马伟明(为什么说马伟明院士的综合电力系统领先西方一代)
资讯
2023-11-27
267
1. 马伟明,为什么说马伟明院士的综合电力系统领先西方一代?
首先谢邀,如果您喜欢,请您关注!
友情提示:本文4000字,配图6幅,阅读全文需10分钟。
估计现在大家很多人都知道“马伟明”院士在我国海军,尤其是舰艇工程技术领域的重要作用,这确实是件非常令人欣慰的事,因为这也从侧面证明了大家对我国海军的现代化发展越来越关注了!
但在这里,小天真要向大家强调的是,根据目前国内绝大多数关于舰船综合电力系统的论文(包括马伟明院士自己的论文)来看,都没有所谓的“我们领先西方一代的说法”,甚至在工程应用上我们还有所落后,尤其是在“原动力”上,像大功率燃气机、电动机组等等舰船动力上我们和西方还有非常大的差距。
而且重要的是……国外尤其是西方在舰船综合电力系统的研究方面,起步阶段之早、全向研究之宽泛估计要超出很多人的预料。
而国内目前舰船综合电力系统领先的地方,主要在于“技术先导性”的研究和“集成化技术”上,所以,在实际上来说,国内目前的“综合电力系统”应该是处在在整体层面部分领先,某些地方全面追赶的阶段,在技术上更应该算是“一代半的”水平,远没有网络上“领先一代”的说法那么夸张。
小天真知道这么说估计会有很多人有疑问,所以在本文中,小天真将会给大家详细讲解:
1什么是舰船综合电力系统。
2舰船综合电力系统的重要性和意义。
3舰船综合电力系统的发展现状和趋势。
4国外“舰船综合电力系统”的发展和成果。
5国内“舰船综合电力系统”的起源、技术选择,及成果与发展趋势。
“舰船综合电力系统”,又“称舰船电气化或全电化”,是通过电力网络将发电、日常用电、推进供电、高能武器发射供电大功率探测供电综合为一体的电力系统。
主要有发电系统、输配电系统、变配电系统、推进系统、储能系统、能量管理系统,六大分系统组成。
在以往的传统舰船动力系统中,机械推进系统和电力系统是两个互相独立的系统,在进行信息化改造时,传统舰船推进系统需要将非电量转化为电量,需要额外增加处理设备才能满足信息化接口的要求,不仅需要更多的传感器,(机械推进系统的转速信号必须通过增设转速传感器而获得)还需要增加设备的信息接口、光纤等网络设备,实现非常复杂。
而舰船综合电力系统可以将传统舰船中相互独立的动力、电力两大系统整合为一,以电能的形势为舰船推进、脉冲、通信、导航等多系统设备供电,可以实现全舰能源的综合利用。
同时,在实际应用中,舰船综合电力系统不仅能简化舰船动力系统结构、提高舰船系统效率、降低舰船噪声能级、减少舰船全寿命周期费用,还可以降低监控系统的规模、系统设备的信息接口、减少系统的网络设备和数据处理量,从而降低舰艇信息化改造的复杂程度。
并且,舰船综合电力系统可以对舰船能量进行统一的管理和动态分配,能够在满足舰船高速航行动力需求的同时,还可以保证战斗状态下高能武器的用电需求,从而提高舰船作战能力和执行任务的灵活性。
所以,舰船综合电力系统是舰船信息化的基础和保障,也是高能武器上舰的前提条件,在未来高科技技术条件下,以网络为平台、以高新技术武器、新概念武器等精确打击武器为主体的未来海战中,综合电力系统是舰船最重要的技术之一,是整个舰船动力系统未来的发展方向。图注:根据马伟明院士未来“全能舰”的设想,“综合电力系统”是最关键的技术之一。
我国的舰船综合电力系统研究在“九五”期间开始预研,经过“十五”和“十一五”的刻苦公关,已经取得了一系列成果,在大功率燃气轮机、高速柴油机、高功率密集度集成化发电、中压交流发电机、高转矩密度先进感应推进电机、中压大容量变频调速装置、中压配电装置、中压交流和直流断路器以及系统监控与能量管理等方面均实现了关键技术的突破。
在整体技术层面上讲,与美、英、法等发达国家海军基本保持同步,在集成化发电领域还处于国际领先地位。
但在工程应用方面则相对落后,尤其是在中压交流综合电力系统上,早在上世纪80年代起美、英等海军技术强国,就开始进行综合电力系统的理论探索与关键技术研究,美国海军至今已经建立了舰船综合电力系统陆基实验站,并于2001年完成全尺寸综合电力系统陆上演示实验,英、法两国则于2003年建立了电力战舰技术演示实验场,与45型驱逐舰的研制紧密结合。
2009年7月,英国45型驱逐舰服役,成为世界上首艘采用综合电力系统的水面主战舰船,2006年12月,法国第一艘采用综合电力推进的西北风级两栖攻击舰服役,2013年10月,采用中压交流综合电力系统的美国 DDG1000驱逐舰下水,在中压交流综合电力系统的工程化应用上,国外已经走在了前面。
但国外舰船综合电力系统的工程化应用,都以一代中压交流综合力系统为主,在舰船综合电力系统的六大分系统上,一代中压交流综合电力系统表现为;
1发电分系统,采用中压交流工频同步发电机组。
2输配电分系统,采用中压交流工频配电网络。
3变配电分系统,采用中压交流工频变压器或中压交流供电的直流区域配电装置。
4推进分系统,采用先进感应电动机及其配套的基于IGBT/IGCT电力电子功率器件的推进变频器。
5没有储能分系统。
6能量管理分系统,采用基本型能量管理系统,能实现全系统监控,和基本的能量调度功能。
在舰船综合电力系统上,中压交流综合电力系统技术优点是;技术成熟度高,技术风险小,但同时存在发电机组并联困难、系统线路压降大,同时相对体积重量庞大等缺点。
所以,随着电工材料、电力电子器件、控制技术和计算机技术的发展,世界各海军技术强国都在积极开展二代舰船综合电力系统的研究,也就是“中压直流综合电力系统”
在舰船综合电力系统的六大分系统上,“中压直流综合电力系统”表现为;
1发电分系统,采用高速集成中压整流发电机组。
2输配电分系统,采用中压直流配电网络。
3变配电系统,采用中压直流供电的直流区域配电装置。
4推进分系统,推进分系统中的推进变频器,采用基于组件高度集成的推进变频器或基于宽带隙半导体材料功率器件(碳化硅材料推进变频器),推进电机采用永磁或高温超导电机。
5储能分系统,采用超级电容储能,集成式惯性储能或复合储能。
6能量管理分系统,采用智能化能量管理系统,以实现全系统数字化控制和智能化管理功能。
中压直流综合电力系统的技术难点在于;
1直流系统短路电流不存在自然过零点,断路器分断困难。
2中压直流供电系统的电力电子静态稳定性困难。
推进负载具具有负增量抗阻特性,容易引起系统的电压失稳。同时电力电子变流设备级联时,输入、输出阻抗不匹配,会引起系统失稳或者系统动态相应性能变差。
中压直流综合电力系统的优点是;具有更高的功率密度和运行灵活性,同时对舰船原动机的调速性能要求低,可以让调速性能、容量、频率差异大的不同类型发电机组稳定并联运行,并且减轻设备的体积重量,降低设备的噪声振动水平,提高系统的效率和功率密度。
相对于中压交流综合电力系统,中压直流综合电力系统可以应用在3000吨以下小排水量的舰船上。
而根据美国下一代综合电力系统技术发展路线图中所提出的三种电网结构体系(中压交流电网、高频交流电网、中压直流电网)来看,在不需要高功率密度的情况下,中压直流综合电力系统可以采用中压交流电网结构。
但在技术先进性和总体上来看“中压直流电网结构”才是下一代舰船综合电力系统的发展方向。
而由于国内舰船原动力机性能落后,尤其是大功率燃气轮机可选机型少,调速性能落后于国外,在中压交流综合电力系统上,国内不同类型原动机带动的发电机组因功率等级和调速性能差异大而难以并联稳定运行。图注:国内的舰用燃气轮机还是以仿制乌克兰的GT25000为主,性能只能算是凑合用!
所以在舰船综合电力系统的研制阶段,海军工程大学舰船综合电力技术重点实验室于2003年首次在世界上提出中压直流综合电力技术路线(不是中压直流综合电力系统)
既采用二代中压直流综合电力系统的网络结构,为一代综合电力系统分系统设备供电,构成一代半舰船综合电力系统,可以看做是一、二代舰船综合电力系统的过度阶段。
马伟明院士在其2004的论文《舰船动力发展方向——综合电力系统》中是这么说的:“几十年来,我国舰船动力系统的发展,基本上是走在引进的基础上研仿、改进、自行研制的技术道路,从战略意义上讲,这是一条研仿、落后、再研仿、再落后的道路,目前,我国舰船动力系统的技术总体水平明显落后西方。舰船综合电力系统研究在国外已经起步,并作为一种革命性的技术思想得到空前的重视,我们不能走过去的路子,继续扩大差距,而应采取积极对策。”
而这个“对策”就是中压直流综合电力系统。但中压直流综合电力系统的六大分系统技术要求极高,尽管目前国内的永磁电机、大容量电容相继取得突破,但离真正实现还有一定距离。
目前,国内也仅在民用船舶上实现了中压直流推进系统的应用工程化。图注:国内综合电力系统应用的几个时间点。
所以总的来看,在世界范围内的舰船综合电力系统上,国内外目前在中压交流综合电力系统上出于同等地位,但国内工程应用落后于国外。
在中压直流综合电力系统技术上,国内处于领先水平,但远没有网络媒体所谓的“超出一代”那么夸张!
本文参考文献;
海军工程大学电力电子技术研究所,马伟明《船电气化与信息化复合发展之思考》
中国舰船研究2016年01期,付立军、刘鲁锋、王刚、马凡、叶志浩、纪锋、刘路辉《我国舰船中压直流综合电力系统研究进展》
海军工程大学,马伟明《新一代舰船动力平台综合电力系统》
《2016、2017中国舰船综合电力系统发展历程及市场规模分析》
最后谢谢大家的阅读,如果喜欢请您点个关注!
2. 助中国039B潜艇超日本苍龙级?
国家兴亡匹夫有责!一个大国在崛起的过程中必然会在崛起的同时出现一批具有划时代的科学技术人才,为大国的崛起添砖加瓦!为民族的复兴而不懈努力我们为有马伟明这样的伟大院士而感到无尚的自豪和敬意!
3. 国宝马伟明院士似乎住武汉?
你是什么人,你还牵挂马院士,除非是你心操多了!你把武汉意淫成了水深火热了!
特朗普似乎在美国,有谁知道他的近况,我很牵挂他!
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1什么是舰船综合电力系统。
2舰船综合电力系统的重要性和意义。
3舰船综合电力系统的发展现状和趋势。
4国外“舰船综合电力系统”的发展和成果。
5国内“舰船综合电力系统”的起源、技术选择,及成果与发展趋势。
“舰船综合电力系统”,又“称舰船电气化或全电化”,是通过电力网络将发电、日常用电、推进供电、高能武器发射供电大功率探测供电综合为一体的电力系统。
主要有发电系统、输配电系统、变配电系统、推进系统、储能系统、能量管理系统,六大分系统组成。
在以往的传统舰船动力系统中,机械推进系统和电力系统是两个互相独立的系统,在进行信息化改造时,传统舰船推进系统需要将非电量转化为电量,需要额外增加处理设备才能满足信息化接口的要求,不仅需要更多的传感器,(机械推进系统的转速信号必须通过增设转速传感器而获得)还需要增加设备的信息接口、光纤等网络设备,实现非常复杂。
而舰船综合电力系统可以将传统舰船中相互独立的动力、电力两大系统整合为一,以电能的形势为舰船推进、脉冲、通信、导航等多系统设备供电,可以实现全舰能源的综合利用。
同时,在实际应用中,舰船综合电力系统不仅能简化舰船动力系统结构、提高舰船系统效率、降低舰船噪声能级、减少舰船全寿命周期费用,还可以降低监控系统的规模、系统设备的信息接口、减少系统的网络设备和数据处理量,从而降低舰艇信息化改造的复杂程度。
并且,舰船综合电力系统可以对舰船能量进行统一的管理和动态分配,能够在满足舰船高速航行动力需求的同时,还可以保证战斗状态下高能武器的用电需求,从而提高舰船作战能力和执行任务的灵活性。
所以,舰船综合电力系统是舰船信息化的基础和保障,也是高能武器上舰的前提条件,在未来高科技技术条件下,以网络为平台、以高新技术武器、新概念武器等精确打击武器为主体的未来海战中,综合电力系统是舰船最重要的技术之一,是整个舰船动力系统未来的发展方向。图注:根据马伟明院士未来“全能舰”的设想,“综合电力系统”是最关键的技术之一。
我国的舰船综合电力系统研究在“九五”期间开始预研,经过“十五”和“十一五”的刻苦公关,已经取得了一系列成果,在大功率燃气轮机、高速柴油机、高功率密集度集成化发电、中压交流发电机、高转矩密度先进感应推进电机、中压大容量变频调速装置、中压配电装置、中压交流和直流断路器以及系统监控与能量管理等方面均实现了关键技术的突破。
在整体技术层面上讲,与美、英、法等发达国家海军基本保持同步,在集成化发电领域还处于国际领先地位。
但在工程应用方面则相对落后,尤其是在中压交流综合电力系统上,早在上世纪80年代起美、英等海军技术强国,就开始进行综合电力系统的理论探索与关键技术研究,美国海军至今已经建立了舰船综合电力系统陆基实验站,并于2001年完成全尺寸综合电力系统陆上演示实验,英、法两国则于2003年建立了电力战舰技术演示实验场,与45型驱逐舰的研制紧密结合。
2009年7月,英国45型驱逐舰服役,成为世界上首艘采用综合电力系统的水面主战舰船,2006年12月,法国第一艘采用综合电力推进的西北风级两栖攻击舰服役,2013年10月,采用中压交流综合电力系统的美国 DDG1000驱逐舰下水,在中压交流综合电力系统的工程化应用上,国外已经走在了前面。
但国外舰船综合电力系统的工程化应用,都以一代中压交流综合力系统为主,在舰船综合电力系统的六大分系统上,一代中压交流综合电力系统表现为;
1发电分系统,采用中压交流工频同步发电机组。
2输配电分系统,采用中压交流工频配电网络。
3变配电分系统,采用中压交流工频变压器或中压交流供电的直流区域配电装置。
4推进分系统,采用先进感应电动机及其配套的基于IGBT/IGCT电力电子功率器件的推进变频器。
5没有储能分系统。
6能量管理分系统,采用基本型能量管理系统,能实现全系统监控,和基本的能量调度功能。
在舰船综合电力系统上,中压交流综合电力系统技术优点是;技术成熟度高,技术风险小,但同时存在发电机组并联困难、系统线路压降大,同时相对体积重量庞大等缺点。
所以,随着电工材料、电力电子器件、控制技术和计算机技术的发展,世界各海军技术强国都在积极开展二代舰船综合电力系统的研究,也就是“中压直流综合电力系统”
在舰船综合电力系统的六大分系统上,“中压直流综合电力系统”表现为;
1发电分系统,采用高速集成中压整流发电机组。
2输配电分系统,采用中压直流配电网络。
3变配电系统,采用中压直流供电的直流区域配电装置。
4推进分系统,推进分系统中的推进变频器,采用基于组件高度集成的推进变频器或基于宽带隙半导体材料功率器件(碳化硅材料推进变频器),推进电机采用永磁或高温超导电机。
5储能分系统,采用超级电容储能,集成式惯性储能或复合储能。
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中压直流综合电力系统的技术难点在于;
1直流系统短路电流不存在自然过零点,断路器分断困难。
2中压直流供电系统的电力电子静态稳定性困难。
推进负载具具有负增量抗阻特性,容易引起系统的电压失稳。同时电力电子变流设备级联时,输入、输出阻抗不匹配,会引起系统失稳或者系统动态相应性能变差。
中压直流综合电力系统的优点是;具有更高的功率密度和运行灵活性,同时对舰船原动机的调速性能要求低,可以让调速性能、容量、频率差异大的不同类型发电机组稳定并联运行,并且减轻设备的体积重量,降低设备的噪声振动水平,提高系统的效率和功率密度。
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但在技术先进性和总体上来看“中压直流电网结构”才是下一代舰船综合电力系统的发展方向。
而由于国内舰船原动力机性能落后,尤其是大功率燃气轮机可选机型少,调速性能落后于国外,在中压交流综合电力系统上,国内不同类型原动机带动的发电机组因功率等级和调速性能差异大而难以并联稳定运行。图注:国内的舰用燃气轮机还是以仿制乌克兰的GT25000为主,性能只能算是凑合用!
所以在舰船综合电力系统的研制阶段,海军工程大学舰船综合电力技术重点实验室于2003年首次在世界上提出中压直流综合电力技术路线(不是中压直流综合电力系统)
既采用二代中压直流综合电力系统的网络结构,为一代综合电力系统分系统设备供电,构成一代半舰船综合电力系统,可以看做是一、二代舰船综合电力系统的过度阶段。
马伟明院士在其2004的论文《舰船动力发展方向——综合电力系统》中是这么说的:“几十年来,我国舰船动力系统的发展,基本上是走在引进的基础上研仿、改进、自行研制的技术道路,从战略意义上讲,这是一条研仿、落后、再研仿、再落后的道路,目前,我国舰船动力系统的技术总体水平明显落后西方。舰船综合电力系统研究在国外已经起步,并作为一种革命性的技术思想得到空前的重视,我们不能走过去的路子,继续扩大差距,而应采取积极对策。”
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所以总的来看,在世界范围内的舰船综合电力系统上,国内外目前在中压交流综合电力系统上出于同等地位,但国内工程应用落后于国外。
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中国舰船研究2016年01期,付立军、刘鲁锋、王刚、马凡、叶志浩、纪锋、刘路辉《我国舰船中压直流综合电力系统研究进展》
海军工程大学,马伟明《新一代舰船动力平台综合电力系统》
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