鄢 倫，吳大立，李興東，汪永茂

（武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，武漢 430205）

0 引言

近年來(lái)，隨著節(jié)能減排要求的不斷提高和電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，便于變速運(yùn)行的發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和便于儲(chǔ)能設(shè)備接入以提高船舶電力系統(tǒng)供電連續(xù)性和動(dòng)力靈活操控性成為船舶直流電力系統(tǒng)發(fā)展的核心推動(dòng)力之一，直流全電力推進(jìn)成為船舶電力系統(tǒng)發(fā)展的重要方向[1]。然而，缺乏完備的短路故障管控技術(shù)實(shí)施的手段和指導(dǎo)原則成為設(shè)計(jì)直流全電力推進(jìn)船舶電力系統(tǒng)的主要障礙。短路故障管控技術(shù)包括故障檢測(cè)、故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)三個(gè)方面；故障檢測(cè)和故障隔離要求將故障區(qū)域從船舶直流電網(wǎng)中隔離開(kāi)，以保證正常區(qū)域負(fù)載供配電不受影響；網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)則要求船舶電力系統(tǒng)根據(jù)故障情形改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟员ＷC重要負(fù)載的連續(xù)供電。完備的短路故障管控是直流全電力推進(jìn)船舶高供電可靠性和生命力的基礎(chǔ)。

直流全電力推進(jìn)船舶電網(wǎng)與陸上直流電網(wǎng)在負(fù)荷類(lèi)型和特征上有明顯不同，具有與任務(wù)強(qiáng)關(guān)聯(lián)和難以預(yù)測(cè)的特征，且高達(dá)總發(fā)電容量80%甚至以上的電力推進(jìn)負(fù)載的大范圍波動(dòng)也使船舶直流電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)能力受到推進(jìn)負(fù)荷的顯著影響[2]，導(dǎo)致直流全電力推進(jìn)船舶電網(wǎng)短路故障管控不僅面臨陸上直流電網(wǎng)同樣巨大的挑戰(zhàn)，且相關(guān)研究成果也無(wú)法直接遷移應(yīng)用。直流全電力推進(jìn)船舶電網(wǎng)短路故障管控的技術(shù)難題已經(jīng)引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界多個(gè)研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。位于美國(guó)的電力艦船研究和發(fā)展協(xié)會(huì)（Electric Ship Research and Development Consortium，ESRDC）是其中的突出代表[3]。

本文將當(dāng)前國(guó)外直流電力系統(tǒng)短路故障管控技術(shù)上的研究成果分析整合，結(jié)合船舶直流電網(wǎng)短路故障特性和保護(hù)需求，分析了直流電網(wǎng)短路故障管控技術(shù)的研究進(jìn)展，指出了直流全電力推進(jìn)船舶短路故障管控技術(shù)未來(lái)發(fā)展和需求研究的重點(diǎn)。

1 船舶直流電網(wǎng)短路故障特性和保護(hù)需求

1.1 船舶直流電網(wǎng)短路故障特性

在船舶直流電網(wǎng)中，同步發(fā)電機(jī)采用兩電平電壓源變換器接入的方案較多，其拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 同步發(fā)電機(jī)通過(guò)兩電平電壓源變換器接入電網(wǎng)拓?fù)?/p>

當(dāng)同步整流發(fā)電機(jī)外部短路時(shí)，短路電流由兩個(gè)響應(yīng)決定，一是變換器直流側(cè)電容暫態(tài)放電電流，二是發(fā)電機(jī)饋送的短路電流。同步整流發(fā)電機(jī)短路響應(yīng)為典型的4階段過(guò)程，如圖2所示。圖2（a）表示直流側(cè)電容快速暫態(tài)放電，直流電壓降低；圖2（b）表示直流母線電壓低于發(fā)電機(jī)交流側(cè)電壓峰值后，IGBT反并聯(lián)續(xù)流二極管導(dǎo)通，交流發(fā)電機(jī)開(kāi)始通過(guò)續(xù)流二極管向短路點(diǎn)饋送短路電流，IGBT過(guò)電流保護(hù)關(guān)斷；圖2（c）表示所有IGBT反并聯(lián)續(xù)流二極管均導(dǎo)通，發(fā)電機(jī)處于完全短路狀態(tài)；圖2（d）表示形成發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)饋送短路電流。某一同步整流發(fā)電機(jī)典型外部短路電流曲線如圖3所示。

圖2 不同階段整流發(fā)電機(jī)短路故障電流響應(yīng)

圖3 整流發(fā)電機(jī)典型短路故障電流曲線

從圖3中可知，整流發(fā)電機(jī)短路電流無(wú)過(guò)零點(diǎn)，并在約2～3 ms內(nèi)就迅速升高到約額定電流15倍的峰值。此特征短路電流不僅可能導(dǎo)致直流側(cè)電容和二極管等熱損毀或過(guò)電壓損壞，同時(shí)巨大的電磁力也可能導(dǎo)致元件機(jī)械損壞。此外，由于船舶直流電網(wǎng)短路阻抗很小，短路時(shí)整個(gè)直流電網(wǎng)短路電流也幾乎一樣大。

1.2 船舶直流電網(wǎng)短路保護(hù)需求

針對(duì)船舶直流電網(wǎng)短路特性，為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)快速選擇性保護(hù)，其基本要求如下：

1）電流傳感器要求

為測(cè)量直流短路電流，分流器、電流互感器、霍爾傳感器或羅氏線圈等是當(dāng)前幾種應(yīng)用較多的測(cè)量方案，不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示[4-5]。

表1 不同電流傳感器優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

2）故障隔離時(shí)間要求

由于短路阻抗小，直流電網(wǎng)短路電流上升率和幅值比交流電網(wǎng)大得多，傳統(tǒng)交流電網(wǎng)基于穩(wěn)態(tài)短路電流來(lái)進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)和配合的思路在直流電網(wǎng)中無(wú)法應(yīng)用。為避免直流電網(wǎng)快速上升且峰值巨大的短路電流造成變換器等損壞，一般要求故障檢測(cè)和隔離時(shí)間在10 ms以?xún)?nèi)。

3）選擇性要求和保護(hù)配合挑戰(zhàn)

在傳統(tǒng)交流系統(tǒng)中，單端或多端保護(hù)被用于實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)。單端保護(hù)只檢測(cè)末端電壓和電流，且一般通過(guò)電流或時(shí)間原則來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)，而多端保護(hù)則同時(shí)采集首末端電壓和電流。對(duì)于船舶直流電網(wǎng)而言，由于快速上升的故障電流和嚴(yán)苛的時(shí)間配合要求，難以再采用這樣的原則。此外，距離保護(hù)也難以直接在緊湊的船舶直流電網(wǎng)中應(yīng)用。

2 船舶直流電網(wǎng)短路故障管控研究現(xiàn)狀

2.1 短路故障管控技術(shù)研究框架

故障檢測(cè)、故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)作為船舶直流電網(wǎng)短路故障管控的重要內(nèi)容，其研究不可互相割裂，本文基于的統(tǒng)一分析研究框架如圖4所示。

圖4 船舶直流電網(wǎng)短路故障管控技術(shù)研究框架

2.2 故障檢測(cè)

故障檢測(cè)是船舶直流電網(wǎng)短路故障管控實(shí)施的首要環(huán)節(jié)，當(dāng)前主要研究思路和手段包括如下。

1）檢測(cè)交流側(cè)電流實(shí)現(xiàn)保護(hù)

基于交流保護(hù)方案，通過(guò)檢測(cè)整流發(fā)電機(jī)交流側(cè)電流以實(shí)現(xiàn)直流側(cè)短路保護(hù)是最簡(jiǎn)單的方法，但其主要問(wèn)題在于交流斷路器一般需要一到兩個(gè)周波的時(shí)間才能分?jǐn)?，難以滿(mǎn)足直流電網(wǎng)快速性保護(hù)的時(shí)間要求，且采用這一方法會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失電。

2）檢測(cè)直流過(guò)電流和電流上升率實(shí)現(xiàn)保護(hù)

過(guò)流保護(hù)在交流系統(tǒng)中較多采用，但由于船舶直流電網(wǎng)短時(shí)路各處短路電流幾乎相同而難以適用，其更適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直流系統(tǒng)以及作為多端直流系統(tǒng)的后備保護(hù)[6]。此外，電流上升率di/dt在直流電網(wǎng)故障檢測(cè)中也經(jīng)常被采用。同時(shí)測(cè)量di/dt和端電壓值，還可估計(jì)保護(hù)區(qū)段的電抗，從而進(jìn)行故障定位，但該方案的主要不足在于需要高帶寬傳感器和快速計(jì)算故障后的線路電抗[7]。

3）電流差動(dòng)和方向檢測(cè)實(shí)現(xiàn)保護(hù)

直流電網(wǎng)通過(guò)檢測(cè)判斷電流方向?qū)崿F(xiàn)方向保護(hù)與交流電網(wǎng)類(lèi)似，但這一保護(hù)需有合適的直流斷路器來(lái)隔離故障。此外，基于流入和流出節(jié)點(diǎn)電流不同的差動(dòng)保護(hù)也可用于直流電網(wǎng)，但由于直流短路故障電流上升率很大，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)需要有速度極快和高可靠的電流傳感器及通信手段[8]。

4）基于信號(hào)處理的方法

信號(hào)處理方法，如小波變換、短時(shí)傅里葉變換和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障檢測(cè)算法在直流電力系統(tǒng)中已有應(yīng)用。盡管這些方法提供了準(zhǔn)確的結(jié)果，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需進(jìn)一步深入研究。

2.3 故障隔離

直流電網(wǎng)故障隔離有基于開(kāi)關(guān)隔離和無(wú)開(kāi)關(guān)隔離兩大方向。在傳統(tǒng)交流系統(tǒng)中，交流斷路器通過(guò)電壓和電流的自然過(guò)零點(diǎn)來(lái)熄滅分?jǐn)喽搪窌r(shí)產(chǎn)生的電弧。而在直流系統(tǒng)中，由于沒(méi)有自然過(guò)零點(diǎn)，若要采用直流斷路器來(lái)隔離故障，則直流斷路器必須采取附加手段來(lái)熄滅短路時(shí)產(chǎn)生的電弧。

2.3.1 基于開(kāi)關(guān)隔離直流短路故障

1）諧振換向直流斷路器

通過(guò)加裝換向元件以及過(guò)電壓吸收部件來(lái)改造交流斷路器以分?jǐn)嘀绷鞴收想娏魇钱?dāng)前實(shí)現(xiàn)直流斷路器的思路之一。主動(dòng)和被動(dòng)諧振換向均能使交流斷路器被改造為直流斷路器。然而，被動(dòng)諧振換向直流斷路器只能分?jǐn)噍^小的直流短路電流，且分?jǐn)鄷r(shí)間也較長(zhǎng)[9]；主動(dòng)諧振斷路器則性能更優(yōu)，可更快的分?jǐn)喔蟮亩搪冯娏鱗10]，如圖5所示。

圖5 被動(dòng)（a）和主動(dòng)（b）諧振換向直流斷路器拓?fù)?/p>

正常工作時(shí)，直流電流從圖5所示的“主通路”流過(guò)，故障時(shí)，跳閘指令發(fā)送到“主通路”的開(kāi)關(guān)上，開(kāi)關(guān)電弧產(chǎn)生，并同時(shí)在換向電路RLCres和開(kāi)關(guān)電弧間產(chǎn)生電流振蕩，這一過(guò)程將在主開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生人為過(guò)零點(diǎn)，從而熄滅電弧以及分?jǐn)嚯娐?。主?dòng)諧振換向直流斷路器需額外控制開(kāi)關(guān)S1、S2的通斷。S2閉合后可對(duì)換向回路的電容預(yù)充電，正常工作時(shí)一般處于閉合狀態(tài)。接收到跳閘指令后，S2分?jǐn)?，S1閉合，激活主動(dòng)諧振電路。

當(dāng)前基于被動(dòng)諧振換向的直流斷路器已經(jīng)在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直流系統(tǒng)中進(jìn)行了測(cè)試，可在20 ms內(nèi)分?jǐn)喔哌_(dá)5.3 kA的短路電流；而基于主動(dòng)諧振換向的直流斷路器則能在5～8 ms內(nèi)分?jǐn)?0.5～16 kA的短路電流[10]。

2）直流固態(tài)斷路器和固態(tài)限流器

隨著半導(dǎo)體器件的快速發(fā)展，固態(tài)開(kāi)關(guān)也逐漸被用于故障隔離，發(fā)展形成直流固態(tài)斷路器，近年來(lái)在船舶直流電網(wǎng)領(lǐng)域也有相關(guān)應(yīng)用報(bào)道[11]。直流固態(tài)斷路器大多基于IGBT或IGCT的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離功能。圖6（a）中表示了一種可關(guān)斷雙向短路電流的固態(tài)斷路器結(jié)構(gòu)[12]。該固態(tài)斷路器內(nèi)串聯(lián)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)管數(shù)量決定了斷路器短路電流分?jǐn)嗄芰碗妷耗褪芩健３斯虘B(tài)斷路器，基于LC諧振回路分?jǐn)喽搪冯娏鞯墓虘B(tài)限流器也被提出[13]。固態(tài)限流器的工作原理與保險(xiǎn)絲類(lèi)似，都是一次性產(chǎn)品，此外也不適用于較高的電壓場(chǎng)合。

圖6 直流固態(tài)斷路器(a)和混合斷路器(b)拓?fù)?/p>

3）混合斷路器

基于諧振原理的直流斷路器相對(duì)需要更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)分?jǐn)喙收想娏鳎虘B(tài)斷路器則分?jǐn)鄷r(shí)間更短，但固態(tài)斷路器的一大劣勢(shì)在于穩(wěn)態(tài)通流損耗大，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低。為解決這一問(wèn)題，將兩者結(jié)合的混合斷路器應(yīng)運(yùn)而生[14]，其一般結(jié)構(gòu)如圖6（b）所示。采用碳化硅發(fā)射極關(guān)斷晶閘管和快速晶閘管作為主斷路器的混合斷路器已分別在船舶中壓直流電網(wǎng)以及陸上直流電網(wǎng)中應(yīng)用。

2.3.2 無(wú)開(kāi)關(guān)隔離直流短路故障

無(wú)開(kāi)關(guān)隔離直流短路故障包括發(fā)電機(jī)采用改進(jìn)變換器接入電網(wǎng)和短路時(shí)發(fā)電機(jī)進(jìn)行緊急去磁。

1）兩電平改進(jìn)變換器

兩電平改進(jìn)變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 兩電平改進(jìn)變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖7（a）中晶閘管與續(xù)流二極管并聯(lián)以分流故障電流，減小二極管I2t值，但故障時(shí)開(kāi)關(guān)經(jīng)受的dv/dt很高；圖7（b）中采用了撬棒保護(hù)（crowbar），但是該方案需要配備有冷卻設(shè)備，且保護(hù)控制與發(fā)電機(jī)交流開(kāi)關(guān)動(dòng)作密切相關(guān)；圖7（c）中交流側(cè)串聯(lián)大電感可顯著減小故障電流但增大了變換器的體積和尺寸；圖7（d）中交流側(cè)增加LCL濾波器可在限制故障電流的同時(shí)保持單位功率因數(shù)，但又受體積龐大的L和C的限制且控制復(fù)雜。

2）接入發(fā)電機(jī)選擇

由于感應(yīng)發(fā)電機(jī)需要較大的勵(lì)磁功率，永磁同步發(fā)電機(jī)短路時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的短路電流，權(quán)衡考慮優(yōu)缺點(diǎn)，采用外部勵(lì)磁的繞線式轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機(jī)成為船舶直流電網(wǎng)的主要選擇。繞線式轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機(jī)對(duì)外饋送的短路電流取決于發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)，而內(nèi)電勢(shì)與勵(lì)磁系統(tǒng)密切相關(guān)，選用合適的去磁系統(tǒng)可減小發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)，進(jìn)而減小對(duì)外饋送的短路電流。恒定電阻去磁系統(tǒng)在工業(yè)界被廣泛采用[15]，如圖8（a）所示。由于過(guò)大的Rd可能產(chǎn)生過(guò)電壓?jiǎn)栴}，Rd阻值必須慎重選擇。為避免恒定電阻去磁可能導(dǎo)致的過(guò)電壓?jiǎn)栴}，圖8（b）所示的可限制勵(lì)磁繞組電壓的非線性壓控電阻（VDR）被提出。

圖8 不同發(fā)電機(jī)去磁系統(tǒng)

此外，將恒定電阻和非線性壓控電阻并聯(lián)的去磁系統(tǒng)也被提出，如圖8（c）所示。發(fā)電機(jī)短路時(shí)，開(kāi)關(guān)S1分?jǐn)?，電阻Rd使勵(lì)磁電流迅速減小，從而使發(fā)電機(jī)對(duì)外饋送短路電流減??；當(dāng)勵(lì)磁電壓超過(guò)限制值后，開(kāi)關(guān)S2閉合，非線性壓控電阻投入運(yùn)行，限制勵(lì)磁電壓不超過(guò)限值。

2.4 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)

在故障檢測(cè)和故障隔離之外，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是船舶直流電網(wǎng)故障管控的另一重要問(wèn)題，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)可確保重要負(fù)載供電連續(xù)性，而重構(gòu)能力則取決于高可靠的母線結(jié)構(gòu)和負(fù)載切除及綜合優(yōu)化策略。

1）船舶直流電網(wǎng)母線結(jié)構(gòu)

共直流母線是船舶直流電網(wǎng)最簡(jiǎn)單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種母線結(jié)構(gòu)形式中所有的發(fā)電機(jī)和負(fù)載都接入同一母線，采用的是饋線配電方式。其他母線拓?fù)浒◤拇^整個(gè)穿過(guò)到船尾的環(huán)形母線結(jié)構(gòu)等。近年來(lái)，直流區(qū)域配電的構(gòu)思被提出[16]，如圖9所示，即船舶被分為幾個(gè)供電區(qū)域，每個(gè)供電區(qū)域通過(guò)電纜和斷路器與直流母線連接，直流母線傳輸?shù)闹绷麟娫诿總€(gè)供電區(qū)域被變換成所需的三相交流電和直流電。緊急和重要負(fù)載通過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置與左右兩舷直流母線同時(shí)連接，并通過(guò)變換器實(shí)現(xiàn)供電區(qū)域內(nèi)故障隔離。與交流配電系統(tǒng)相比，直流區(qū)域配電系統(tǒng)可不間斷保持重要負(fù)載的連續(xù)供電。

圖9 直流區(qū)域配電系統(tǒng)拓?fù)?/p>

2）負(fù)載切除和綜合優(yōu)化策略

高可靠的母線拓?fù)浯_保了發(fā)電機(jī)可持續(xù)不斷向重要負(fù)載供電。然而，故障時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出能力與負(fù)載需求之間可能不匹配，且恒功率負(fù)載也可能影響系統(tǒng)直流母線電壓穩(wěn)定，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。保護(hù)系統(tǒng)避免崩潰的手段之一是采用實(shí)時(shí)負(fù)載切除策略。不同于陸地直流電網(wǎng)，船舶負(fù)載根據(jù)執(zhí)行任務(wù)的不同有不同的供電優(yōu)先級(jí)，一般分為緊急負(fù)載、重要負(fù)載和一般負(fù)載三類(lèi)。因此網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)在本質(zhì)上是考慮船舶電網(wǎng)發(fā)電機(jī)容量和負(fù)載約束條件下的目標(biāo)綜合優(yōu)化問(wèn)題。

針對(duì)這一優(yōu)化問(wèn)題，研究者們考慮的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)包括發(fā)電功率損失最小化、系統(tǒng)穩(wěn)定、最小化開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)、最大化負(fù)載供電能力等[17]。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)可被一般化概括如下：

約束條件為：

式（1）和（2）中，N和M分別代表負(fù)載和發(fā)電機(jī)數(shù)量；Wi代表第i個(gè)負(fù)荷ith的負(fù)載優(yōu)先級(jí)；Pi代表第i個(gè)負(fù)荷ith的負(fù)載大??；Pgen代表第i臺(tái)發(fā)電機(jī)ith的輸出功率；Xi代表第i個(gè)負(fù)載的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；XGi代表第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其可用二進(jìn)制0和1分別表示斷開(kāi)和閉合兩種狀態(tài)。

在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化約束條件中，除了發(fā)電機(jī)總輸出功率需比負(fù)載需求大外，電壓變化范圍約束、線路容量約束以及儲(chǔ)能設(shè)備 SOC約束等也需進(jìn)行考慮，優(yōu)化函數(shù)的求解目標(biāo)是得到網(wǎng)絡(luò)各供電開(kāi)關(guān)的最優(yōu)組合狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)故障后的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。

當(dāng)前，已有多種根據(jù)不同負(fù)載優(yōu)先級(jí)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞鹊木W(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法，如采用集中式控制的啟發(fā)式搜索分析、基于圖論的分析、基于專(zhuān)家決策系統(tǒng)以及采用分布式控制的多智能體系統(tǒng)等方法被提出，提高了船舶直流電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)能力。

3 未來(lái)發(fā)展和研究建議

完善的短路故障管控需要面向多故障情形下的故障檢測(cè)、故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)手段的綜合協(xié)同配合，并貫穿直流全電力推進(jìn)船舶設(shè)計(jì)的全階段。

在故障檢測(cè)上，當(dāng)前研究多假設(shè)電流、電壓傳感器為理想傳感器，然而快速上升且峰值巨大的直流電網(wǎng)短路電流可能導(dǎo)致傳感器飽和甚至損壞。因此后續(xù)需對(duì)不同傳感器進(jìn)行詳細(xì)建模分析并充分考慮其對(duì)于船舶直流電網(wǎng)故障電流檢測(cè)的適用性。

在故障隔離上，當(dāng)前基于開(kāi)關(guān)隔離的各類(lèi)直流斷路器方案被提出，然而其存在體積與重量較大的問(wèn)題；基于無(wú)開(kāi)關(guān)隔離的容錯(cuò)發(fā)電系統(tǒng)方案可更好滿(mǎn)足對(duì)總體空間和重量要求嚴(yán)格的船舶電網(wǎng)，但其短路限流能力有限。因此需深化開(kāi)展直流斷路器小型化和輕量化改進(jìn)研究以及容錯(cuò)發(fā)電系統(tǒng)短路限流能力提升研究。

在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)上，當(dāng)前為簡(jiǎn)化問(wèn)題的研究，多假設(shè)船舶負(fù)載在故障前后恒定不變，這一假設(shè)僅對(duì)負(fù)載相對(duì)發(fā)電容量小得多的系統(tǒng)合理，然而對(duì)船舶電網(wǎng)而言，日常負(fù)載和推進(jìn)負(fù)載幾乎與發(fā)電容量相當(dāng)，故障時(shí)可能變化很大。因此后續(xù)研究中必須充分考慮船舶負(fù)載的強(qiáng)任務(wù)相關(guān)性和不確定性，并將其作為負(fù)載約束條件之一，開(kāi)展進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)語(yǔ)

高動(dòng)力靈活操控性和高供電連續(xù)性成為促進(jìn)直流全電力推進(jìn)船舶快速發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，催生了短路故障管控技術(shù)研究的迫切性。本文分析了船舶直流電網(wǎng)短路電流故障特性和短路保護(hù)需求；并基于統(tǒng)一框架，對(duì)國(guó)外直流電網(wǎng)短路故障管控技術(shù)，包括故障快速檢測(cè)、故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了分析，梳理總結(jié)了目前不同技術(shù)手段的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)以及對(duì)于直流全電力推進(jìn)船舶的適用性；最后指出了直流全電力推進(jìn)船舶短路故障管控技術(shù)未來(lái)發(fā)展和需求研究的重點(diǎn)。本文的內(nèi)容期望能夠促進(jìn)對(duì)直流電網(wǎng)短路故障管控技術(shù)的認(rèn)識(shí)理解，并為未來(lái)研究提供思路和借鑒。