学术动态︱舰船新型配电系统的研究算法

海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室的研究人员肖润龙、王刚等，在2018年第13期《电工技术学报》上撰文指出，综合电力系统（Integrated Power System，IPS）将舰船发供电与推进用电、舰载设备用电集成在统一的系统内，从而实现发电、配电与电力推进用电及其他设备用电统一调度和集中控制。采用舰船综合电力系统有利于优化舰船总体设计、简化舰船动力系统结构、降低舰船噪声等，对舰船设计将产生根本性的影响，代表了舰船动力系统的发展方向[1,2]。

未来的综合电力系统采用中压直流输电（Medium Voltage DC，MVDC）和直流区域配电的网络结构，交直流系统耦合紧密，采用中压直流输电的舰船综合电力系统，能使原动机转速不受系统频率限制，还具有功率密度高、节省空间、电网重构能力好、系统的效率高等优点，是舰船综合电力系统的发展趋势。

直流区域配电系统（DC Zonal Distribution System，DC-ZDS）是一种舰船新型配电系统，它以直流为主要的电能传输和分配形式，对全船的电力系统进行区域划分。采用直流区域配电的综合电力系统，可使发电机的运行频率不受用电设备对频率的严格限制，能够实现发电机和变流设备成本、体积和重量的最佳化[3-5]。

状态估计也被称为滤波，它利用实时测量系统的冗余度，根据自身估计准则来自动剔除不良数据，保留有效数据，同时自动排除在有噪声情况下的错误信息。加权最小二乘状态估计算法是状态估计的最基本解法，特点是收敛性能好，估计质量高。然而这种算法的计算量比较大，速度慢。

快速分解状态估计算法则兼顾了计算速度、收敛性和对各种类型量测量的适应性等方面的优点，可以看成基本加权最小二乘状态估计算法的实用形式[6,7]。陆用电力系统采用高压直流输电的形式，用晶闸管作为换流器件，具有典型的控制策略，其潮流模型的研究比较成熟。

而综合电力系统是一个狭小空间内的独立电力系统，采用了与陆用电力系统不同的网络结构和大量电力电子变流装置，系统运行时对设备的需求与陆用电力系统不同，需要据此确定设备的控制策略，进而建立系统状态估计模型。

在系统结构上，舰船综合电力系统具有电阻高于电抗的特点，需要研究传统状态估计方法在舰船综合电力系统上的适应性，同时系统实时性要求紧迫，因此还需要研究快速估计的方法[8,9]。

图2 中压直流输电和直流区域配电系统模型

最后，作者根据中压直流输电直流区域配电综合电力系统的网络结构和运行需求，建立了综合电力系统静态状态估计模型。该模型具有动态潮流的特点，且只有PQ节点和配电电源节点。根据系统潮流方程具有单向解耦的特点，本文建立了对系统的三个子系统分别进行状态估计的分系统算法。由于三个系统中直流区域配电系统的估计时间最长，故对其采用PQ快速分解状态估计算法，以缩短整体的估计时间。最后对所提出的方法在Matlab上进行了仿真实验，证明了全系统估计方法和分系统快速方法均能有效地估计系统的运行状态，PQ快速分解分系统状态估计算法可进一步提高估计速度，为综合电力系统状态估计实用化奠立了基础。

（原文标题“中压直流输电直流区域配电综合电力系统静态状态估计方法研究”；DOI：10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.170787）