全電力戰(zhàn)艦講解課件

1、全電力戰(zhàn)艦艦船綜合電力系統(tǒng)報(bào)告人：郭曉亮指導(dǎo)老師：周凱目錄全電力戰(zhàn)艦綜述艦船綜合電力系統(tǒng)智能電網(wǎng)在艦船電力綜合系統(tǒng)中的應(yīng)用全電力戰(zhàn)艦綜述概念全電力艦船（AES）： 傳統(tǒng)艦船的動(dòng)力系統(tǒng)和電力系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的，動(dòng)力系統(tǒng)通常由常規(guī)的熱機(jī)和其他機(jī)械裝置構(gòu)成，電力系統(tǒng)一般是作為輔助能源，與艦船推薦并沒(méi)有直接的關(guān)聯(lián)。全電力艦船是將電力系統(tǒng)與推進(jìn)系統(tǒng)相結(jié)合的艦船。全電力戰(zhàn)艦綜述優(yōu)點(diǎn)原動(dòng)機(jī)可以隨意安排位置，不再因?yàn)橐紤]齒輪箱而有許多要求與限制推進(jìn)與日常所需電力由一套公用發(fā)電設(shè)備提供，不需要專門的日用電供電站電能能夠很容易被疊加具有較小直徑的推進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠被放置在更接近船尾，使螺旋槳的軸長(zhǎng)減小不需要齒輪箱和變

2、螺距控制器，機(jī)械噪聲減小高可靠性，高效率全電力戰(zhàn)艦綜述新概念武器艦載電熱化學(xué)炮：使用電能大脈沖啟動(dòng)和控制能量推進(jìn)劑的燃燒，使用電能和化學(xué)能組合的混合式推進(jìn)過(guò)程艦載電磁炮：以電能為動(dòng)力、采用電磁發(fā)射技術(shù)使彈丸獲得高速的發(fā)射裝置艦載高能激光武器：利用定向發(fā)射的激光束直接摧毀目標(biāo)的光束武器艦船綜合電力系統(tǒng)概述綜合電力系統(tǒng)是將艦船發(fā)供電與推進(jìn)用電、艦載設(shè)備用電集成在一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電、配電與電力推進(jìn)用電及其他設(shè)備用電統(tǒng)一調(diào)度和集中控制，其典型結(jié)構(gòu)如圖：艦船綜合電力系統(tǒng)研究意義有利于優(yōu)化艦船總體設(shè)計(jì)有利于簡(jiǎn)化艦船動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有利于提高艦船的隱蔽性對(duì)艦船作戰(zhàn)使用產(chǎn)生重大影響為未來(lái)艦載高能武器系

3、統(tǒng)使用提供電力保障艦船綜合電力系統(tǒng)研究意義有利于優(yōu)化艦船總體設(shè)計(jì)： 電力系統(tǒng)在艦船總體設(shè)計(jì)中占有十分重要的地位。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)將發(fā)供電、電力推進(jìn)和艦載設(shè)備用電各系統(tǒng)之間相互割裂，不利于總體設(shè)計(jì)得優(yōu)化，而綜合電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是系統(tǒng)化、模塊化和集成化，它將系統(tǒng)各部分聯(lián)系起來(lái)，統(tǒng)一研究，為艦船總體設(shè)計(jì)提供了總體優(yōu)化的基礎(chǔ)。 它可以節(jié)約艦船的有限空間，提高空間利用率，增加艦船燃料和彈藥的攜帶量，增強(qiáng)艦船的續(xù)航能力和戰(zhàn)斗力；可以優(yōu)化裝備的空間布置，如靈活布置原動(dòng)機(jī)，增加艦船的穩(wěn)定性，提高艦船的適航性、抗沉性等性能；可以增強(qiáng)動(dòng)力系統(tǒng)的防護(hù)能力等。艦船綜合電力系統(tǒng)研究意義有利于簡(jiǎn)化艦船動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 傳

4、統(tǒng)的艦船動(dòng)力系統(tǒng)中，艦船推進(jìn)是由大型主機(jī)完成，而供電系統(tǒng)則是另外一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。綜合電力系統(tǒng)的推進(jìn)形式為電力推進(jìn)，將主動(dòng)力系統(tǒng)與供電系統(tǒng)合并，大大壓縮了各種熱機(jī)的數(shù)量；同事由于電能的優(yōu)勢(shì)，易實(shí)現(xiàn)集成和靈活控制，使各系統(tǒng)高效效率運(yùn)行，必將大大簡(jiǎn)化艦船動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。艦船綜合電力系統(tǒng)研究意義有利于提高艦船的隱蔽性： 傳統(tǒng)的艦船直接推進(jìn)系統(tǒng)中，連接主機(jī)和推進(jìn)器的齒輪箱等傳動(dòng)裝置形成了將主機(jī)噪聲直接向水中傳播的主要導(dǎo)體。 對(duì)于電力推進(jìn)艦船，螺旋槳軸系與推進(jìn)電動(dòng)機(jī)相連，推進(jìn)電機(jī)與主機(jī)之間只存在電纜構(gòu)成的柔性鏈接，取消了變速齒輪箱系統(tǒng)，切斷了主機(jī)向外界傳播噪聲的一個(gè)重要途徑。同時(shí)集成化發(fā)電及環(huán)形電網(wǎng)區(qū)

5、域配電方式，減少了艦船特種裝置所需要的發(fā)電機(jī)組、變流機(jī)組種類和數(shù)量。這些對(duì)于弱化艦船噪聲特征、提高作戰(zhàn)艦船的生存力具有重要意義。此外在電力推進(jìn)艦船中，機(jī)械動(dòng)力設(shè)備的減少，以及主機(jī)布置的靈活性有利于提高艦船的隱蔽性。艦船綜合電力系統(tǒng)研究意義對(duì)艦船作戰(zhàn)使用產(chǎn)生重大影響： 其一，綜合電力系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)和艦載武備系統(tǒng)之間的電能分配的集中控制，特別是采用環(huán)形電網(wǎng)加區(qū)域配電系統(tǒng)的供電模式，提供了電能合理流動(dòng)的物理途徑，這對(duì)進(jìn)一步提高艦載武器裝備的可靠性是十分有利的。它為艦船戰(zhàn)斗使用提供了更大的選擇范圍，增強(qiáng)在高威脅環(huán)境下的生存能力和作戰(zhàn)效能。 其二，綜合電力系統(tǒng)采用電力推進(jìn)方式，既弱化了艦船的噪聲特性，

6、又使艦船可以采取更加靈活的機(jī)動(dòng)形式，對(duì)作戰(zhàn)方式產(chǎn)生積極的影響。艦船綜合電力系統(tǒng)研究意義為未來(lái)艦載高能武器系統(tǒng)的使用提供電力保障： 國(guó)內(nèi)外研究表明，艦船在接近最高航速時(shí)，其一般的推進(jìn)動(dòng)力大約只能增加最后10%的航速。例如，一艘設(shè)計(jì)為30kn最高航速的艦船，其50%的推進(jìn)動(dòng)力被用于增加最后3kn的速度，達(dá)到27kn的航速只需大約50%的推進(jìn)動(dòng)力。 在支持艦載系統(tǒng)的電力需求持續(xù)呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)的今天和可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，艦船電站裝機(jī)容量需求將從現(xiàn)在的幾千kW達(dá)到幾萬(wàn)甚至10萬(wàn)kW的規(guī)模，電力系統(tǒng)中大容量電能的產(chǎn)生、變換以及電力推進(jìn)與其他設(shè)備、武器裝備的動(dòng)力分配與控制成為一個(gè)重要課題。可以肯定地說(shuō)，采用綜合電

7、力系統(tǒng)方案是一種行之有效的技術(shù)途徑，它既保證推進(jìn)時(shí)充足的動(dòng)力，又能提供戰(zhàn)斗狀態(tài)下的高能電力。艦船綜合電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)高功率密度的交流或直流發(fā)電模塊化技術(shù)智能化管理的環(huán)形電網(wǎng)區(qū)域配電及監(jiān)控管理技術(shù)電力推進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其變頻調(diào)速技術(shù)大容量電能的靜止變換技術(shù)獨(dú)立電力系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)電力集成技術(shù)艦船綜合電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)高功率密度的交流或直流發(fā)電模塊化技術(shù)： 研究適用于大型艦艇電力系統(tǒng)的中高壓多相交流發(fā)電機(jī)整流集成發(fā)電技術(shù)； 研究交直流電力集成多繞組發(fā)電機(jī)發(fā)電技術(shù)，主要有：不同交直流容量比的交直流電力集成雙繞組發(fā)電機(jī)、交流雙電壓雙繞組發(fā)電機(jī)以及交流雙頻率、雙電壓雙繞組發(fā)電機(jī)； 研究高功率密度和高品質(zhì)艦艇集

8、成發(fā)電技術(shù)，如高速異步整流發(fā)電機(jī)技術(shù)、艦船電機(jī)蒸發(fā)冷卻技術(shù)。艦船綜合電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)智能化管理的環(huán)形電網(wǎng)區(qū)域輸配電及監(jiān)控管理技術(shù)： 采用環(huán)形電網(wǎng)區(qū)域配電系統(tǒng)取代干饋式配電系統(tǒng)，必須為各類艦船研究設(shè)計(jì)適當(dāng)數(shù)量和容量的發(fā)電模塊，確定輸配電方式，適時(shí)地根據(jù)全船符合工況調(diào)控各發(fā)電模塊運(yùn)行方式。 主要研究?jī)?nèi)容：艦船電站設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究，環(huán)形區(qū)域電力系統(tǒng)中多電站并聯(lián)運(yùn)行特性研究，電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與集中控制，環(huán)形電網(wǎng)區(qū)域配電系統(tǒng)各種保護(hù)準(zhǔn)則。艦船綜合電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)電力推進(jìn)電動(dòng)機(jī)及變頻調(diào)速技術(shù)： 艦船電力推進(jìn)系統(tǒng)主要包括推進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)。 需要開(kāi)展的研究?jī)?nèi)容有：大功率電力推進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)如交流

9、永磁推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)性能及設(shè)計(jì)、電力推進(jìn)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)（直流推進(jìn)電動(dòng)機(jī)最有調(diào)速控制技術(shù)、多相永磁交流同步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)、多相交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制策略及控制技術(shù)）。艦船綜合電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)大容量電能的靜止變換技術(shù)： 主要研究大容量變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式、新型電力電子器件的使用、數(shù)字控制策略研究，關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)配套的新型電力電子器件。 美國(guó)海軍研究局使用氫氧化物、集成電路、電力半導(dǎo)體、電力電子技術(shù)對(duì)模塊化電力電子標(biāo)準(zhǔn)組件進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造；采用寬帶隙半導(dǎo)體材料代替硅，以提高電力電子標(biāo)準(zhǔn)組件的運(yùn)行溫度和電壓。艦船綜合電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)獨(dú)立電力系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)： 艦船設(shè)備分布密集，電力系統(tǒng)容量有限，

10、系統(tǒng)內(nèi)的電磁兼容問(wèn)題十分突出，直接關(guān)系到系統(tǒng)和用電設(shè)備的可靠安全運(yùn)行，這也是決定綜合電力系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。 需要開(kāi)展的研究有：電力集成化模塊中的電磁干擾研究、艦船直流電力系統(tǒng)電磁兼容研究、艦船交流電力系統(tǒng)電磁兼容研究、艦船殼體及電纜屏蔽網(wǎng)形成的地電網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)電磁兼容性能的影響研究、整個(gè)綜合電力系統(tǒng)電磁兼容性研究。艦船綜合電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)電力集成技術(shù)： 要實(shí)現(xiàn)綜合電力系統(tǒng)，首先完成各電力模塊的集成（包括發(fā)電模塊、電能變換模塊、推進(jìn)模塊、電能智能化管理模塊等），再實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的集成。在集成中，必須解決損耗與散熱、電磁兼容等難題。電力集成技術(shù)主要學(xué)科基礎(chǔ)為電機(jī)、電氣工程、控制工程，與其密切相關(guān)的學(xué)科有

11、：信息與通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、儀器科學(xué)與技術(shù)、動(dòng)力工程與工程熱物理、材料學(xué)與工程、機(jī)械工程等。智能電網(wǎng)定義智能電網(wǎng)的定義： 將先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和原有的輸配電基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而成的新型電網(wǎng)。智能電網(wǎng)艦船智能電網(wǎng)的特征傳統(tǒng)艦船電網(wǎng)特征采用三相不接地系統(tǒng)電制為低壓或中壓等級(jí)，系統(tǒng)小抗干擾能力差負(fù)荷數(shù)量和種類多，所需電力接口多樣電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單潮流控制方式單一電網(wǎng)與負(fù)荷之間沒(méi)有通信保護(hù)裝置事先離線整定實(shí)際操作依賴人工智能電網(wǎng)艦船智能電網(wǎng)的特征艦船智能電網(wǎng)特征宏觀上講，艦船智能電網(wǎng)是精細(xì)管理，以堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐，以智能控制為手段，包

12、含發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等各個(gè)環(huán)節(jié)，事先電力流、信息流、業(yè)務(wù)流的高度一體化融合，電網(wǎng)堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)性高、透明開(kāi)放、友好互動(dòng)。微觀上講，艦船智能電網(wǎng)進(jìn)一步優(yōu)化了電網(wǎng)控制，構(gòu)建結(jié)構(gòu)扁平化，功能模塊化，系統(tǒng)組態(tài)化，是一種榮幸體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)集中與分散相結(jié)合，靈活變換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、智能重組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、最佳配置系統(tǒng)效能、優(yōu)化電網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)電網(wǎng)截然不容的電網(wǎng)構(gòu)成理念和體系。智能電網(wǎng)艦船智能電網(wǎng)的應(yīng)用智能發(fā)電及電力變換智能規(guī)劃與重構(gòu)智能綜合保護(hù)智能檢測(cè)控制智能綜合電力智能電網(wǎng)艦船智能電網(wǎng)的應(yīng)用智能發(fā)電及電力變換利用先進(jìn)的電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和超導(dǎo)技術(shù)較小設(shè)備尺寸重量，減低費(fèi)用和噪聲，提高艦船結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)靈活

13、性集成化新型發(fā)電理論與發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，改善熱傳導(dǎo)特性和冷卻技術(shù)提高系統(tǒng)電壓等級(jí)至中壓水平，式配電專制和配電纜小型化，降低工作電流和短路電流通過(guò)諧波綜合治理和電磁兼容控制，保證供電電力品質(zhì)智能電網(wǎng)艦船智能電網(wǎng)的應(yīng)用智能規(guī)劃與重構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)合理而靈活的供配電電制和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，發(fā)展交直流混合供電和區(qū)域配電系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)前艦船工況、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)以及符合優(yōu)先等級(jí)，利用約束條件和目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化選擇供電路徑，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行快速隔離故障和自我恢復(fù)，具有智能化自愈性能，提供全面、優(yōu)化、系統(tǒng)的故障恢復(fù)決策，重新構(gòu)建配電網(wǎng)絡(luò)，保障艦船的生命力和戰(zhàn)斗力精確檢測(cè)大家艦船的武器，并對(duì)艦船造成損傷的位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，在遭受打擊前進(jìn)

14、行重構(gòu)操作，減小對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)和電氣設(shè)備的潛在損壞智能電網(wǎng)艦船智能電網(wǎng)的應(yīng)用智能綜合保護(hù)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)狀態(tài)和故障類型在線實(shí)時(shí)修改保護(hù)設(shè)備動(dòng)作整定數(shù)值，滿足繼電保護(hù)可靠性、快速性、選擇性、靈敏性要求引入陸地電網(wǎng)的差動(dòng)保護(hù)和方向保護(hù)技術(shù)，改善發(fā)電機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)和基本網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的選擇性設(shè)計(jì)先進(jìn)的故障電流限制器，迅速識(shí)別故障并限制電流，改善斷路器切斷容量不足的問(wèn)題與電力變換模塊相結(jié)合，集成電能轉(zhuǎn)換、檢測(cè)控制、故障限流及保護(hù)于一體智能電網(wǎng)艦船智能電網(wǎng)的應(yīng)用智能檢測(cè)控制依賴先進(jìn)的分布式傳感測(cè)量和寬帶信息通信技術(shù)，進(jìn)行電氣設(shè)備信息的無(wú)縫連接、高度集成和互動(dòng)共享，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的三維、動(dòng)態(tài)、可視化電網(wǎng)電鍍和高級(jí)能量管理通過(guò)優(yōu)化計(jì)算分析進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)潮流控制和負(fù)荷監(jiān)控，為操作人員提供智能決策和綜合調(diào)控方案集成保護(hù)和重構(gòu)體系，提高緊急情況下電力系統(tǒng)使用管理水平，優(yōu)化快速地恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行，避免人為吳操的發(fā)生與其他系統(tǒng)和部門之間進(jìn)行有效信息交換，完善和提高電力用戶需求相應(yīng)和需求側(cè)管理，達(dá)到資源和設(shè)備的優(yōu)化利用智能電網(wǎng)艦船智能電網(wǎng)的應(yīng)用智能綜合電力將日常配電系統(tǒng)與全電力推進(jìn)系統(tǒng)、高能買寵物其發(fā)射系統(tǒng)等有效組合以減小艦船設(shè)備總體尺寸重量采用模塊化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，降低建造階段的采購(gòu)費(fèi)用綜合管理艦上能源，減少能源消耗及機(jī)器磨損，能量分配及設(shè)備的操