鄧任任，楊冬梅，陳永華，呂宏水

(南京南瑞集團(tuán)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(tuán)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(shì)，綜合電力系統(tǒng)技術(shù)作為未來(lái)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(jì)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(diǎn)。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(fù)荷管理辦法，對(duì)電網(wǎng)多級(jí)負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)、負(fù)荷計(jì)算、能量管理及其網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)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(jì)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

0 引 言

面對(duì)海事環(huán)境污染問(wèn)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(diǎn)。作為船舶重要的組成部分，推進(jìn)部分由機(jī)械式傳動(dòng)逐步向電力系統(tǒng)發(fā)展，船舶的推進(jìn)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(jì)的流程，負(fù)荷、電源、配網(wǎng)是設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)首先考慮的三大部分，通過(guò)計(jì)算負(fù)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(jìn)部分是船舶用能占比最大的負(fù)荷，隨著大功率電力電子器件、電力電子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和變頻調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展，電力推進(jìn)[4-9]技術(shù)逐步提高，成為新型船舶動(dòng)力主要采用的方式。運(yùn)用智能化、信息化技術(shù)，對(duì)船舶的主推進(jìn)和其他用能進(jìn)行綜合管理形成船舶綜合能量管理系統(tǒng)[10-12]?，F(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(dòng)態(tài)優(yōu)先管理[14-15]、飛輪儲(chǔ)能控制[16]等技術(shù)，實(shí)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?fù)浣Y(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(guò)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(fù)荷側(cè)用能，新型配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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(kāi)展研究。區(qū)域直流配電技術(shù)是目前研究的重點(diǎn)，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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在電網(wǎng)故障時(shí)利用結(jié)構(gòu)重構(gòu)的方法維護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定。提出適應(yīng)未來(lái)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(shì)，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(guò)連接市電搭建，進(jìn)行仿真模擬，通過(guò)監(jiān)控裝置、傳感裝置清晰地了解船舶負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)、負(fù)荷等級(jí)、負(fù)荷功率。區(qū)域管理辦法可以減少數(shù)據(jù)的計(jì)算量，有效地輔助船舶能量管理系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)荷管理及配網(wǎng)故障的實(shí)時(shí)處理。

1 配電網(wǎng)電力類型

1.1 集成電源

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(shí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)大功率變頻調(diào)速。

如圖1所示為交直流發(fā)電機(jī)拓展結(jié)構(gòu)，其直流側(cè)可視為多相整流電機(jī)，將交流電機(jī)、12相整流模塊、勵(lì)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(jī)采用5出線，三相交流和兩相直流，功能上能夠同時(shí)滿足交直流負(fù)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(jī)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig. 1 AC and DC generator circuit topology

1.2 區(qū)域配電

環(huán)形配網(wǎng)結(jié)構(gòu)能夠提高電網(wǎng)的安全性，但會(huì)隨著負(fù)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(shì)，并且直流配電能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)的頻率解耦，使得發(fā)電機(jī)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。

2 配電網(wǎng)管理辦法

船舶電網(wǎng)是一個(gè)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(shí)，會(huì)對(duì)其他邊緣的線路和負(fù)荷功能產(chǎn)生影響。對(duì)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(fù)荷在受到故障影響時(shí)的連續(xù)運(yùn)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(duì)電網(wǎng)安全性要求的設(shè)計(jì)，同時(shí)也滿足對(duì)現(xiàn)有負(fù)荷的承載量。

如圖3所示為環(huán)形配電網(wǎng)的電源、負(fù)荷無(wú)向圖結(jié)構(gòu)，對(duì)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(diǎn)i和j的連接關(guān)系，bij=1表示2節(jié)點(diǎn)在電氣連接上存在連接通路，bij=0則表示兩點(diǎn)無(wú)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，分析過(guò)程清晰，數(shù)據(jù)組織簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)。適用于任何復(fù)雜的連接方式，但其缺點(diǎn)是計(jì)算量大，計(jì)算速度比較慢，不適用于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膶?shí)時(shí)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(jì)算量會(huì)更加龐大。

圖 3 環(huán)形配網(wǎng)無(wú)向圖Fig. 3 Ring distribution network undirected graph

圖 4 鄰接矩陣Fig. 4 Adjacency matrix

3 基于區(qū)域鄰接矩陣算法的直流配電網(wǎng)負(fù)荷管理應(yīng)用分析

3.1 區(qū)域負(fù)荷管理

直流區(qū)域配電是未來(lái)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(huì)導(dǎo)致原有能量管理系統(tǒng)的不足之處。配電網(wǎng)的負(fù)荷管理是能量管理的重點(diǎn)內(nèi)容，結(jié)合船舶的工作模式，通過(guò)動(dòng)力配置及電力負(fù)荷計(jì)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(jìn)、配電各部分，實(shí)驗(yàn)時(shí)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(dú)立運(yùn)行的特點(diǎn)，本文在研究配電網(wǎng)負(fù)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(fù)荷，a為負(fù)荷所處的配電區(qū)域，船舶的主要配電區(qū)域不超過(guò)2位數(shù)；b為負(fù)荷等級(jí)，按照負(fù)荷重要性的優(yōu)先等級(jí)劃分為I級(jí)、II級(jí)、III級(jí)等多級(jí)負(fù)荷，I級(jí)負(fù)荷為最高優(yōu)先權(quán)；c為對(duì)應(yīng)負(fù)荷區(qū)域等級(jí)下的負(fù)荷編號(hào)；d為負(fù)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(fù)荷分布矩陣Fig. 7 Regional load distribution matrix

通過(guò)矩陣式的表達(dá)形式將各區(qū)域的電力負(fù)荷清晰的表達(dá)出來(lái)，實(shí)時(shí)了解每個(gè)配電區(qū)域、各級(jí)負(fù)荷的狀態(tài)，在遇到特殊情況或故障狀態(tài)時(shí)，輔助能量管理系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)荷的計(jì)算，實(shí)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(fù)荷的供電，并且減少重構(gòu)開(kāi)關(guān)的操作次數(shù)。

區(qū)域配電將各區(qū)分別進(jìn)行監(jiān)控管理，每個(gè)區(qū)域的負(fù)荷電氣連接狀態(tài)如圖8所示，bijk為i區(qū)域中的負(fù)荷j與負(fù)荷k的電氣連接狀態(tài)，通過(guò)每個(gè)區(qū)域負(fù)荷的縱向矩陣了解此負(fù)荷的連接通路情況，根據(jù)負(fù)荷編號(hào)的編碼原則，按照負(fù)荷的優(yōu)先等級(jí)從小到大依次編號(hào)，每個(gè)負(fù)荷的編號(hào)在系統(tǒng)中已經(jīng)對(duì)應(yīng)其負(fù)荷等級(jí)。

圖 8 區(qū)域負(fù)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(fù)荷及其運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于出現(xiàn)故障工作失效的負(fù)荷能夠及時(shí)反應(yīng)并對(duì)其進(jìn)行維修或者采用備用連接；在電機(jī)故障需要減負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可以通過(guò)負(fù)荷的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行有序調(diào)整，保證重要負(fù)荷的用電；在特殊情況下還可以轉(zhuǎn)移其他負(fù)荷的用能來(lái)保證某些特殊負(fù)荷的持續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)船舶負(fù)荷靈活調(diào)控管理。

3.2 儲(chǔ)能系統(tǒng)管理

電力系統(tǒng)都會(huì)受到動(dòng)態(tài)特性故障、投切負(fù)載、敏感負(fù)荷供電、大功率電力電子器件諧波干擾等影響，對(duì)于用電質(zhì)量要求高或者有大功率脈沖負(fù)荷需求的船舶，會(huì)配置儲(chǔ)能模塊以滿足系統(tǒng)供電需求。

如圖9所示為飛輪儲(chǔ)能電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，儲(chǔ)能系統(tǒng)作為配電網(wǎng)的一種負(fù)荷，和其他配電區(qū)域一樣通過(guò)配網(wǎng)母線連接形成獨(dú)立的運(yùn)行空間。利用區(qū)域配電管理的思想，將儲(chǔ)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(dòng)的作用，可以提供重要負(fù)載不間斷供電并對(duì)大功率脈沖負(fù)載引起的電壓波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償；另一種是大功率脈沖模式w2，為某些特殊負(fù)荷提供脈沖電源。Lw1-1表示初始儲(chǔ)能，Lw1-2表示保持儲(chǔ)能，Lw1-3儲(chǔ)能狀態(tài)，Lw1-4表示釋能狀態(tài)。Lw1是一種被動(dòng)模式，隨著船舶電力系統(tǒng)的波動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，Lw2是一種主動(dòng)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(jìn)行能量的合理調(diào)度。

圖 9 飛輪儲(chǔ)能電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 9 Flywheel energy storage power system structure

通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)（見(jiàn)圖10）將其作為電源和負(fù)荷進(jìn)行管理，在儲(chǔ)能狀態(tài)作為負(fù)荷管理，在釋能狀態(tài)作為電源管理。特殊情況下的脈沖負(fù)荷作為優(yōu)先權(quán)最高的負(fù)荷，配合能量管理系統(tǒng)減少其他負(fù)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(chǔ)能系統(tǒng)納入?yún)^(qū)域負(fù)荷計(jì)算，展示船舶的整體負(fù)荷特性。

圖 10 儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)矩陣Fig. 10 Energy storage system operational status matrix

3.3 試驗(yàn)預(yù)期結(jié)果分析

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(yùn)用此方法，對(duì)現(xiàn)有陸地配電網(wǎng)的65個(gè)1級(jí)和2級(jí)負(fù)荷進(jìn)行模擬試驗(yàn)，其中包含1級(jí)負(fù)荷25個(gè)，2級(jí)負(fù)荷40個(gè)，分別進(jìn)行10次試驗(yàn)測(cè)試，其中1級(jí)負(fù)荷的故障狀態(tài)下網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)成功率較高，2級(jí)負(fù)荷的故障重構(gòu)率為80%，2種負(fù)荷同時(shí)進(jìn)行故障測(cè)試時(shí)，重構(gòu)率為70%。隨著故障復(fù)雜程度的增加，開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)變多，重構(gòu)效率也會(huì)降低，出現(xiàn)不動(dòng)、誤跳現(xiàn)象，有時(shí)候需要人工完成。對(duì)于船舶電力系統(tǒng)，目前可能會(huì)面臨較多的難題，分析原因可能會(huì)由于線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、電力電子器件諧波引起系統(tǒng)波動(dòng)性大、電磁兼容性、優(yōu)先級(jí)管理、負(fù)荷實(shí)時(shí)計(jì)算算法等問(wèn)題，會(huì)出現(xiàn)過(guò)流、過(guò)壓、開(kāi)斷信號(hào)出現(xiàn)誤差，造成試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)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(jìn)。

表 1 試驗(yàn)結(jié)果Tab. 1 Test results

3.3.2 區(qū)域能量管理

按照區(qū)域獨(dú)立運(yùn)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(gè)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(fù)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(fù)值時(shí)，表示該區(qū)域的負(fù)荷超載，需要從其他區(qū)域提供更多的能量；Pir為正值時(shí)，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(shí)，每個(gè)區(qū)域轉(zhuǎn)移進(jìn)來(lái)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(wú)法有效的轉(zhuǎn)移負(fù)載，采取卸載負(fù)載的辦法。

儲(chǔ)能系統(tǒng)區(qū)域通過(guò)直流母線為船舶電力系統(tǒng)提供故障時(shí)間的功率支持，是一個(gè)特殊的區(qū)域，在保持狀態(tài)時(shí)Pir為正值，是一個(gè)定值，在儲(chǔ)能狀態(tài)時(shí)Pir為負(fù)值，需要從其他區(qū)域吸收能量，是一個(gè)動(dòng)態(tài)值。一般系統(tǒng)出現(xiàn)區(qū)域能量的不均衡時(shí)，優(yōu)先考慮各區(qū)域內(nèi)部、區(qū)域之間的調(diào)節(jié)，不會(huì)考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)。能量的不均衡分為2種情況，一種是短時(shí)間的波動(dòng)，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(qiáng)，采用較多的電力電子器件，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)短時(shí)故障時(shí)可以起到平滑波動(dòng)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(duì)儲(chǔ)能輸出功率進(jìn)行的仿真試驗(yàn)，結(jié)合勵(lì)磁調(diào)節(jié)作用使得電壓恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。圖11（a）試驗(yàn)通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)達(dá)到某一穩(wěn)定狀態(tài)后，在第15 s對(duì)其中某一區(qū)域的功率缺失進(jìn)行補(bǔ)償，在功率缺失的一瞬間，電壓有下降趨勢(shì)，通過(guò)儲(chǔ)能加勵(lì)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(yàn)，同樣取得較好的效果。

圖 11 儲(chǔ)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(diǎn)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(kāi)關(guān)、負(fù)荷的配電拓?fù)潢P(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(jì)算重構(gòu)解的過(guò)程中，如果采用區(qū)域跨接重構(gòu)的方式會(huì)使得整體解成倍增長(zhǎng)，一般不計(jì)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(shì)。當(dāng)區(qū)域之間的能量缺失過(guò)大時(shí)，會(huì)通過(guò)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(guò)能量矩陣中Pir的變化來(lái)判斷。

如圖12所示為船舶電力系統(tǒng)的一個(gè)配電區(qū)域，直流配電網(wǎng)在母線變換側(cè)通過(guò)多路DC/DC直流變換模塊降低電壓，在配電區(qū)域通過(guò)多路DC/AC逆變模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，滿足交流用電負(fù)荷的需求。圖中1，2，3，4為常開(kāi)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置有多處這樣的開(kāi)關(guān)，保證重要負(fù)荷的穩(wěn)定運(yùn)行。上層的聯(lián)絡(luò)開(kāi)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(kāi)關(guān)等也是船舶電力系統(tǒng)靈活拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分。

圖 12 整流逆變模塊拓?fù)鋱DFig. 12 Rectifier inverter topology

采用2種方式進(jìn)行對(duì)比，方式1為區(qū)域配電網(wǎng)，方式2的對(duì)象是配電網(wǎng)整體。方式1中的上層聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)為常開(kāi)開(kāi)關(guān)，方式2中的上層聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)為常閉開(kāi)關(guān)。試驗(yàn)結(jié)構(gòu)為重構(gòu)解的次數(shù)和計(jì)算時(shí)間，如表所示，方式1是通過(guò)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(jì)算結(jié)果。試驗(yàn)具有一定的代表性，但方式1也會(huì)遇到相對(duì)復(fù)雜的情況，需要通過(guò)區(qū)域聯(lián)接來(lái)進(jìn)行能量的平衡和故障排除，這種情況會(huì)增加重構(gòu)的次數(shù)和計(jì)算時(shí)間，具體需要結(jié)合實(shí)際情況處理。

表 2 配網(wǎng)方式的比較Tab. 2 Comparison of distribution network

4 結(jié) 語(yǔ)

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(lái)船舶重要特征之一。本文對(duì)船舶綜合電力系統(tǒng)的源、網(wǎng)、荷進(jìn)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(chǎng)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(shí)機(jī)逐漸變得成熟。通過(guò)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(fù)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(fù)荷的鄰矩陣管理方法。利用區(qū)域配電網(wǎng)分區(qū)獨(dú)立運(yùn)行的特點(diǎn)分別對(duì)負(fù)荷進(jìn)行管理，可以在負(fù)荷實(shí)時(shí)分析、網(wǎng)絡(luò)故障重構(gòu)方面減少總體計(jì)算量，提高運(yùn)行效率。同時(shí)文章對(duì)船舶電力系統(tǒng)的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行分析，滿足區(qū)域配電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行的特征，可采用區(qū)域管理的辦法，納入負(fù)荷矩陣計(jì)算。在試驗(yàn)驗(yàn)證部分，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、能量調(diào)度、區(qū)域配電網(wǎng)優(yōu)勢(shì)對(duì)比分析，闡述了本文提出方法的優(yōu)勢(shì)和仍需完善的內(nèi)容。船舶電力系統(tǒng)是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，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(hù)、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(lái)研究的重點(diǎn)方向。

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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?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化。