我国一代半舰船综合电力系统,为何能独步全球?

在早些年,笔者参加了我国某舰船电力推进系统配套单位的技术交流会,这是笔者第一次实际接触我国舰船电力推进技术的发展水平,技术特点,以及未来方向。在会上,他们的技术总负责人的一句话让笔者记忆深刻,他说,我国舰船电力推进系统,经过追赶,已接近西方国家先进水平。弹指一挥间,现在我们的电力推进系统实际已经追上,甚至局部超越了西方国家先进水平,这得益于我国在舰船中压直流综合电力系统关键技术上取得了突破。

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西方具有代表性的电推舰

舰船综合电力系统技术特征概述

舰船综合电力系统由发电、输配电、变配电、推进、储能、能量管理6个分系统组成。舰船综合电力系统的6个分系统均有多种技术方案,不同方案的技术性能存在较大差异。按照各分系统的标志性技术特征,可将舰船综合电力系统划分为一代舰船综合电力系统和二代舰船综合电力系统。

舰船综合电力系统的组成框图

一代舰船综合电力系统

一代舰船综合电力系统,泛指世界各国目前正在广泛应用的船综合电力系统。具有代表性的如美国的DDG1000,英国的“伊丽莎白女王”级航母等所采用的综合电力系统。该系统的技术特征为:发电分系统采用中压交流工频同步发电机组;输配电分系统采用中压交流工频配电网络;变配电分系统采用中压交流工频变压器或中压交流供电的直流区域配电装置;推进分系统采用先进感应电动机及其配套的基于IGBT/IGCT电力电子功率器件的推进变频器;无储能分系统;能量管理分系统采用基本型能量管理系统,以实现全系统的监控和基本的能量调度功能。

美国的AESD电力试验舰

二代舰船综合电力系统

二代舰船综合电力系统,则是随着电工材料、电力电子器件、控制技术和计算机技术的飞速发展,各国开始研制的新型舰船综合电力系统。该系统的技术特征为:发电分系统采用高速集成中压整流发电机组;输配电分系统采用中压直流配电网络;变配电系统采用中压直流供电的直流区域配电装置;推进分系统中推进变频器,采用基于组件高度集成的推进变频器或基于宽带隙半导体材料功率器件——碳化硅的推进变频器,推进电机采用永磁或高温超导电机;储能分系统采用超级电容器储能、集成式惯性储能或复合储能;能量管理分系统采用智能化的能量管理系统,以实现全系统数字化控制和智能化管理功能。

相较于中压交流系统
和高频交流系统,中压直流系统所具有的优势:

一是,消除了原动机转速和母线频率之间的相互影响。原动机可以和发电机直接连接,无需使用减速齿轮或增速齿轮,发电机的转速可以突破3000r/min 的限制,更容易匹配高转速的燃气轮机,提高了系统的效率和功率密度,降低了设备的噪声振动水平。


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