);電源;區(qū)域配電網(wǎng);鄰矩陣;能量管理
面對海事環(huán)境污染問題,船舶逐漸向節(jié)能環(huán)保綠色方向發(fā)展,新型的高端船舶技術(shù)已成為研究熱點。作為船舶重要的組成部分,推進部分由機械式傳動逐步向電力系統(tǒng)發(fā)展,船舶的推進電力系統(tǒng)和日常用能電力系統(tǒng)合二為一構(gòu)成船舶綜合電力系統(tǒng)[1-3]。
根據(jù)船舶電力系統(tǒng)設(shè)計的流程,負荷、電源、配網(wǎng)是設(shè)計電力系統(tǒng)首先考慮的三大部分,通過計算負荷確定電源的容量,根據(jù)電源的組成確定電力系統(tǒng)配網(wǎng)方式。推進部分是船舶用能占比最大的負荷,隨著大功率電力電子器件、電力電子拓撲結(jié)構(gòu)和變頻調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展,電力推進[4-9]技術(shù)逐步提高,成為新型船舶動力主要采用的方式。運用智能化、信息化技術(shù),對船舶的主推進和其他用能進行綜合管理形成船舶綜合能量管理系統(tǒng)[10-12]。現(xiàn)代艦船一般配備基本的戰(zhàn)斗攻擊和防御系統(tǒng),在滿足權(quán)限管理、大功率脈沖等作戰(zhàn)武器[13]特殊用能方向,提出能量動態(tài)優(yōu)先管理[14-15]、飛輪儲能控制[16]等技術(shù),實現(xiàn)用能的靈活調(diào)度。在電源方面,現(xiàn)代大型船舶要求具備高密度、大容量特性,多相發(fā)電技術(shù)[17-20]逐漸得到應(yīng)用,采用技術(shù)成熟的電力電子器件,結(jié)合新型的拓撲結(jié)構(gòu),滿足大功率電力變換,克服了現(xiàn)有器件技術(shù)的不足。通過主配電板、分配電板、區(qū)域配電板等組成電源的供電網(wǎng)絡(luò)供給負荷側(cè)用能,新型配電網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)[21-22]也是綜合電力系統(tǒng)的重要部分,相關(guān)學(xué)者在區(qū)域配電網(wǎng)[23]、配電網(wǎng)重構(gòu)[24-25]、智能體結(jié)構(gòu)優(yōu)化[26]、電網(wǎng)的穩(wěn)定性[27]等方面開展研究。區(qū)域直流配電技術(shù)是目前研究的重點,包括區(qū)域直流配電網(wǎng)穩(wěn)定性[28-29]、中壓直流綜合電力系統(tǒng)[30]、電力電子設(shè)備[31]等研究。
基于上述研究現(xiàn)狀,分析現(xiàn)有的電源技術(shù),研究區(qū)域配電網(wǎng)原理及其拓撲結(jié)構(gòu),在電網(wǎng)故障時利用結(jié)構(gòu)重構(gòu)的方法維護電網(wǎng)安全穩(wěn)定。提出適應(yīng)未來新型需求的區(qū)域配網(wǎng)管理辦法,并根據(jù)目前的直流配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢,研究區(qū)域配電在直流配電網(wǎng)中的應(yīng)用。系統(tǒng)可通過連接市電搭建,進行仿真模擬,通過監(jiān)控裝置、傳感裝置清晰地了解船舶負荷運行狀態(tài)、負荷等級、負荷功率。區(qū)域管理辦法可以減少數(shù)據(jù)的計算量,有效地輔助船舶能量管理系統(tǒng)進行負荷管理及配網(wǎng)故障的實時處理。
多相交流電源、整流電源、交直流電源等新型的電源在大型的船舶和艦船上已得到應(yīng)用,能夠同時滿足功率、空間上的要求。多相電源是一種集成電源,在發(fā)電側(cè)能夠提供足夠的電能,在推進部分,配套多相發(fā)電技術(shù)的多相變頻技術(shù),可以降低各相的電壓電流水平,能夠使用目前較為成熟的功率器件實現(xiàn)大功率變頻調(diào)速。
如圖1所示為交直流發(fā)電機拓展結(jié)構(gòu),其直流側(cè)可視為多相整流電機,將交流電機、12相整流模塊、勵磁系統(tǒng)集成為一體,發(fā)出的直流電供直流配網(wǎng)使用,交流側(cè)發(fā)出的三相交流電供交流配網(wǎng)使用。交直流發(fā)電機采用5出線,三相交流和兩相直流,功能上能夠同時滿足交直流負荷的需求,即交流電源-交流配網(wǎng)和直流電源-直流配網(wǎng)。
圖 1 交直流發(fā)電機電路拓撲結(jié)構(gòu)Fig. 1 AC and DC generator circuit topology
環(huán)形配網(wǎng)結(jié)構(gòu)能夠提高電網(wǎng)的安全性,但會隨著負荷的增加逐漸形成具有冗余功能的臃腫的大系統(tǒng),回路交叉,布線復(fù)雜。相比于這種配電方式,區(qū)域配電作為一種新的思路,具備環(huán)形電網(wǎng)的冗余技術(shù),并且可以減少電纜用量,減少電纜穿艙孔數(shù)量和面積,降低配電系統(tǒng)尺寸、重量,提升了船舶整體架構(gòu)的安全水平。
圖 2 區(qū)域直流配電網(wǎng)絡(luò)Fig. 2 Regional DC distribution network
直流配電相比與交流擁有總體損耗較少、諧波失真較少等明顯優(yōu)勢,并且直流配電能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電機與電動機的頻率解耦,使得發(fā)電機維持在最大工作效率狀態(tài),已經(jīng)成為新一代船舶電力系統(tǒng)發(fā)展的方向。
船舶電網(wǎng)是一個整體連通的網(wǎng)絡(luò),當(dāng)電網(wǎng)中某些關(guān)鍵的線路發(fā)生故障時,會對其他邊緣的線路和負荷功能產(chǎn)生影響。對比現(xiàn)有的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu),輻射式配網(wǎng)結(jié)構(gòu)不能保障重要負荷在受到故障影響時的連續(xù)運行,網(wǎng)形結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,環(huán)形結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代船舶、艦船應(yīng)用最多配網(wǎng)方式,它具備對電網(wǎng)安全性要求的設(shè)計,同時也滿足對現(xiàn)有負荷的承載量。
如圖3所示為環(huán)形配電網(wǎng)的電源、負荷無向圖結(jié)構(gòu),對于連接通路的表示方法,目前采用較多的是鄰接矩陣法。bij表示節(jié)點i和j的連接關(guān)系,bij=1表示2節(jié)點在電氣連接上存在連接通路,bij=0則表示兩點無連接,從而形成改配電網(wǎng)絡(luò)的鄰接連接矩陣{bij},如圖4所示。
鄰接矩陣法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)性強,分析過程清晰,數(shù)據(jù)組織簡單,適應(yīng)性強。適用于任何復(fù)雜的連接方式,但其缺點是計算量大,計算速度比較慢,不適用于網(wǎng)絡(luò)拓撲的實時分析。特別是隨著船舶配電網(wǎng)的復(fù)雜程度的增加,關(guān)聯(lián)矩陣表示法的計算量會更加龐大。
圖 3 環(huán)形配網(wǎng)無向圖Fig. 3 Ring distribution network undirected graph
圖 4 鄰接矩陣Fig. 4 Adjacency matrix
直流區(qū)域配電是未來新型的配電網(wǎng)技術(shù),電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化必然會導(dǎo)致原有能量管理系統(tǒng)的不足之處。配電網(wǎng)的負荷管理是能量管理的重點內(nèi)容,結(jié)合船舶的工作模式,通過動力配置及電力負荷計算,確定用電模式及其切換策略。
如圖5所示為某一中壓艦船的直流區(qū)域配電網(wǎng)的電力系統(tǒng)示意圖,其能量管理涵蓋發(fā)電、輸變電、推進、配電各部分,實驗時可借助于市電電源,結(jié)構(gòu)示意如圖6所示。
圖 5 艦船電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 5 Ship power system structure diagram
圖 6 市電電源結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 6 Mains power supply structure diagram
結(jié)合區(qū)域配電網(wǎng)獨立運行的特點,本文在研究配電網(wǎng)負荷管理上,采用區(qū)域鄰接矩陣算法,縮減了算法的復(fù)雜程度。如圖7所示,Labcd為船舶的某一負荷,a為負荷所處的配電區(qū)域,船舶的主要配電區(qū)域不超過2位數(shù);b為負荷等級,按照負荷重要性的優(yōu)先等級劃分為I級、II級、III級等多級負荷,I級負荷為最高優(yōu)先權(quán);c為對應(yīng)負荷區(qū)域等級下的負荷編號;d為負荷的狀態(tài),1為工作狀態(tài),0為非工作狀態(tài)。
圖 7 區(qū)域負荷分布矩陣Fig. 7 Regional load distribution matrix
通過矩陣式的表達形式將各區(qū)域的電力負荷清晰的表達出來,實時了解每個配電區(qū)域、各級負荷的狀態(tài),在遇到特殊情況或故障狀態(tài)時,輔助能量管理系統(tǒng)進行負荷的計算,實現(xiàn)最佳的操作方案;在滿足電力電子器件的容量限制的前提下,最大限度地恢復(fù)重要負荷的供電,并且減少重構(gòu)開關(guān)的操作次數(shù)。
區(qū)域配電將各區(qū)分別進行監(jiān)控管理,每個區(qū)域的負荷電氣連接狀態(tài)如圖8所示,bijk為i區(qū)域中的負荷j與負荷k的電氣連接狀態(tài),通過每個區(qū)域負荷的縱向矩陣了解此負荷的連接通路情況,根據(jù)負荷編號的編碼原則,按照負荷的優(yōu)先等級從小到大依次編號,每個負荷的編號在系統(tǒng)中已經(jīng)對應(yīng)其負荷等級。
圖 8 區(qū)域負荷關(guān)聯(lián)矩陣Fig. 8 Regional load correlation matrix
關(guān)聯(lián)矩陣能夠輔助能量管理系統(tǒng)快速定位負荷及其運行狀態(tài),對于出現(xiàn)故障工作失效的負荷能夠及時反應(yīng)并對其進行維修或者采用備用連接;在電機故障需要減負荷運行時可以通過負荷的優(yōu)先級進行有序調(diào)整,保證重要負荷的用電;在特殊情況下還可以轉(zhuǎn)移其他負荷的用能來保證某些特殊負荷的持續(xù)運行,實現(xiàn)船舶負荷靈活調(diào)控管理。
電力系統(tǒng)都會受到動態(tài)特性故障、投切負載、敏感負荷供電、大功率電力電子器件諧波干擾等影響,對于用電質(zhì)量要求高或者有大功率脈沖負荷需求的船舶,會配置儲能模塊以滿足系統(tǒng)供電需求。
如圖9所示為飛輪儲能電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,儲能系統(tǒng)作為配電網(wǎng)的一種負荷,和其他配電區(qū)域一樣通過配網(wǎng)母線連接形成獨立的運行空間。利用區(qū)域配電管理的思想,將儲能電力系統(tǒng)分為2種工作模式,一種是電網(wǎng)的調(diào)節(jié)模式w1,起到平滑電力系統(tǒng)波動的作用,可以提供重要負載不間斷供電并對大功率脈沖負載引起的電壓波動進行補償;另一種是大功率脈沖模式w2,為某些特殊負荷提供脈沖電源。Lw1-1表示初始儲能,Lw1-2表示保持儲能,Lw1-3儲能狀態(tài),Lw1-4表示釋能狀態(tài)。Lw1是一種被動模式,隨著船舶電力系統(tǒng)的波動進行調(diào)整,Lw2是一種主動模式,是為滿足一些大功率脈沖用能,配合結(jié)合能量管理系統(tǒng)進行能量的合理調(diào)度。
圖 9 飛輪儲能電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 9 Flywheel energy storage power system structure
通過儲能系統(tǒng)的運行狀態(tài)(見圖10)將其作為電源和負荷進行管理,在儲能狀態(tài)作為負荷管理,在釋能狀態(tài)作為電源管理。特殊情況下的脈沖負荷作為優(yōu)先權(quán)最高的負荷,配合能量管理系統(tǒng)減少其他負荷用能,滿足高功率大脈沖的需求,結(jié)合區(qū)域配電網(wǎng)思想將儲能系統(tǒng)納入?yún)^(qū)域負荷計算,展示船舶的整體負荷特性。
圖 10 儲能系統(tǒng)運行狀態(tài)矩陣Fig. 10 Energy storage system operational status matrix
3.3.1 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)
類比陸地的區(qū)域配電網(wǎng)的思路,運用此方法,對現(xiàn)有陸地配電網(wǎng)的65個1級和2級負荷進行模擬試驗,其中包含1級負荷25個,2級負荷40個,分別進行10次試驗測試,其中1級負荷的故障狀態(tài)下網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)成功率較高,2級負荷的故障重構(gòu)率為80%,2種負荷同時進行故障測試時,重構(gòu)率為70%。隨著故障復(fù)雜程度的增加,開關(guān)動作次數(shù)變多,重構(gòu)效率也會降低,出現(xiàn)不動、誤跳現(xiàn)象,有時候需要人工完成。對于船舶電力系統(tǒng),目前可能會面臨較多的難題,分析原因可能會由于線路結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、電力電子器件諧波引起系統(tǒng)波動性大、電磁兼容性、優(yōu)先級管理、負荷實時計算算法等問題,會出現(xiàn)過流、過壓、開斷信號出現(xiàn)誤差,造成試驗結(jié)果(見表1)的成功率不高,還需在精確度上要做好相關(guān)技術(shù)改進。
表 1 試驗結(jié)果Tab. 1 Test results
3.3.2 區(qū)域能量管理
按照區(qū)域獨立運行,聯(lián)合調(diào)度的思想,船舶電力系統(tǒng)的能量管理仍然需要各個區(qū)域的相互協(xié)調(diào)。設(shè)Pimax為系統(tǒng)i區(qū)能夠提供的最大功率,Pi為i區(qū)域的負載總功率,Pir為i區(qū)的備用容量,它們之間的關(guān)系為:
Pir為負值時,表示該區(qū)域的負荷超載,需要從其他區(qū)域提供更多的能量;Pir為正值時,表示該區(qū)域容量有剩余,可以作為其他區(qū)域的備用容量。
在選擇區(qū)域能量調(diào)度方案時,每個區(qū)域轉(zhuǎn)移進來功率一定是大于轉(zhuǎn)移出去的功率,如果區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)故障,無法有效的轉(zhuǎn)移負載,采取卸載負載的辦法。
儲能系統(tǒng)區(qū)域通過直流母線為船舶電力系統(tǒng)提供故障時間的功率支持,是一個特殊的區(qū)域,在保持狀態(tài)時Pir為正值,是一個定值,在儲能狀態(tài)時Pir為負值,需要從其他區(qū)域吸收能量,是一個動態(tài)值。一般系統(tǒng)出現(xiàn)區(qū)域能量的不均衡時,優(yōu)先考慮各區(qū)域內(nèi)部、區(qū)域之間的調(diào)節(jié),不會考慮儲能系統(tǒng)。能量的不均衡分為2種情況,一種是短時間的波動,另一種是持續(xù)的故障。船舶配網(wǎng)的距離短,系統(tǒng)耦合性強,采用較多的電力電子器件,飛輪儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)短時故障時可以起到平滑波動的作用,使得系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。
如圖11所示為系統(tǒng)故障后對儲能輸出功率進行的仿真試驗,結(jié)合勵磁調(diào)節(jié)作用使得電壓恢復(fù)到正常運行狀態(tài)。圖11(a)試驗通過儲能系統(tǒng)達到某一穩(wěn)定狀態(tài)后,在第15 s對其中某一區(qū)域的功率缺失進行補償,在功率缺失的一瞬間,電壓有下降趨勢,通過儲能加勵磁調(diào)節(jié)作用將電壓恢復(fù)到700 V左右。圖11(b)為增大區(qū)域功率缺失的試驗,同樣取得較好的效果。
圖 11 儲能系統(tǒng)能量調(diào)度仿真結(jié)果Fig. 11 The simulation results of storage system energy scheduling
3.3.3 配電網(wǎng)方式的比較
依據(jù)能量矩陣的方式能夠快速的鎖定故障區(qū)域,減少節(jié)點和支路的遍歷次數(shù),減少故障重構(gòu)解的總次數(shù);結(jié)合鄰接矩陣管理辦法,清晰地展示各區(qū)域開關(guān)、負荷的配電拓撲關(guān)系;基于區(qū)域功率的約束條件,尋找最優(yōu)解。
在系統(tǒng)計算重構(gòu)解的過程中,如果采用區(qū)域跨接重構(gòu)的方式會使得整體解成倍增長,一般不計算整體重構(gòu)的次數(shù),這也是區(qū)域配電網(wǎng)的最大優(yōu)勢。當(dāng)區(qū)域之間的能量缺失過大時,會通過能量矩陣反饋相關(guān)的信息,建立區(qū)域聯(lián)接的重構(gòu)方案,這些都是要通過能量矩陣中Pir的變化來判斷。
如圖12所示為船舶電力系統(tǒng)的一個配電區(qū)域,直流配電網(wǎng)在母線變換側(cè)通過多路DC/DC直流變換模塊降低電壓,在配電區(qū)域通過多路DC/AC逆變模塊進行轉(zhuǎn)換,滿足交流用電負荷的需求。圖中1,2,3,4為常開的聯(lián)絡(luò)開關(guān),在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置有多處這樣的開關(guān),保證重要負荷的穩(wěn)定運行。上層的聯(lián)絡(luò)開關(guān),包括區(qū)域之間的聯(lián)絡(luò)、區(qū)域與電源母線的聯(lián)絡(luò)開關(guān)等也是船舶電力系統(tǒng)靈活拓撲結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分。
圖 12 整流逆變模塊拓撲圖Fig. 12 Rectifier inverter topology
采用2種方式進行對比,方式1為區(qū)域配電網(wǎng),方式2的對象是配電網(wǎng)整體。方式1中的上層聯(lián)絡(luò)開關(guān)為常開開關(guān),方式2中的上層聯(lián)絡(luò)開關(guān)為常閉開關(guān)。試驗結(jié)構(gòu)為重構(gòu)解的次數(shù)和計算時間,如表所示,方式1是通過能量矩陣快速鎖定區(qū)域配電網(wǎng)的重構(gòu)結(jié)果,方式2是全網(wǎng)遍歷后的計算結(jié)果。試驗具有一定的代表性,但方式1也會遇到相對復(fù)雜的情況,需要通過區(qū)域聯(lián)接來進行能量的平衡和故障排除,這種情況會增加重構(gòu)的次數(shù)和計算時間,具體需要結(jié)合實際情況處理。
表 2 配網(wǎng)方式的比較Tab. 2 Comparison of distribution network
隨著船舶電氣化、智能化及其模塊化技術(shù)不斷的發(fā)展,綜合電力系統(tǒng)將成為未來船舶重要特征之一。本文對船舶綜合電力系統(tǒng)的源、網(wǎng)、荷進行了研究分析,目前高功率密度的集成電源、新型結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)研究成果已經(jīng)在很多場合得到應(yīng)用,解決了船舶電站大容量和高可靠性供電的需求,形成船舶綜合電力系統(tǒng)的時機逐漸變得成熟。通過研究船舶環(huán)形配電網(wǎng)結(jié)構(gòu),分析現(xiàn)有的電源、配網(wǎng)、負荷三者的相互關(guān)聯(lián)及其影響,基于區(qū)域配電網(wǎng)的思想提出配電區(qū)域負荷的鄰矩陣管理方法。利用區(qū)域配電網(wǎng)分區(qū)獨立運行的特點分別對負荷進行管理,可以在負荷實時分析、網(wǎng)絡(luò)故障重構(gòu)方面減少總體計算量,提高運行效率。同時文章對船舶電力系統(tǒng)的飛輪儲能系統(tǒng)進行分析,滿足區(qū)域配電網(wǎng)獨立運行的特征,可采用區(qū)域管理的辦法,納入負荷矩陣計算。在試驗驗證部分,通過對網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、能量調(diào)度、區(qū)域配電網(wǎng)優(yōu)勢對比分析,闡述了本文提出方法的優(yōu)勢和仍需完善的內(nèi)容。船舶電力系統(tǒng)是未來發(fā)展趨勢,區(qū)域配電網(wǎng)是現(xiàn)代主流思想,結(jié)合新型電力配網(wǎng)結(jié)構(gòu)下的電力系統(tǒng)保護、冗余技術(shù)、電網(wǎng)安全穩(wěn)定技術(shù)、大功率脈沖技術(shù),輔助綜合電力系統(tǒng)能量管理,是接下來研究的重點方向。
[1]馬偉明. 艦船電氣化與信息化復(fù)合發(fā)展之思考[J]. 海軍工程大學(xué)學(xué)報, 2010, 22(5): 1-4.
[2]閆飛飛, 陳圣東, 劉亞麗. 新型艦船綜合電力系統(tǒng)的運行分析及發(fā)展[J]. 艦船電子工程, 2013, 33(6): 14-15.
[3]KEVIN P, LOGAN. Intelligent diagnostic requirements of future all-electric ship integrated power system[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2007, 43(1): 139-149.
[4]林駿, 張春來. 小型船舶電力推進系統(tǒng)的研究與仿真[D]. 大連:大連海事大學(xué). 2016.
[5]李勇. 艦船電力推進大功率變頻器分析[J]. 中國航海, 2011,34(2): 41-45.
[6]楊飛, 張均東. 海洋工程船電力推進的研究[D]. 大連:大連海事大學(xué). 2014.
[7]程垠鐘, 劉勝. 船舶綜合電力推進系統(tǒng)仿真技術(shù)研究[D]. 哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué). 2014.
[8]徐燃, 王英. 雙饋變頻供電的電力推進系統(tǒng)研究[J]. 船電技術(shù), 2016, 36(1): 53-56.
[9]裴峰. 電力電子技術(shù)在我國潛艇中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景[J]. 船電技術(shù) , 2015, 35(12): 11-14.
[10]尹洋, 夏立, 王黎明. 一種新型的船舶能量管理系統(tǒng)設(shè)計研究[J]. 計算技術(shù)與自動化, 2013, 32(4): 96-99.
[11]GIORGIO S, ANDREA V, ROBERTO M. All electric ship design: from electrical propulsion to integrated electrical and electronic power systems[C]// IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2016.
[12]FD KANELLOS, GJ TSEKOURAS, ND HATZIARGYRIOU.Optimal demand-side management and power generation scheduling in an all-electric ship[C]// IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2014, 5(4): 1166-1175
[13]孫世巖, 王炳. 從綜合電力軍艦到艦載高能武器—關(guān)于未來海軍艦艇作戰(zhàn)模式和裝備發(fā)展的思考[J]. 指揮控制與仿真,2015, 31(3): 30-33.
[14]石林龍, 龔喜文, 郭晨, 等. 綜合電力艦船能量動態(tài)優(yōu)先管理技術(shù)[J]. 中國航海, 2013, 36(3): 19-22.
[15]宋波. 船舶能量管理系統(tǒng)設(shè)計研究[J]. 中國艦船研究, 2011,6(2): 93-97.
[16]紀(jì)鋒, 付立軍, 王公寶, 等. 艦船綜合電力系統(tǒng)飛輪儲能控制器設(shè)計[J]. 中國電機工程學(xué)報, 2015, 35(12): 2952-2959.
[17]邊元均, 郭新華. 船舶電力推進用九相永磁電機的驅(qū)動技術(shù)研究[J]. 泉州: 華僑大學(xué). 2015.
[18]史經(jīng)奎, 卜飛飛, 黃文新, 等. 基于定子雙繞組異步發(fā)電機的交直流混合發(fā)電系統(tǒng)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2016, 31(2): 38-46.
[19]馬偉明. 電力集成技術(shù)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2005, 20(1):16-20.
[20]杜建明, 晉建廠, 冀欣. 基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的艦船電網(wǎng)關(guān)鍵元件辨識方法[J]. 船舶工程, 2016, 38(2): 61-65.
[21]冀路明, 張懷亮. 艦船配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究[J]. 船舶工程, 2009,31(2): 35-38.
[22]冀欣, 張曉鋒. 艦船配電網(wǎng)絡(luò)拓撲表達新方法[J]. 船電技術(shù),2013, 33(8): 36-39.
[23]劉海洋, 劉維亭. 艦船環(huán)形區(qū)域配電系統(tǒng)的研究[D]. 鎮(zhèn)江:江蘇科技大學(xué). 2013.
[24]房慧麗, 楊根科. 梯形艦船電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)模型及算法研究[D]. 上海:上海交通大學(xué). 2015.
[25]QIULI Y, NOEL N S, ANURAG K S. Multi-agent based reconfiguration of AC-DC shipboard distribution power system[C]// Integrated Computer-Aided Engineering 17. 2010:347-357.
[26]張成, 施偉鋒, 胡紅錢. 船舶區(qū)域配電系統(tǒng)全智能體重構(gòu)及其優(yōu)化研究[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2016, 44(4): 9-15.
[27]CUPELLI M, PONCI F, SULLIGOI G, et al. Power flow control and network stability in an all-electric ship[C]//Proceedings of the IEEE. 2015: 2355-2380.
[28]吳雙, 夏立, 張超, 等. 電力推進對船舶直流區(qū)域配電穩(wěn)定性影響[J]. 中國航海, 2012, 35(4): 45-49.
[29]江道灼, 鄭歡. 直流配電網(wǎng)研究現(xiàn)狀及展望[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2012, 31(8): 98-104.
[30]付立軍, 劉魯鋒, 王剛, 等. 我國艦船中壓直流綜合電力系統(tǒng)研究進展[J]. 中國艦船研究, 2016, 11(1): 72-79.
[31]SU Chun-lien, LIN Kun-liang, CHEN Ching-jin. Power flow and generator-converter schemes studies in ship MVDC distribution systems[C]// IEEE Transactions on Industry Applications, 2015, 52(1): 50-59.
Research on regional distribution technology of the ship integrated power system with the new power supply
DENG Ren-ren, YANG Dong-mei, CHEN Yong-hua, LV Hong-shui
(NARI Group Corporation, Nanjing 210000, China)
With the high-end development trend of marine industry technology, integrated power system (IPS) as a clean, efficient and environmentally friendly way in the future developing direction which is being paid more attention to be researched. The ship power, distribution network, energy parts influence each other. The ship energy increase fast, high density and large capacity power supply requirements strictly. Multi-phase power system is the main way to meet the demand of the power supply. By the analysis of the existing distribution network structure, DC regional distribution has the characteristics of structure is suitable and high security. Combined with the regional distribution thought, the paper proposes regional adjacent matrix load management approach witch adopted on multilevel load operating condition, load calculation, energy management and network reconfiguration analyze. We also analyzed the flywheel energy storage system. Compared with the traditional adjacent matrix algorithm, area partition management can reduce the calculation quantity, is a useful auxiliary method for improving energy management efficiency.
integrated power system;power;regional distribution network;adjacent matrix;energy management
TM743
A
1672-7649(2017)11-0111-06
10.3404/j.issn.1672-7649.2017.11.021
2017-03-22
鄧任任(1987-),男,碩士研究生,研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化。