1.1课题研究的背景及意义

随着社会的发展，传统能源开采过度、人口数量迅猛增加，与之相关的环境恶化、气候变暖等问题变得越发严重。在航运领域，燃油价格上涨、国际海事组织不断提高对船舶气体排放的要求，使得船舶营运成本大幅上升，人们开始不满足于现有的柴油机直接推进方式，致力于开发新技术来提高船舶运营的绿色性和经济性。因此电动船舶慢慢出现在人们面前，然而我们所研究的纯电动船舶，包含发电、配电、推进是一个复杂的系统，它直接影响到动力系统的性能。

目前，电力推进船舶电力系统普遍采用交流并网的组网形式(如图所示)。电力系统采用2台或多台恒速内燃机(多为柴油机)驱动发电机发出频率、电压均固定的三相交流电,然后通过交流配电装置将多台发电机发出的交流电并网组成可灵活分配的动力电站，为电力推进系统和辅助负载提供电能。

船舶电力推进技术在20世纪40年代发展迅速。采用电力推进方式，可降低螺旋桨转速，增大调速范围，保证了船舶在不同工况下的各种船速，并且在较短时间内可以实现电机启停换向，大大提高了船舶机动性，因此，船舶电力推进技术发展初期多应用于水面舰艇。然而，第二次世界大战结束后，电力推进技术向民用船舶领域普及的过程却遇到了阻碍，主要是因为船舶电力推进系统增加了许多能量变换装置，使整个系统复杂昂贵，并且传动效率较低，对系统运行维护标准要求高，前期的船员培训的投入过大。近20年来，电力电子技术发展迅速，大大降低了系统的体积和复杂程度，减少了系统初期投入，同时电力推进系统有利于船舶实现智能控制、信息资源共享、方便计算机网络管理，使得成熟的陆上技术可以更广泛的应用到船舶领域，推动了航运技术快速发展。因此，船舶电力推进是船舶科技发展的必然趋势。

船舶电力推进系统区别于传统的柴油机动力系统，控制系统结构和系统特性都有所不同。电力推进系统首先由柴油发电机组发电，经过电站配电由变频装置处理后驱动主推电机带动螺旋桨产生船舶推进的动力，其中，推进的核心部分由柴油机转换为变频器和电动机，控制核心的转变带来的突出影响有两方面：首先，电机控制中参数量比较大且状态变化速度快，为了实现对这些参数的实时监测和控制，系统对数据采集的速度和频率的要求都大幅提高，这给电力推进监控系统的数据处理能力提出了较高的要求；其次，电力电子装置在实现功率控制和处理时会产生大量谐波，降低船舶电网的电能品质，这对容量政小且相独立的船舶电网影响重大。因此，实现系统的实时监控并基于此开展电力推进系统相关性能研究，是目前电力推进系统研究的主要方向。

同时，随着全球环保意识的不断增强，海运业造成的气体排放（SOx、NOx、CO2、颗粒物等）已经引起了广泛关注，IMO、欧盟等也不断出台相应法规，对各类气体排放进行控制。电动船舶由于可以大幅降低船舶废气排放，部分甚至可以实现零排放，其应用规模迅速扩大，有望成为未来发展重点。

1.2国内外研究现状