DOI:10.2010.12.006
Vol.30 No.12 2010.12
述
张狄林
微生物检查（海军驻湖南地区代表室 , 湖南 411101） 摘 要： 本文首先介绍了美国下一代综合电力系统（ NGIPS ）的发展规划，分析了每个阶段的技术特征，
提炼出其中各模块相应的重点研究方向及相关关键技术，可望对我国综合电力系统的发展起到一定的参考 作用。 关键词：下一代综合电力系统 中图分类号： TM715 模块 文献标志码： A 文章编号： 1003-4862 (2010) 12-0047-04 Review of Integrated Power System Technology in the USA
Zhang Dilin
( Navy Representatives Office in Hunan, Xiangtan 411101, China )
Abstract: The Next Generation of Integrated Power System (NGIPS) of the America is introduced in this paper. Then, the technology characteristics of the corresponding research stages are analyzed. Finally, the key points to the main modules of the NGIPS are abstracted, which can be expected to be of the important references to our integrated power system. Key words: NGIP; module 能达性及高效率等作为重点考核指标，并由此也 从最初的综合电力技术衍生出美国所谓下一代综 合电力技术（ NGIPS ） [1] ，并最终体现在综合电 力系统中发电、推进、储能、电能控制、平台负 载、配电及能量转换各模块单元设备的关键技术 当中。
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引言
综合电力系统对于舰船改善操纵性能、降低
噪声、增加有效舱容、提高战斗力、增强生命和 经济性等方面都具有明显优势。从 20世纪八十年 代开始，世界上各主要大国都在大力开发以综合 电力推进系统为基础的船舶，进入 20世纪九十年 代，
美国提出并开始了新型舰船综合电力系统 （ IPS）的研究与开发，英法两国提出并开始了综 合全电力推进（ IFEP）的计划，同期荷兰也提出 了全电力船（ AES）的概念。综合电力系统采用 集成化的方式实现供电、输电、配电及能量的转 换，并由于其固有的优势已成为舰船动力系统发 展的趋势， 是未来大型舰船使用高能武器系统 （如 电磁弹射、 电磁轨道炮、 高功率雷达及激光武器） 的新型动力技术。综合电力系统技术的发展一直 将舰船环境下的高功率密度、 高可靠性、 能购性、
收稿日期： 2010-10-12 作者简介 : 张狄林（ 1968-） ，男，高级工程师，研究方向： 电气控制。
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美国下一代综合电力系统（ NGIPS）的 发展规划 [1]
上个世纪九十年代，美国提出并开始了综合
2.1 美国下一代综合电力系统发展蓝图 电力系统的研究，目前美国综合电力系统技术的 研究发展成果集中体现在以 DDG-1000 型驱逐舰 为代表的舰船上。根据未来舰船对大容量、功率 密度、效率、可靠性等指标更高的要求，美国制 定了 NGIPS的发展蓝图，见图 1。按照时间阶段划 分， NGIPS 可分为两个阶段，分别为近期发展规 划及远期发展规划；按照发电模式划分，可分为 中压交流及中压直流，其中交流部分又可以分为 60 Hz交流及 200～ 400 Hz高频交流两个阶段。基 于美国综合电力技术发展及设备采购开放式结构 47
船电技术|综
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体系，中压交流 60 Hz综合电力系统与 DDG-1000 型所采用的技术在本质上区别不大，在基本满足 舰船综合电力系统需求的前提下，该阶段主要是 考虑目前工业基础情况下整个综合电力系统的技 术可达性及设备采购的能购性问题。为了进一步 提高整个综合电力系统的功率密度并且在考虑传 统系统保护策略的有效性的前提下，在中压交流 60 Hz的基础上进一步开展 200～ 400 Hz高频综合
电力系统的研究，尽可能地提高综合电力系统中 的相关大型设备（包括发电模块、变压器等）的 功率密度，扩展舰船的有效舱容。中压交流综合 电力系统的典型特征是高速发电模块（包括同步 发电技术、 永磁发电技术及超导发电技术） 、 大量 的通用化电能变换模块（包括 AC/DC、DC/AC及 DC/DC 等） 、先进的推进模块（包括先进感应电 机推进、永磁电机推进及超导电机推进） 。
图 1 美国下一代综合电力系统（ NGIPS ）发展蓝图
交流综合电力系统中，为了负载电压等级的 匹配、直流区域配电的实现并考虑系统故障重构 的可能性，使用了大量的变压器（包括推进变压 器、配电变压器）及 AC/DC 电能变换模块 。考 虑到未来大功率武器应用对整个综合电力系统更 高的功率密度及更高的电站容量需求，在交流综 合电力系统的基础上制定了远期直流综合电力系 统的发展规划。该系统中舰船高速发电模块发出 的 电 能 通 过 AC/DC 大 功 率 模 块 将 交 流 电 转 换 为 直流电，并通过交流主电网向各负载模块供电， 从而省去了交流综合电力系统中所大量使用的大 容量变压器及 AC/DC电能变化模块，为整个综合 电力系统各模块的进一步优化设计成为可能，并 最终实 现整 个综合 电力 系统功 率密 度的有 效提 高。综合来说，中压直流系统的优势有：原动机 转速与母线电压频率解耦；电力变换设备运行在 比 HFAC 系统高于一个数量级的频率上，可使用 更小的变压器；减少 HFAC 系统的 EMI 和 EMC 问 题；有减轻电缆重量的潜力，不存在交流系统中 48
[2]
由于电压和电流相移导致的无功问题；更好的故 障保护能力；更优的声学性能；并联发电机仅需 要满足电压的匹配性；未来高功率负载具有更加 紧凑的结构和高功率密度架构。 美国基于其 NGIPS 发展的近、 远期规划及其 发展战略需求，同时也初步制定了未来三十年相 关 NGIPS 的造舰计划，如图 2 所示。 2.2 NGIPS所需解决的关键技术 美国 NGIPS 相关模块重点关注的问题如图 3 所示。 基于 NGIPS 的三个阶段的发展规划见表 1， 上述关键技术问题是依据提高全系统功率密度、 适应不同种
类的电站及主电网型式、满足未来高 压大功率需求、可靠性等方面展开的。例如：推 进电机从先进感应延伸至永磁电机及超导电机； 整流器在涵盖推进整流器的基础上，考虑要与高 速发电机相配合， 形成未来直流主电网供电模式， 此时就需要考虑相应的高功率因数、谐波抑制及 快速故障诊断及其保护等等因素，这些在本文中 不再详细展开。
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船电技术|控制技术
图 2 美国未来三十年基于 NGIPS的造舰计划
表1煤矿井下防爆电机
发电模块 燃气轮机 柴油机 燃料电池电站 燃料重整技术 通用化 效率 功率密度 效率 噪声信号 提高动态响应速度 缩短启动时间 电力变换接口技术 提高功率密度 推进模块 推进电机 推进变频器 功率密度 电制适应性 AM HTS PM 有源前端 多通道协调 高效率 新型器件应用 配电模块 开关 高频检测 高频保护 直流开关 电缆 高频电缆 军用中压支流电缆 负载控制 分级供电 标准控制界面 脉冲负载控制 辅助推进 用新型电力推进器 巡航推进 联合推进 轴带发电 电力推进器 混合推进器 高温超导同步发电机 高速多极永磁发电机 高速发电机 整流器 大功率、模块化 高功率因数 谐波抑制 故障诊断和隔离
图3
NGIPS所重点关注的相关问题
3
结束语
目前，欧美等发达国家的第一代舰船综合电
力推进技术已广泛应用于民用及部分军用船舶， 相比之下，我国的综合电力推进技术仍处于起步 （下转第 53页） 49
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通信与信息管理
船电技术|应用研究
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