舰船综合电力系统自愈及其支撑技术的理论与方法

To acquire the theory and method of warship integrated power system (WIPS) energy distribution and control, which is a basic problem, this paper mainly studies three basic theoretical problems systemically in detail, including the theory and method of integrative information system (IIS) analysis, the theory and method of WIPS frangibility (WIPSF) and the theory and method of WIPS self-recovery (WIPSS) . Secondly, this paper establishes an IIS, analyzes the influence of IIS on WIPS, and develops a method to simulate, inspect and diagnose the whole WIPS in real time and on line. Furthermore, the paper reveals the relationship among the electrical equipment failure, IIS and WIPSF quantitatively, establishes an evaluating theory and method of IIS and WIPS for incorporate frangibility. In allusion to different developing moments of the failure of WIPS, this paper studies the theory and method of preventive control, urgent control and recovery control, and sets up an integrated theoretical and methodological system of WIPS energy distribution and control based on self-recovery control. The research is supposed to provide a theoretical foundation for the blocking design and engineering R&D of WIPS intelligent energy management, which will play an important role in scientific research and engineering application.

针对实现舰船综合电力系统所必须突破的舰船综合电力系统能量调度与控制的理论与方法这一基础难题, 围绕综合信息系统分析理论与方法、舰船综合电力系统脆弱性理论与方法、舰船综合电力系统自愈控制理论与方法等三个层次的基础理论问题开展系统深入的研究，分析综合信息系统的特性及其对舰船综合电力系统的影响；揭示电气设备故障、综合信息系统与舰船综合电力系统脆弱性之间的定量关系，建立综合信息系统与舰船综合电力系统的一体化脆弱性评估理论和方法；针对舰船综合电力系统故障不同发展阶段，分别研究预防控制、紧急控制和恢复控制的原理与方法；构建基于自愈控制的舰船综合电力系统能量调度与控制的完整理论与方法体系。该项目的研究将为舰船综合电力系统智能型能量管理模块的设计和工程化研制提供理论基础，具有重大的科学意义和实用价值。

随着我海军从“近海防御”向“远海防卫”的战略转型，对舰船大型化和现代化水平的要求越来越高，随之带来的舰船电力系统网络的拓扑结构也越来越复杂，重要用电设备对电能质量和供电连续性的要求不断提高，特别是新设备（电力电子变流设备）和新结构（直流区域配电结构）在舰船综合电力系统的应用，传统基于经验并结合工程校验的设计方法已逐渐显现出其用于现代大型舰船综合电力系统设计的不足，并制约着舰船综合电力系统安全性的提高。.本项目利用复杂网络理论，开展舰船电力系统结构脆弱性量化评价指标研究；考虑元件可靠性对舰船电力系统脆弱性的影响，利用网络拓扑结构和元件物理特性的信息辨识舰船电力系统中的脆弱环节；运用泛函理论提出舰船电力系统整体脆弱程度评估方法，实现舰船电力系统的脆弱程度差异性的衡量；利用陆地配电网最大供电能力的概念、模型和方法，对综合电力系统直流配电区域的安全边界进行研究；针对电动机起动带来的安全隐患，给出了综合电力系统直流配电区域的重载询问流程，提出了相应的预防控制策略；采用数学优化的方法，给出相应的故障重构策略，构建了闭环测试系统。.研究成果表明，基于对指标的敏感性分析，实现了舰船电力系统结构脆弱性评价指标的优选；提出了自适应综合权重获取方法，实现了舰船电力系统结构脆弱性指标和元件可靠性指标的综合，得到了用于舰船电力系统脆弱环节辨识的集中形式指标；提出了基于多尺度范数的舰船电力系统脆弱程度评估方法，实现了对舰船电力系统脆弱程度的系统级量化评估；提出了考虑电动机起动的直流区域配电系统TSC模型，给出了直流区域配电系统的安全边界；基于逆变器负载率的DC-ZEDS负荷转供预防控制模型，实现了电动机的安全起动和逆变器的正常运行，并最大限度地避免了切负荷操作，保证了供电的连续性；采用的数学优化方法确定了系统故障重构策略，闭环测试系统验证了所提方法的有效性。本项目的研究具有重要科学意义和实用价值。