摘要：船舶综合电力系统(shipboard integrated power system,SIPS)具有高效率、高可靠性与高可控性的特点,是大型船舶发展的技术前沿与关键支撑。数字孪生技术为船舶综合电力系统的感知、分析与优化提供了新的解决方案。该文探讨了SIPS数字孪生(digital twin for shipboard integrated power system,SIPS-DT)——基于SIPS发展趋势和功能,提出SIPS-DT架构,旨在建立高度集成、闭环自趋优的SIPS新体系,并探讨其潜在应用服务。具体而言,考虑船舶航行环境及平台特点,建立SIPS的数字空间,从物理与数据2个维度刻画SIPS多工况、多时间尺度和多物理量的动态过程,将系统全局和局部特征、规则与经验有机结合。基于数据和知识联合驱动方法对SIPS-DT进行挖掘,在系统异常检测、优化运行和全生命周期维护领域发掘潜在更好的应用。最后,结合当前SIPS的发展需求,分析了SIPS-DT在具体实施过程中需突破的关键问题及技术。

摘要：通过比较各种时间同步协议的优缺点,提出基于IEEE1588协议实现船舶综合电力系统同步数据采集的方案。分析了IEEE1588协议的偏移测量和延迟测量原理,指出时间戳是影响同步精度的主要因素,并比较了在不同协议层获取时间戳的同步性能。给出了基于环形冗余工业以太网实现主、从时间同步的网络拓扑结构,并基于DP83640芯片设计了同步测量节点,实现了数据的同步采集与网络传输。设计过零检测实验并测试同步性能,同步精度低于1μs。结果表明,使用IEEE1588协议可以在不显著增加成本的基础上,为电力系统提供实时、高精度、严格同步的量测量,满足基于局域网的舰船电力系统监控和计算的需要。

摘要：提出基于多智能体(Agent)系统的船舶综合电力系统故障恢复智能决策新方法。该方法定义与船舶电网供电区域相对应的供电区域Agent模型,基于Agent抽象体系结构设计构成供电区域Agent的各职能Agent,并建立故障恢复智能决策多Agent系统,在此基础上,基于动态主从式多Agent协同策略实现船舶综合电力系统故障恢复。典型算例系统故障恢复离线测试结果以及实时仿真结果表明,该方法能够快速、有效地求解船舶综合电力系统故障恢复问题,具有较好的工程应用前景。

摘要：为了满足船舶综合电力系统同步测控亚微秒级的精度要求,通过分析各种时钟同步协议的优缺点和传统时钟同步方法对船舶同步测量的局限性,提出一种基于IEEE1588协议的卫星时钟同步与时钟同步频率补偿算法相结合的混合时钟同步方案以实现同步测量。所提方案以环星型拓扑结构的交换式以太网为背景,基于集成IEEE1588协议功能的以太网收发器设计了同步测量节点,并研究了一种频率补偿算法,可以动态地对时钟节点的晶振频率进行补偿,使时钟具有良好的守时性,保证了主从时钟的偏差恒定。通过仿真分析和试验对同步偏差性能进行测试,结果显示同步精度维持在±200 ns以内,达到了IEC61850关于同步测量的标准,满足了船舶综合电力系统时间同步的需要。

摘要：最近几年,全球陆续出现的各类国际性传染病疫情给世界经济,尤其是国际海运活动造成了严重且深远的影响。基于各类传染病疫情可能长期存在的现实,有必要在船舶上设立常备性质的医疗与防疫功能区。传统的大型医疗电气设备以陆地为主要应用场景,在电气上需要良好的供电质量与可靠性,在空间上则需要与其他区域形成物理隔离,因此防疫功能区在船舶上的应用需要针对性地设计与优化。针对这一问题,提出了一种考虑防疫功能区供电可靠性的船舶综合电力系统供配电优化策略。通过优化发电设备的切换过程,对不同类型的负载分级以保证船舶电力系统的整体稳定与船舶大功率医疗防疫设备在事故工况下的正常运行,从而保障船舶人员的安全与健康。

摘要：针对强噪声环境下船舶综合电力系统故障时间定位精度不高的问题,提出一种基于Hilbert-Huang变换(HHT)和自适应软阈值法的船舶综合电力系统故障时间定位新方法。首先,电能信号经EMD分解为若干固有模态函数(IMF),对第一个IMF分量进行Hilbert变换得到其瞬时幅值向量。然后,在分析故障波形变化规律的基础上,定义并计算故障信号的瞬时幅值差分向量。最后,设计一种自适应软阈值处理方法,将瞬时幅值差分向量变换为故障时间特征向量,经加权均值后,实现故障时间定位。仿真试验结果表明,该方法能够精确定位不同强度噪声下的故障起止时间,在1 k Hz采样频率下精度为0.88 ms,适用于实际船舶综合电力系统故障的时间定位。

摘要：针对船舶中压直流综合电力系统,分析系统的结构和特性。给出船舶中压直流综合电力系统的机理模型,包括原动机、发电机、推进电机和四象限负载等。在PLECS软件中建立船舶中压直流综合电力系统的仿真模型,实现了系统起动、加速和突然倒车等正常和极端工况的数字仿真,仿真结果验证了本文所进行的数字仿真研究的正确性,能够为系统的早期设计提供仿真工具。

摘要：电力推进作为船舶综合电力系统的最重要负载之一,受工况与海况的多重影响,其易产生大幅功率波动,对系统的安全稳定运行造成冲击。为此,提出了船舶大功率电力推进虚拟同步电机控制方法。在控制上将整流单元等效为同步电机,为端口功率与频率响应增加惯性特征;逆变单元采用磁场定向矢量控制,提升推进电机的调速性能,利用虚拟惯性与阻尼平滑推进功率冲击、抑制电网频率波动。建立虚拟同步电机控制的变换器小信号模型,考虑直流电容与推进负载的动态特性,分析控制参数变化对变频器响应特性的影响,综合考虑冲击功率的抑制效果与动态性能,给出一种参数设计方法。利用PSCAD/EMTDC与RT-LAB半实物仿真,验证了所提控制方法能够在既有硬件配置下将推进冲击功率峰值降低30%,且不影响推进调速性能,有效地改善了电力推进系统的功率特性,保障了船舶综合电力系统的安全稳定运行。

摘要：船载脉冲功率系统(PPS)由DC/DC变换器及脉冲负载构成,其功率冲击特性受变换器参数影响。考虑变换器与脉冲负载的不同开关频率特性,提出了PPS动态过程建模及其变换器参数优化方法。分析了不同开关状态组合方式下的PPS动态过程,提出了PPS多动态过程变换器开关通断时间等效计算方法,建立了含有变换器电感与电容参数的PPS全过程状态方程。以优化PPS的电压、电流外特性为目标,建立DC/DC变换器电感与电容的优化模型,并利用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解。分别在MATLAB/Simulink、RT-LAB中建立含PPS的船舶综合电力系统,验证了所提建模与优化方法的有效性与可靠性。

摘要：脉冲负荷船上给系统电能质量带来极大的影响,甚至会威胁到船舶电力系统安全、稳定的运行。本文对含有大功率脉冲性负荷(雷达)的测量船上的柴油发电机组工作特性进行研究和分析,找到调速器介入前后,转速跌落、恢复的规律和稳态过程转速的变化率,从而得出利用柴油发电机组固有的机械储能来平抑负荷功率波动的量化标准,形成系统、理论的工程总结。