付立軍,劉魯鋒,王剛,馬凡,葉志浩,紀(jì)鋒,劉路輝
海軍工程大學(xué)船舶綜合電力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢430033
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我國艦船中壓直流綜合電力系統(tǒng)研究進(jìn)展
付立軍,劉魯鋒,王剛,馬凡,葉志浩,紀(jì)鋒,劉路輝
海軍工程大學(xué)船舶綜合電力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢430033
摘要:艦船綜合電力系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全艦?zāi)芰康木C合利用,被譽(yù)為是艦船動(dòng)力的第三次革命。介紹了一代和二代艦船綜合電力系統(tǒng)的技術(shù)特征。結(jié)合我國綜合電力系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀,介紹我國一代半艦船中壓直流綜合電力系統(tǒng)的研究進(jìn)展,分析了系統(tǒng)層面存在的難點(diǎn),主要包括:系統(tǒng)建模和電磁暫態(tài)仿真、氣輪機(jī)發(fā)電機(jī)組和柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和分層保護(hù)等,并給出了解決的方法,指出中壓直流綜合電力系統(tǒng)需要在中壓直流斷路器、系統(tǒng)儲(chǔ)能、系統(tǒng)安全運(yùn)行和多時(shí)間、多目標(biāo)能量調(diào)控方面進(jìn)一步開展研究。
關(guān)鍵詞:綜合電力系統(tǒng);中壓直流;能量調(diào)控
艦船綜合電力系統(tǒng)將傳統(tǒng)艦船中相互獨(dú)立的動(dòng)力和電力兩大系統(tǒng)合二為一,以電能的形式統(tǒng)一為推進(jìn)負(fù)載、脈沖負(fù)載、通信、導(dǎo)航和日用設(shè)備等供電,實(shí)現(xiàn)了全艦?zāi)茉吹木C合利用。采用綜合電力系統(tǒng),不僅可以為艦船負(fù)載提供電源平臺(tái),而且能簡化艦船動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高艦船系統(tǒng)效率、降低艦船噪聲能級、減少艦船全壽命周期費(fèi)用,符合艦船信息化和智能化的發(fā)展趨勢,代表著艦船動(dòng)力系統(tǒng)未來的發(fā)展方向[1-3],被譽(yù)為艦船動(dòng)力從人力、風(fēng)力到蒸汽動(dòng)力再到核動(dòng)力之后的第三次革命。
美、英等世界海軍強(qiáng)國自上世紀(jì)80年代開始進(jìn)行綜合電力系統(tǒng)的理論探索與關(guān)鍵技術(shù)研究。美國海軍建立了艦船綜合電力系統(tǒng)陸基試驗(yàn)站,于2001年完成了全尺寸綜合電力系統(tǒng)陸上演示驗(yàn)證試驗(yàn)[4-5]。英、法兩國于2003年建立了電力戰(zhàn)艦技術(shù)演示驗(yàn)證試驗(yàn)場,與45型驅(qū)逐艦的研制緊密結(jié)合。2009年7月,英國45型驅(qū)逐艦服役,成為世界上首艘采用綜合電力系統(tǒng)的水面主戰(zhàn)艦船[6]。2013年10月,美國DDG 1000驅(qū)逐艦下水。這些艦艇的下水與服役表明美國和英國等世界海軍強(qiáng)國已經(jīng)在主戰(zhàn)艦船上實(shí)現(xiàn)了交流綜合電力系統(tǒng)的工程化應(yīng)用[6-7]。
我國艦船綜合電力系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)相對薄弱,與國外相比,在工程化應(yīng)用方面還有較大差距。目前我國在綜合電力技術(shù)方面領(lǐng)先的是海軍工程大學(xué)艦船綜合電力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(以下簡稱“實(shí)驗(yàn)室”),該實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)科研院所開展綜合電力關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),完成了我國一代半艦船中壓直流綜合電力技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn),取得了突破,為艦船綜合電力系統(tǒng)的工程化應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。
本文將介紹一代和二代艦船綜合電力系統(tǒng)的技術(shù)特征,并結(jié)合我國綜合電力系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀,介紹我國一代半艦船中壓直流綜合電力系統(tǒng)的研究進(jìn)展,分析系統(tǒng)層面存在的難點(diǎn)和解決方法,給出需要進(jìn)一步開展的研究工作。
艦船綜合電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸配電、變配電、推進(jìn)、儲(chǔ)能、能量管理6個(gè)分系統(tǒng)組成(圖1)。發(fā)電分系統(tǒng)由原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組成,用于將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。輸配電分系統(tǒng)由電纜、母線、斷路器和保護(hù)裝置組成,將電能傳送到用電設(shè)備,且具有自動(dòng)識(shí)別和隔離系統(tǒng)故障的功能。變配電分系統(tǒng)根據(jù)用電設(shè)備的電能需求實(shí)現(xiàn)電制、電壓和頻率的變換,給日用設(shè)備、脈沖負(fù)載和通信導(dǎo)航設(shè)備供電。推進(jìn)分系統(tǒng)由推進(jìn)變頻器和推進(jìn)電機(jī)組成,推進(jìn)變頻器為推進(jìn)電機(jī)輸入電能并控制其轉(zhuǎn)速,推動(dòng)艦船航行。儲(chǔ)能分系統(tǒng)用于系統(tǒng)電能的存儲(chǔ)和釋放,根據(jù)脈沖負(fù)載的需求為其供電,支撐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。能量管理分系統(tǒng)用于系統(tǒng)的監(jiān)測、控制和能量的管理,以實(shí)現(xiàn)信息流精確控制系統(tǒng)的能量流[2-3]。
艦船綜合電力系統(tǒng)的6個(gè)分系統(tǒng)均有多種技術(shù)方案,不同方案的技術(shù)性能存在較大差異。按照各分系統(tǒng)的標(biāo)志性技術(shù)特征,可將艦船綜合電力系統(tǒng)劃分為一代艦船綜合電力系統(tǒng)和二代艦船綜合電力系統(tǒng)[2-3]。
世界各國目前正在開展的廣泛工程應(yīng)用的艦船綜合電力系統(tǒng)可以看作一代艦船綜合電力系統(tǒng),適合于噸位較大的艦船。該系統(tǒng)的技術(shù)特征為:發(fā)電分系統(tǒng)采用中壓交流工頻同步發(fā)電機(jī)組;輸配電分系統(tǒng)采用中壓交流工頻配電網(wǎng)絡(luò);變配電分系統(tǒng)采用中壓交流工頻變壓器或中壓交流供電的直流區(qū)域配電裝置;推進(jìn)分系統(tǒng)采用先進(jìn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及其配套的基于IGBT/IGCT電力電子功率器件的推進(jìn)變頻器;無儲(chǔ)能分系統(tǒng);能量管理分系統(tǒng)采用基本型能量管理系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的監(jiān)控和基本的能量調(diào)度功能。
隨著電工材料、電力電子器件、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,世界各國正在積極開展二代艦船綜合電力系統(tǒng)的研究,以進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能、降低系統(tǒng)的體積和重量。二代艦船綜合電力系統(tǒng)不僅適合于大型艦船,而且可覆蓋3 000 t級以下全系列艦船。該系統(tǒng)的技術(shù)特征為:發(fā)電分系統(tǒng)采用高速集成中壓整流發(fā)電機(jī)組;輸配電分系統(tǒng)采用中壓直流配電網(wǎng)絡(luò);變配電系統(tǒng)采用中壓直流供電的直流區(qū)域配電裝置;推進(jìn)分系統(tǒng)中推進(jìn)變頻器,采用基于組件高度集成的推進(jìn)變頻器或基于寬帶隙半導(dǎo)體材料功率器件——碳化硅的推進(jìn)變頻器,推進(jìn)電機(jī)采用永磁或高溫超導(dǎo)電機(jī);儲(chǔ)能分系統(tǒng)采用超級電容器儲(chǔ)能、集成式慣性儲(chǔ)能或復(fù)合儲(chǔ)能;能量管理分系統(tǒng)采用智能化能量管理系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)數(shù)字化控制和智能化管理功能[2-3]。
美國海軍在其下一代綜合電力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展路線圖中提出了綜合電力系統(tǒng)的3種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系:中壓交流電網(wǎng)、高頻交流電網(wǎng)和中壓直流電網(wǎng)。在不需要高功率密度的情況下,艦船設(shè)計(jì)可以采用中壓交流電網(wǎng)結(jié)構(gòu),其輸配電網(wǎng)絡(luò)采用3相60 Hz的中壓工頻交流電,電壓可以選擇3種標(biāo)準(zhǔn)電壓:4.16,6.9或13.8 kV。高頻交流電網(wǎng)具有較高的功率密度,其輸配電網(wǎng)絡(luò)電壓頻率為60~400 Hz之間的1個(gè)固定頻率,電壓可以采用4.16或13.8 kV。中壓直流電網(wǎng)具有更高的功率密度,其輸配電網(wǎng)絡(luò)直流電壓可以采用±3 000~±10 000 V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電壓[7]。
中壓交流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的技術(shù)成熟度最高,技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小。由于變壓器鐵芯的橫截面積與工作頻率約成反比,采用高頻交流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以減小變壓器和濾波器的體積、提高系統(tǒng)的功率密度,但存在發(fā)電機(jī)組并聯(lián)困難,系統(tǒng)線路壓降大等缺點(diǎn)。與中壓交流系統(tǒng)和高頻交流系統(tǒng)相比,中壓直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有下列優(yōu)勢[7]:
1)消除了原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和母線頻率之間的相互影響。原動(dòng)機(jī)可以和發(fā)電機(jī)直接連接,無需使用減速齒輪或增速齒輪,發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以突破3 000 r/min的限制,提高了系統(tǒng)的效率和功率密度,降低了設(shè)備的噪聲振動(dòng)水平;
2)取消了大容量的推進(jìn)變壓器和配電變壓器,其功率變換設(shè)備能在更高的頻率下運(yùn)行,減少了變換設(shè)備的變壓器體積和重量;
3)沒有電流的集膚效應(yīng),也不用傳輸無功功率,因而減輕了電纜的重量;
4)對原動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能要求低,調(diào)速性能、容量、頻率差異大的不同類型發(fā)電機(jī)組可以并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行。
艦船綜合電力系統(tǒng)采用中壓直流供電,也面臨了一些挑戰(zhàn),主要有:
1)直流系統(tǒng)短路電流不存在自然過零點(diǎn),斷路器分?jǐn)嗬щy。中壓直流斷路器的性能指標(biāo)有待進(jìn)一步提高[8-9];
2)中壓直流供電系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性問題突出。推進(jìn)負(fù)載具有負(fù)增量阻抗特性,容易引起系統(tǒng)的電壓失穩(wěn)[10-11]。電力電子變流設(shè)備級聯(lián)時(shí),如果輸入輸出阻抗不匹配,會(huì)引起系統(tǒng)失穩(wěn)或者系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能變差[12-13]。
中壓直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的技術(shù)特征與中壓交流和高頻交流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)差別較大,技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)也較大。中壓交流和高頻交流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)都屬于一代艦船綜合電力系統(tǒng)。中壓直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是二代艦船綜合電力系統(tǒng)的典型特征,具有更高的功率密度和運(yùn)行靈活性,代表著艦船綜合電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。
我國艦船原動(dòng)機(jī)性能落后國外,尤其是大檔燃?xì)廨啓C(jī)可選機(jī)型少、調(diào)速性能落后于國外。如果跟蹤模仿發(fā)達(dá)國家中壓交流綜合電力技術(shù)路線,將使得不同類型原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)組因功率等級和調(diào)速性能差異大而難以并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行,嚴(yán)重制約了我國綜合電力系統(tǒng)的發(fā)展。為此,海軍工程大學(xué)艦船綜合電力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于2003年在世界上首先提出中壓直流綜合電力技術(shù)路線,采用二代綜合電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),為一代綜合電力系統(tǒng)分系統(tǒng)設(shè)備供電,構(gòu)成一代半艦船綜合電力系統(tǒng),開展了艦船綜合電力技術(shù)基礎(chǔ)研究與關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。在設(shè)備層面,研制了高功率密度燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電模塊和柴油機(jī)發(fā)電模塊、中壓直流輸電模塊、高轉(zhuǎn)矩密度推進(jìn)模塊、直流區(qū)域配電模塊;在系統(tǒng)層面,先后攻克了一代半艦船綜合電力系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)理論、系統(tǒng)模型與仿真、并聯(lián)機(jī)組功率均分、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與控制、系統(tǒng)分層協(xié)調(diào)保護(hù)、系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)以及高功率瓶頸技術(shù),完成了一代半中壓直流綜合電力系統(tǒng)集成和性能試驗(yàn)。下面從系統(tǒng)層面介紹一代半艦船中壓直流綜合電力系統(tǒng)的主要難點(diǎn)和解決方法。
2.1系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)
為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性,適應(yīng)艦船各種不同航行工況的需求,發(fā)電系統(tǒng)的單元電站一般由大容量發(fā)電機(jī)組和小容量發(fā)電機(jī)組構(gòu)成。大容量發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)一般為燃?xì)廨啓C(jī)或汽輪機(jī),小容量發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)一般為燃?xì)廨啓C(jī)或柴油機(jī)。大容量發(fā)電機(jī)組和小容量發(fā)電機(jī)組的工作頻率可能不同,而且其原動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能差異極大,尤其是突加、突卸負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)間相差一個(gè)量級以上。傳統(tǒng)交流發(fā)電機(jī)組不僅無法實(shí)現(xiàn)不同頻率發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行,而且調(diào)速特性差異太大,將導(dǎo)致不同容量發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)功率分配嚴(yán)重不均,系統(tǒng)無法穩(wěn)定地并聯(lián)運(yùn)行。
采用中壓直流網(wǎng)絡(luò)將整流發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行,利用整流發(fā)電機(jī)不受系統(tǒng)頻率限制的特點(diǎn),將高速原動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)直接相連。交流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中,原動(dòng)機(jī)調(diào)速器調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的有功功率。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓和無功功率。直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中,并聯(lián)的整流發(fā)電機(jī)輸出直流電壓越高,其輸出功率越大。雖然穩(wěn)態(tài)時(shí)發(fā)電機(jī)的有功功率由調(diào)速器決定,但是發(fā)電機(jī)功率的動(dòng)態(tài)響應(yīng)由發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)決定。這在很大程度上弱化了對于原動(dòng)機(jī)調(diào)速性能的要求。利用直流電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制和原動(dòng)機(jī)調(diào)速控制共同承擔(dān)系統(tǒng)有功功率調(diào)節(jié)任務(wù)的特點(diǎn),通過快速精確的勵(lì)磁控制來彌補(bǔ)原動(dòng)機(jī)調(diào)速特性差的不足,從而系統(tǒng)地解決了功率等級以及調(diào)速特性差異極大的不同類型發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的問題。
2.2系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模與電磁暫態(tài)仿真
1)燃?xì)廨啓C(jī)作為發(fā)電用原動(dòng)機(jī),其傳統(tǒng)的熱力學(xué)模型側(cè)重于分析設(shè)備內(nèi)部的物理特性,用于綜合電力系統(tǒng)機(jī)電性能耦合分析時(shí),存在模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、階次高、溫度、壓力、機(jī)械、電氣等多物理量緊耦合、計(jì)算效率低、準(zhǔn)確性不高等問題。
2)傳統(tǒng)十二相整流發(fā)電機(jī)主要工作在直流側(cè)電流連續(xù)模式,已有模型只能反映該模式下發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性,而中壓直流綜合電力系統(tǒng)中,該型發(fā)電機(jī)存在直流側(cè)電流斷續(xù)、連續(xù)工作模式及兩者切換的暫態(tài)過程,已有模型無法適用。大量復(fù)雜拓?fù)潆娏﹄娮友b置和多套多相電機(jī)使得中壓直流綜合電力系統(tǒng)的建模與電磁暫態(tài)仿真十分困難,存在系統(tǒng)模型階次高、非線性強(qiáng),電磁暫態(tài)計(jì)算收斂性差等問題。
為此,實(shí)驗(yàn)室開展了如下研究:
1)在考慮容積慣性、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作慣性,以及燃油流量限制、燃油流量增量限制等控制環(huán)節(jié)的前提下,構(gòu)建了燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)—渦輪系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、調(diào)速器等組成部件的簡化數(shù)學(xué)模型,提出了燃?xì)廨啓C(jī)的簡化數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)及其參數(shù)辨識(shí)方法。在商業(yè)仿真軟件PSCAD/EMTDC中建立了該燃?xì)廨啓C(jī)的仿真模型,試驗(yàn)表明,該模型可準(zhǔn)確描述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的動(dòng)、靜態(tài)電氣性能。
2)將十二相交流發(fā)電機(jī)等效為4個(gè)三相交流發(fā)電機(jī),將二十四脈波不控整流器等效為由4個(gè)理想電源供電的六脈波不控整流器,建立了計(jì)及勵(lì)磁系統(tǒng)和二十四脈波不控整流器動(dòng)態(tài)特性的十二相整流發(fā)電機(jī)全工況范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,以及計(jì)及線路電阻的十二相整流發(fā)電機(jī)直流側(cè)短路時(shí)的解析模型。時(shí)域仿真和物理試驗(yàn)證明,該模型可準(zhǔn)確描述十二相整流發(fā)電機(jī)直流側(cè)電流連續(xù)、斷續(xù)和短路工作模式[14-16]。
2.3燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和柴油發(fā)電機(jī)組的并聯(lián)
為了經(jīng)濟(jì)有效地確保巷道穩(wěn)定,建議各礦根據(jù)自己的巖體條件及地壓,對巷道穩(wěn)定性實(shí)施分類。各礦山的Ⅲ~Ⅴ類巖體,可以參照如下描述分4類,即:巖性較好、地壓不大的巷道不支護(hù);巖性稍差或可能因開采而出現(xiàn)微弱拉應(yīng)力區(qū),但最大拉應(yīng)力不會(huì)超過巖體單軸抗拉強(qiáng)度的20%,且基本不太產(chǎn)生開裂的巷道,素噴5~8 cm混凝土支護(hù);巖性較差或因開采地壓而只出現(xiàn)分布不密集裂紋的巷道,錨桿條網(wǎng)噴漿支護(hù);會(huì)普遍產(chǎn)生較大的受拉區(qū),且最大拉應(yīng)力超過巖體單軸抗拉強(qiáng)度的20%,或密集分布的裂紋將巖體切割成小塊的巷道,應(yīng)錨桿方網(wǎng)噴漿支護(hù)。
燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和柴油發(fā)電機(jī)組不僅工作頻率不同,而且調(diào)速性能差異極大,尤其是突加突卸負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)間相差一個(gè)量級以上。傳統(tǒng)交流發(fā)電機(jī)組不僅無法實(shí)現(xiàn)不同頻率發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行,而且調(diào)速特性差異太大容易導(dǎo)致不同容量發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)功率分配不均,甚至無法穩(wěn)定地并聯(lián)運(yùn)行。針對上述問題,實(shí)驗(yàn)室開展了如下研究:
1)綜合分析燃?xì)廨啓C(jī)、柴油機(jī)的調(diào)速特性和發(fā)電機(jī)的調(diào)壓能力,提出了采用中壓交流整流型發(fā)電技術(shù)方案,有效克服了傳統(tǒng)交流發(fā)電機(jī)組并聯(lián)需要電壓的頻率、相位和幅值相同的苛刻條件,使得發(fā)電機(jī)組并聯(lián)時(shí)間由傳統(tǒng)交流系統(tǒng)的數(shù)十秒縮短至百毫秒級。
2)在電壓下垂和雙閉環(huán)反饋控制的交流整流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制策略的基礎(chǔ)上,提出了采用柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組電流負(fù)前饋的勵(lì)磁控制方法。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,該控制方法改善了燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的暫態(tài)功率均分度,降低了雙機(jī)并聯(lián)突加負(fù)載時(shí)柴油發(fā)電機(jī)輸出電流的超調(diào)量,以加載后電流超調(diào)最大值與穩(wěn)態(tài)電流值之比作為超調(diào)量的評價(jià)指標(biāo),引入該負(fù)前饋控制后,超調(diào)量顯著下降。
2.4系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與控制
推進(jìn)負(fù)載的恒功率特性是綜合電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要影響因素。國外普遍采用推進(jìn)變頻器增加輔助控制環(huán)節(jié)來增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼,避免發(fā)電機(jī)帶推進(jìn)負(fù)載時(shí)振蕩失穩(wěn)的問題。但該方法存在推進(jìn)變頻器控制復(fù)雜、控制特性易受影響等缺點(diǎn)。電力電子裝置級聯(lián)時(shí)阻抗不匹配是影響綜合電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的另一個(gè)重要因素。直流區(qū)域變配電分系統(tǒng)存在大量復(fù)雜拓?fù)潆娏﹄娮友b置和多級電力電子裝置的級聯(lián)問題,輸入輸出阻抗特性的準(zhǔn)確計(jì)算是該分系統(tǒng)穩(wěn)定性評估的關(guān)鍵。針對這些問題,實(shí)驗(yàn)室開展了如下研究:
1)采用時(shí)域仿真和基于狀態(tài)方程的特征值分析方法,計(jì)算中壓直流綜合電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,通過合理設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)、推進(jìn)變頻器等參數(shù),解決了交流整流發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)帶恒功率負(fù)載時(shí)的穩(wěn)定性問題[17-19]。
2)利用直流區(qū)域變配電分系統(tǒng)的狀態(tài)空間平均數(shù)學(xué)模型,采用輸入輸出阻抗比奈奎斯特曲線的相角裕度和幅值裕度,評估了該分系統(tǒng)的穩(wěn)定性,計(jì)算得出該分系統(tǒng)在全工況范圍內(nèi)均能保證穩(wěn)定運(yùn)行。
2.5系統(tǒng)分層協(xié)調(diào)保護(hù)
中壓直流綜合電力系統(tǒng)可劃分為3個(gè)層次網(wǎng)絡(luò),即中壓直流輸電網(wǎng)、直流區(qū)域變配電網(wǎng)和日用負(fù)載配電網(wǎng)。為減少系統(tǒng)不同層次網(wǎng)絡(luò)短路故障的影響范圍、提高負(fù)載的供電連續(xù)性,3個(gè)層次網(wǎng)絡(luò)之間的保護(hù)配置應(yīng)相互匹配。為此,實(shí)驗(yàn)室分析了3個(gè)層次網(wǎng)絡(luò)的短路故障特性,研究了短路故障的快速提取方法,提出了中壓直流綜合電力系統(tǒng)分層協(xié)調(diào)保護(hù)策略,給出了3個(gè)層次網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部和網(wǎng)絡(luò)之間保護(hù)匹配性技術(shù)要求及其具體的實(shí)現(xiàn)方法。進(jìn)行3個(gè)層次網(wǎng)絡(luò)的短路故障試驗(yàn),結(jié)果表明,所提出的保護(hù)策略可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不同層次網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部和網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)調(diào)保護(hù)[20-21]。
2.6系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)與電纜布置
艦船綜合電力系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)除需解決上述主電路方面的理論計(jì)算和分析外,還需研究各設(shè)備之間的電氣與信息接口形式,以標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化為設(shè)計(jì)原則,以提高系統(tǒng)能量和信息傳輸效能為目的,對綜合電力系統(tǒng)各組成設(shè)備之間的接口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為此,實(shí)驗(yàn)室分析了中壓電纜電磁屏蔽效能和周圍產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)磁場,提出了中壓直流電纜設(shè)計(jì)和敷設(shè)方法,以提高電纜的電磁屏蔽效能和降低電纜周圍的動(dòng)態(tài)磁場。提出了信息網(wǎng)絡(luò)+現(xiàn)場總線+點(diǎn)對點(diǎn)硬線連接的信息接口設(shè)計(jì)原則,提高了數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性。
2.7系統(tǒng)的試驗(yàn)研究
實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)并構(gòu)建了燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián),且給推進(jìn)分系統(tǒng)和直流區(qū)域配電分系統(tǒng)供電的最小中壓直流綜合電力系統(tǒng),完成了設(shè)備和分系統(tǒng)的性能試驗(yàn),完成了系統(tǒng)額定效率、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電能品質(zhì)、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能、推進(jìn)功率限制、系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行、系統(tǒng)故障保護(hù)、能量管理、系統(tǒng)電磁兼容、振動(dòng)噪聲、動(dòng)態(tài)磁場、超導(dǎo)限流等試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)要求。
隨著艦船功能需求和綜合電力技術(shù)的不斷發(fā)展,系統(tǒng)的容量越來越大,可達(dá)數(shù)百兆瓦,這給中壓直流斷路器帶來了巨大的挑戰(zhàn)。同時(shí)脈沖負(fù)載將裝備艦船,脈沖負(fù)載因功率超大、時(shí)間極短、容量可達(dá)吉瓦級、負(fù)載容量大于發(fā)電容量,系統(tǒng)基本處于短時(shí)重復(fù)非周期暫態(tài)極限運(yùn)行狀態(tài),其能量密度、功率密度和對于系統(tǒng)的沖擊都極其巨大,因此需要給該類型負(fù)載配備合適的儲(chǔ)能系統(tǒng)。配有儲(chǔ)能系統(tǒng)和脈沖負(fù)載的艦船綜合電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)耦合緊密,脈沖負(fù)載對系統(tǒng)的沖擊大,系統(tǒng)能量調(diào)控具有多時(shí)間尺度特性,系統(tǒng)的運(yùn)行特性將由簡單的周期穩(wěn)態(tài)運(yùn)行向周期穩(wěn)態(tài)與非周期暫態(tài)相結(jié)合的運(yùn)行方式轉(zhuǎn)變,系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型呈現(xiàn)時(shí)變、強(qiáng)非線性、階次高、剛性強(qiáng)的特點(diǎn),其數(shù)值仿真計(jì)算方法收斂困難。艦船綜合電力系統(tǒng)的這些特點(diǎn)需要在系統(tǒng)層面進(jìn)一步研究下列關(guān)鍵技術(shù)。
3.1中壓直流斷路器
為了提高一代半艦船綜合電力系統(tǒng)的功率密度,發(fā)電機(jī)的超瞬態(tài)阻抗設(shè)計(jì)值很低,加之饋電線路比較短,系統(tǒng)短路時(shí),直流短路電流上升速度很快,短路電流很大。直流斷路器切除故障的快速性指標(biāo)遠(yuǎn)高于交流斷路器,一般在20 ms左右。隨著艦船綜合電力系統(tǒng)的發(fā)展,系統(tǒng)的容量越來越大,使得直流斷路器的額定電壓、額定電流和分?jǐn)嗄芰Φ戎笜?biāo)需求不斷提高,給中壓直流斷路器的研發(fā)和試驗(yàn)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。中壓直流斷路器一般有2種技術(shù)方案:中壓直流空氣斷路器和中壓直流真空斷路器。
中壓直流綜合電力系統(tǒng)若采用中壓直流空氣斷路器方案,需重點(diǎn)解決空氣斷路器的滅弧問題。系統(tǒng)直流主網(wǎng)短路時(shí),短路電流沒有自然過零點(diǎn),空氣斷路器將采用直接硬分?jǐn)嗟姆绞綄?shí)現(xiàn)短路保護(hù),分?jǐn)噙^程中將產(chǎn)生高能量電弧。主網(wǎng)直流電壓較高,如何有效吸收該電弧能量,即采用有效的滅弧技術(shù)是決定空氣斷路器能否有效分?jǐn)嗟年P(guān)鍵。
中壓直流綜合電力系統(tǒng)若采用中壓直流真空斷路器方案,需重點(diǎn)解決反向脈沖電路的設(shè)計(jì)問題。系統(tǒng)直流主網(wǎng)短路時(shí),直流真空斷路器采用在真空滅弧室中疊加反向脈沖電流以制造人工過零點(diǎn),從而分?jǐn)喽搪冯娏?。由于真空觸頭打開時(shí)滅弧室的燃弧能量、觸頭開距、恢復(fù)電壓以及燃弧時(shí)間與真空滅弧室關(guān)斷的可靠性密切相關(guān),因而選擇合適的反向脈沖電路參數(shù)及反向電流的投入時(shí)機(jī)至關(guān)重要,也是該技術(shù)的難點(diǎn)[22-23]。
3.2復(fù)合儲(chǔ)能裝置
復(fù)合儲(chǔ)能裝置將為綜合電力系統(tǒng)能量調(diào)控能力的提升帶來顯著改善。一方面,諸如超導(dǎo)、超級電容器等儲(chǔ)能裝置,具有功率密度高(2~18 kW/kg)、能量密度低(1~10(W·h)/kg)、響應(yīng)速度快(1 s~10 min)、循環(huán)使用壽命長(5~10萬次)、轉(zhuǎn)換效率高(90%~100%)等特點(diǎn),利用該類型儲(chǔ)能裝置的快速能量吞吐能力可以有效支撐脈沖負(fù)載的啟停工作,結(jié)合蓄電池這類具有功率密度低(75~300 W/kg)、能量密度高(30~50(W·h)/kg)、響應(yīng)速度慢(1 min~3 h)的儲(chǔ)能裝置,形成復(fù)合儲(chǔ)能的組合方案,通過研究其協(xié)調(diào)控制方法,再設(shè)計(jì)容量優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化配置策略,可進(jìn)一步提高脈沖負(fù)載的運(yùn)行特性,并大幅降低其對艦船綜合電力系統(tǒng)造成的沖擊,維持系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行;另一方面,儲(chǔ)能裝置的接入,也可全面改善系統(tǒng)正常工況下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,有利于提高系統(tǒng)的電能質(zhì)量[2-3,24-25]。在故障情況下,儲(chǔ)能也能保障對艦船重要負(fù)荷提供電能,提高其供電連續(xù)性。
在利用復(fù)合儲(chǔ)能改善綜合電力系統(tǒng)能量調(diào)控能力方面,主要技術(shù)難點(diǎn)表現(xiàn)在以下方面。
首先,由于單一儲(chǔ)能元件的功率密度、能量密度、響應(yīng)時(shí)間差別較大,難以同時(shí)滿足綜合電力系統(tǒng)不同運(yùn)行工況下的各類控制目標(biāo),如輸出脈沖功率(功率需求高、能量需求低、響應(yīng)時(shí)間快)和維持能量平衡(功率需求低、能量需求高、響應(yīng)時(shí)間慢)。因此,如何建立差異明顯的多種儲(chǔ)能方式之間的復(fù)合協(xié)調(diào)配置模型,并設(shè)計(jì)相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制方案,以全面滿足不同運(yùn)行工況下艦船綜合電力系統(tǒng)的電氣特性需求,顯得尤為重要。其次,合理的儲(chǔ)能容量、位置配置將有效提升綜合電力系統(tǒng)不同運(yùn)行工況下的電氣性能??墒?,一方面綜合電力系統(tǒng)本身的電氣結(jié)構(gòu)復(fù)雜,儲(chǔ)能并網(wǎng)點(diǎn)以及儲(chǔ)能的類型、容量可選擇方案多;另一方面,運(yùn)行工況也較為靈活,儲(chǔ)能裝置優(yōu)化配置需要同時(shí)滿足的優(yōu)化目標(biāo)較多。因此,如何求解該多目標(biāo)、多變量的優(yōu)化問題,實(shí)現(xiàn)方法上存在較大困難,且考慮到艦船的空間相對有限,對安全性指標(biāo)有嚴(yán)格要求等,求解約束、計(jì)算復(fù)雜度將進(jìn)一步增加,若采用常規(guī)的智能算法求解該優(yōu)化問題,可能會(huì)存在計(jì)算效率低,計(jì)算結(jié)果不收斂等問題。因而需要研究復(fù)合儲(chǔ)能裝置的組成和控制策略、儲(chǔ)能裝置的優(yōu)化配置方法和系統(tǒng)能量的調(diào)控方法。
3.3系統(tǒng)安全運(yùn)行分析
為了兼顧脈沖負(fù)載用電需求和改善系統(tǒng)運(yùn)行性能的需要,艦船綜合電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置將從目前專門用于脈沖負(fù)載發(fā)射的集中式儲(chǔ)能向兼顧系統(tǒng)運(yùn)行需求的分布式儲(chǔ)能方向發(fā)展,這導(dǎo)致脈沖負(fù)載瞬時(shí)功率沖擊特性直接作用于艦船綜合電力系統(tǒng),若分布式儲(chǔ)能配置及其協(xié)調(diào)控制不當(dāng),將嚴(yán)重影響綜合電力系統(tǒng)的供電品質(zhì)和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。脈沖負(fù)載對綜合電力系統(tǒng)電能品質(zhì)和安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響機(jī)理還不明晰,使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員難以有針對性地提出改善電能品質(zhì)和提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的措施。因此,必須深入研究脈沖負(fù)載的運(yùn)行特性及其對艦船綜合電力系統(tǒng)的電能品質(zhì)和安全穩(wěn)定性的影響機(jī)理。
隨著系統(tǒng)運(yùn)行的工況不同,含分布式儲(chǔ)能的綜合電力系統(tǒng)投入運(yùn)行設(shè)備的類型和數(shù)量也不同,使得系統(tǒng)等效電路的固有頻率呈現(xiàn)多頻譜特征。如果系統(tǒng)在某一工況的固有頻率下呈現(xiàn)弱阻尼特征,那么脈沖負(fù)載的瞬時(shí)沖擊可能導(dǎo)致系統(tǒng)在該固有頻率及邊頻帶處產(chǎn)生諧波放大問題,從而影響系統(tǒng)的電能品質(zhì)。與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比,艦船綜合電力系統(tǒng)含有大量的電力電子裝置,使其多頻譜諧振特性表現(xiàn)得更為嚴(yán)重,亟需建立一種多頻譜諧振條件下系統(tǒng)電能品質(zhì)影響因素的數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)行定量分析。
艦船綜合電力系統(tǒng)包含分布式儲(chǔ)能裝置和脈沖負(fù)載。脈沖負(fù)載發(fā)射時(shí)處于短時(shí)重復(fù)的充電和放電的交替運(yùn)行狀態(tài),使艦船綜合電力系統(tǒng)不再只有一個(gè)平衡點(diǎn),而是表現(xiàn)為一系列運(yùn)行點(diǎn)的周期性交替過程。陸用電力系統(tǒng)的靜態(tài)電壓失穩(wěn)主要是由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性、變壓器有載調(diào)壓的負(fù)調(diào)壓特性和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁限制之間不匹配,導(dǎo)致系統(tǒng)無功功率不足而引起。電力系統(tǒng)的電壓失穩(wěn)大多是單調(diào)失穩(wěn),是在達(dá)到電力系統(tǒng)承受負(fù)荷增加的臨界能力時(shí)導(dǎo)致的電壓失穩(wěn)。靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法的基本模型是電力系統(tǒng)的連續(xù)潮流模型,本質(zhì)上是把臨界潮流解看作電壓穩(wěn)定的極限。艦船綜合電力系統(tǒng)的失穩(wěn)機(jī)理是恒功率負(fù)載的負(fù)阻特性和電力電子裝置級聯(lián)系統(tǒng)的阻抗不匹配。使系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定不僅要求系統(tǒng)具有平衡點(diǎn),而且該平衡點(diǎn)還是小干擾穩(wěn)定。因此,需要研究脈沖負(fù)載對于艦船綜合電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響機(jī)理,建立系統(tǒng)安全運(yùn)行分析方法。
3.4系統(tǒng)多時(shí)間尺度、多目標(biāo)能量調(diào)控策略
艦船綜合電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)過程十分復(fù)雜,既存在著由開關(guān)動(dòng)作引起的快速電磁暫態(tài)過程(微秒級);也存在著由電機(jī)調(diào)速引起的機(jī)電暫態(tài)過程以及脈沖負(fù)載啟停時(shí)的大功率瞬變沖擊過程(毫秒級);同時(shí)含有儲(chǔ)能設(shè)備的充電動(dòng)態(tài)過程(秒級)和艦船機(jī)動(dòng)控制過程(分鐘級);以及對應(yīng)艦船巡航的長期穩(wěn)態(tài)變化過程(小時(shí)級以上),具有多時(shí)間尺度的特點(diǎn)。艦船綜合電力系統(tǒng)還具有多目標(biāo)需求,如艦船續(xù)航能力、脈沖負(fù)載的供電保障能力、負(fù)載的供電連續(xù)性、艦船機(jī)動(dòng)性、系統(tǒng)故障后的重構(gòu)能力等。
在多目標(biāo)、多時(shí)間尺度能量調(diào)控優(yōu)化策略自動(dòng)生成方面,主要有4點(diǎn)困難:
1)不同工況下,艦船綜合電力系統(tǒng)對自動(dòng)發(fā)電控制的要求不同。具體而言,在正常工況下通過集中優(yōu)化來提高燃油經(jīng)濟(jì)性,在通信受阻或系統(tǒng)故障等異常工況導(dǎo)致集中式控制失效時(shí),采用分散式控制保障基本性能。因此,需要設(shè)計(jì)不同的控制架構(gòu)與優(yōu)化方法來滿足不同工況下艦船綜合電力系統(tǒng)的需求。
2)針對脈沖負(fù)載發(fā)射需求進(jìn)行高功率短時(shí)間尺度的跟隨控制,要求能量調(diào)度趨優(yōu)控制算法具備實(shí)時(shí)解算、快速響應(yīng)的能力,而同時(shí)能量調(diào)度又需要協(xié)調(diào)脈沖負(fù)載連續(xù)發(fā)射、電力推進(jìn)負(fù)荷調(diào)整等低功率長時(shí)間尺度的能量需求。
3)由于故障破壞及故障分區(qū)隔離都會(huì)使系統(tǒng)偏離原來的運(yùn)行狀態(tài)而造成較大的暫態(tài)沖擊,因此,在艦船綜合電力系統(tǒng)緊急自愈重構(gòu)中動(dòng)態(tài)安全問題較為突出。
4)艦船綜合電力系統(tǒng)能量調(diào)度需要配合艦船任務(wù)需求進(jìn)行多目標(biāo)實(shí)時(shí)權(quán)重調(diào)整。與陸用電力系統(tǒng)在單一時(shí)間斷面上實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)尋優(yōu)求解不同,艦船綜合電力系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度應(yīng)能不斷變換目標(biāo)函數(shù)權(quán)重實(shí)現(xiàn)運(yùn)行模式的切換,同時(shí),保證頻繁切換下系統(tǒng)的穩(wěn)定性[26-27]。
艦船綜合電力系統(tǒng)多時(shí)間尺度、多目標(biāo)優(yōu)化控制策略的自動(dòng)生成是智能能量管理系統(tǒng)的核心功能。智能能量管理系統(tǒng)既需要能以燃油經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo),進(jìn)行發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)發(fā)電控制,實(shí)現(xiàn)能源的高效利用;同時(shí)也能對應(yīng)艦船不同的任務(wù)需求,以脈沖負(fù)載最大發(fā)射能力以及艦船機(jī)動(dòng)性能為目標(biāo)生成能量調(diào)度策略;并能在故障后以關(guān)鍵設(shè)備的供電連續(xù)性為目標(biāo),通過快速網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和一系列緊急控制措施,保證系統(tǒng)的最大存活性。智能能量管理需要能夠在多個(gè)時(shí)間尺度、多個(gè)目標(biāo)維度上優(yōu)化和調(diào)控綜合電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程,保證系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、機(jī)動(dòng)性和安全性都不斷趨向最優(yōu)。
本文介紹了我國中壓直流綜合電力系統(tǒng)的進(jìn)展,該系統(tǒng)采用二代綜合電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為一代綜合電力系統(tǒng)分系統(tǒng)設(shè)備供電,構(gòu)成一代半艦船綜合電力系統(tǒng),分析了該系統(tǒng)在建模仿真、不同類型機(jī)組并聯(lián)、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和系統(tǒng)保護(hù)等方面存在的難點(diǎn),給出了解決這些難點(diǎn)所采取的方法,并指出了我國中壓直流綜合電力系統(tǒng)下一步需要開展的研究工作。
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The research progress of the medium voltage DC integrated power system in China
FU Lijun,LIU Lufeng,WANG Gang,MA Fan,YE Zhihao,JI Feng,LIU Luhui
Science and Technology on Ship Integrated Power System Technology Laboratory,Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China
Abstract:With the constant development of modern marine technologies, the vessel energy now can be distributed through an Integrated Power System, which is known as the third vessel power revolution. In this paper, the technical features of the first and second generation integrated power system are introduced. Next, based on the present domestic technical status, the research progress of the quasi second generation medium voltage DC integrated power system in China is presented, with the corresponding difficulties and problems analyzed, including the system model, electrical-magnetic transient simulation, the connected op?erator between the gas turbine generator set and the diesel generator set, the system steady analysis, and system layered protection. Finally, the solutions are proposed, which indicates that the development are re?quired on the medium voltage DC breaker, system energy storage, system safe operation, multi-time scale, and multi object system energy regulation.
Key words:integrated power system;medium voltage DC;energy regulation
作者簡介:付立軍(通信作者),男,1967年生,教授,博士生導(dǎo)師。研究方向:電力系統(tǒng)仿真建模、分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、能量管理。E-mail:lijunfu2006@sina.cn
基金項(xiàng)目:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012CB215103);國家級重大基礎(chǔ)研究資助項(xiàng)目;國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51377167)
收稿日期:2015 - 06 - 19網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間:2016-1-19 14:55
中圖分類號:U664.14
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
DOI:10.3969/j.issn.1673-3185.2016.01.009
網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20160119.1455.004.html期刊網(wǎng)址:www.ship-research.com
引用格式: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(jìn)展[J].中國艦船研究,2016,11(1):72-79. FU Lijun,LIU Lufeng,WANG Gang,et al. The research progress of the medium voltage DC integrated power system in China[J]. Chinese Journal of Ship Research,2016,11(1):72-79.