文献一

船舶电力系统控制：技术评估

Ⅰ.引言

未来的全电推动战舰开启了在造船业从未考虑的新的设计挑战。电厂的作用以前很小，主要涉及提供酒店服务，空调，最后但不是最不重要的仪器。 全电动船的概念恰如其分地反转了这种模拟，使电厂成为整个系统的中枢，提供推进，武器和飞机发射。即使商业船已经使用电力推进，所有电推动战舰的概念仍然需要大量额外的创新。 通过向包括电介质枪或飞机发射器的脉冲负载提供能量的可能性提出了新的挑战。

只有当考虑用于电力系统架构的新范例时，才能满足这些挑战。 特别地，成功的关键将是电力电子的广泛应用，其将加密转换和分配的过程从大多数被动过程转变为主动控制的过程。最值得注意的是，我们认识到，电力系统的控制不再意味着简单地定义开关的配合，而是更加复杂的开关和分配实际的功率流的功率转换器在控制中的相互作用。

通过电力船研究和发展联盟（ESRDC）协调的一组大学目前正在开发一种测试方案，以验证这种系统的有效性。这个演示的主要目的是证明控制技术已经准备好支持船上配电的新方法。 演示基于建立在虚拟测试台（VTB）平台上的模拟测试台。

这个概念实验的目的是提供一个复杂的模拟场景，将可用于执行快速验证的控制概念应用于船舶电力系统。在下文中，提供了对工具的简短介绍，然后报告联盟试图回答的主要问题的分析，并且最后示出用于定义模拟情况的过程。

Ⅱ．虚拟测试

在这里总结的实验所采用的模拟工具是VTB。 VTB在过去九年中主要在南卡罗来纳大学开发，但与世界各地的机构进行了重要的合作。虚拟测试台项目的目的是为多学科系统的仿真和虚拟原型开发提供一个新的环境。

术语“虚拟原型”不仅包括系统动力学的模拟，而且包括它们通过3D实体模型对系统动力学的可视化。 我们的目标是创建一个多学科的系统描述，包括模拟和数字电子电路，电力系统，控制，电子机械，流体和热系统。 迫切需要一种高级接口，允许来自所有这些学科的许多类型的用户舒适地使用虚拟原型工具。

VTB试图解决模型中传统的二分法，即普遍贬损设计者，允许每个设计者为系统设计问题的每个部分使用适当的仪器。 相比之下，经典模拟器限制了此类系统的分析，因为只有单一语言可用于指定系统。

Ⅲ.演示的主要目标

全电动船将是电力电子高度集成到船舶系统中的第一个例子。 这意味着，为了实现电力重新配置的快速动态，船舶电力系统必须利用电力电子设备的能力，以允许船上能量的快速重新分配。从这个角度来看，我们可以想象一组必须回答的重要问题：

1.应该使用什么层次控制结构？

2.电力系统重构的什么样的策略将保证最关键负载的电源连续性？

3. 什么策略重新配置电源系统将保证脉冲负载的电源？

4. 我们如何保证系统的整体稳定性？

5. 系统在重新配置期间是否保持稳定？

接下来，我们将讨论这些问题中的每一个的几个细节。考虑控制架构，在集中分层控制和平面分布式控制结构之间找到正确的平衡有重要的意义。

层次结构的使用是传统的选择，信息越集中，越是在命令级别上优先进行。 它是许多自动化工业设备的典型解决方案。 技术的进步，包括智能代理的发展，已经成为最近的趋势，以调查具有平坦结构的分布式控制方案的机会。

在这些方案中，分布控制实体（例如智能网络）与其邻居交换信息并进行局部化控制决策。 在这个方向的重要工作目前正在起步，并且在电力系统中的应用可以在文献中找到。

与问题2和5表面相关的两种方法。一方面，重要的是保证在任何极端条件（包括战斗损伤）下为负载提供能量的足够的灵活性。 另一方面，重要的是改进系统的整体动力学以支持脉冲负载，例如轨道炮或飞机发射器。

这两个问题需要对重构的概念采用两种不同的方法。 我们将在定义总线条的静态配置以支持能量流的意义上重新配置，并且重新配置智能负载的控制以在非常短的时间间隔中提供大量的能量。在同一转换器应当能够根据具体情况不同地操作的意义上，这最后一个概念要求“多用途的概念”的创新应用。 例如，一个接口转换器可以作为有源滤波补偿器或作为电压整流器。

总而言之，结构的完整性，引起了对电力系统稳定性的关注。 该系统是高度非线性和时变的。 已经做了一些的尝试来开发一般的理论。具有非线性和时变特性的这些大系统具有与数学建模和展示稳定性相关的显着程度的复杂性。 在许多级联中，时域仿真仍然是最广泛使用的方法。通过将负