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摘要：综合电力推进系统在海洋工程船舶中具有广阔的应用前景。本文重点论述了海洋工程船舶综合电力推进系统的关键技术。
关键词：海洋工程船舶；综合电力推进系统；关键技术
船舶电力推进技术的兴起是现代电力电子技术进步的必然结果。同时，作为船舶主动力系统的电力推进系统，由于其高效率、高可靠性、高自动化及低维护，正成为新世纪大型水面船舶青睐的主推进系统。
一、综合电力推进系统的优势
1、更好的综合经济性。虽然电力推进的初期投资高，但能降低整个综合电力推进系统的维修量和维修费用，实现电能综合管理，减少了综合运行费用和排放污染。
2、更高的可靠性。综合电力推进系统可通过调节电站运行发电机组的数量，使原动机工作在最佳状态，且使原动机的辅助设备通用且互为冗余。多台发电机组的配置，供电网络的灵活结构形式和有效保护手段，使综合电力推进系统具有很强的抗故障能力和自愈能力。
3、更舒适的舱室环境。综合电力推进系统使原动机脱离推进轴系，原动机布置更灵活，并在固定的转速下运行，便于降低机械噪声，可极大地提高航行的舒适度。
4、更大的有效舱容。综合电力推进系统实现电能综合管理，采取用电负荷的错峰使用，可使原动机装船容量减少约20%～30%。发电机组可灵活布置，也有利提高船舶的有效舱容。
5、更强的操纵性能。综合电力推进系统的操纵性、机动性能优于机械式直接推进。电动机的加减速、反转的控制相对原动机更快捷、响应时间更短，能方便地实现全速和紧急倒车；全速转向的回转半径小于2.5倍船长（机械式直接推进需4～5倍船长）。同时，综合电力推进系统可实现无级调速。
二、综合电力系统关键技术
1、中性点接地技术。海洋工程船舶中高压供电网络的中性点接地处理方式选择是一个涉及电力系统多方面的综合性问题，综合来看，中高压电力系统区别于传统低压电力系统首要的是绝缘问题。当前，船用中高压电力系统电压等级常用的有3.3kV、6.3kV，11kV，有的甚至已达到15kV，当发生单相接地故障时，接地电流在故障点形成的电弧不能自行熄灭，同时，间歇电弧产生的过电压能进一步扩大故障。在设计船舶中高压电力系统时，首先要考虑电容电流问题，中高压设备、输配电线路在正常运行时会产生电磁场效应，相当于有对地电容存在。
目前，船舶中压供电网络中性点接地的处理方式主要包括中性点不接地、中性点直接接地、经消弧线圈接地、经电阻接地（低阻接地和高阻接地）等。考虑到系统容性电流、设备成本、安装技术及继电保护难易程度等方面因素，当前海洋工程船舶上大多使用经高阻接地，此方式在单相接地故障时所产生的零序电压和零序电流，可使检测、保护装置更加灵敏，以限制单相接地故障电流为目的。经高阻接地方式适用于10kV及以下的电力系统，当电力系统电压较高时，接地电容电流超过限制时，此种方式不适用，此时会考虑采用每一段主汇流排经开口三角变压器接地方式。
对海洋工程船舶电力系统而言，同步发电机是最重要的设备之一，确定高阻接地阻值时应先从保证发电机安全性的角度出发。采用发电机中性点经高阻接地，一要限制弧光接地过电压的倍数，二要限制故障电流，同时满足继电保护的要求。根据相关试验数据，发电机在1.5UN（2.6倍相电压）及以下过电压较为安全，一般作用于发电机的过电压不宜超过2.6倍相电压。总之，高电阻接地以限制单相接地的故障电流为目的，因此原则上应满足：通过高阻接地装置的电流等于或稍大于系统的电容电流。因此，如何确定系统的电容电流就成为确定接地电阻的关键。
2、系统保护技术。海洋工程船舶中高压电力系统相对于传统的低压电力系统保护方面有很大的不同，除了低压电力系统常规的保护外，其中高压电力系统要考虑中性点接地方式，当发生接地故障时，系统要尽快切出故障，因此要增加接地保障的监测与保护，还要增加差动保护、零序电流、零序电压等，此外，对海洋工程船舶而言，大多采用多电站并联运行方式，其中高压电力系统要考虑跨接线路的保护问题；并且如何针对复杂的环形供电系统制定保护策略，完成选择性保护协调配合是中高压电力系统的实际难题。低压电力系统的大多数主保护是通过空气断路器本身完成的，而中高压电力系统主保护需采用数字式综合继电保护装置和真空断路器来完成相关任务。
3、谐波抑制技术。船舶电力推进技术的兴起，很大程度上归功于功率半导体器件的飞速发展，采用功率半导体器件的变频装置是为了变流。变流过程中，输入和输出侧电压和电流会出现波形畸变，产生大量的谐波，导致原本的正弦波电压和电流发生畸变，降低了船舶电网的电能质量，影响了船舶电力推进系统的安全运行，增加了功率损耗，给系统设备带来不同程度的危害，严重时还会损坏设备。因此，谐波抑制的研究，对船舶电力推进系统的应用和发展有着非常重大的意义。
谐波抑制重要的技术是使用并联型有源电力滤波器，其工作原理为：指令电流运算电路在检测到负载电流后，通过运算把负载电流信号中的谐波电流、无功电流及负序电流和零序电流检测出来，然后把电流信号转换成相应的变流器触发信号，再通过电流跟踪控制电路形成触发脉冲去驱动变流器，使变流器产生的电流为上述电流之和，极性相反，再回注入电网，则电网中的谐波电流、无功电流、负序电流和零序电流被抵消为零，只剩下基波有功正序电流。
4、区域直流配电技术。对海洋工程船舶而言，除了推进器等变频驱动外，还有很多变频驱动设备，此时会考虑采用区域直流配电系统，其通常包括变压器、整流器、直流母线、逆变器等。中压配电板通过联络电缆向区域直流配电中心输送电能，该中心负责电能变换和分配。区域直流配电系统适合多台大功率变频电机集中分布的情况，例如海洋工程船舶的起重和锚绞车等设备同时驱动多个电机，采用直流配电板供电技术给各逆变器统一供电，能实现多台电机的馈电共享和循环利用，缓解传统变频控制装置的负面影响，降低电网侧变压器规格的要求，减少穿插电缆的数量和变频设备的数量，降低系统滤波复杂程度，总体上具有优化系统构架，降低设计建造成本，提高系统生命力等特点。
三、电力推进系统的发展方向
现代船舶电力推进将是现阶段船舶发展的重大关键之一。我国船舶工业正进入高附加值造船的领域，应充分重视电力推进的研究和发展。
当前，电力推进系统的发展方向主要是交流推进系统，而它的工业基础主要是大功率变频调速技术和大容量电机制造技术。1990年代起，我国大功率AC/AC变频调速装置取得了长足的进展，迄今为止，国产大型传动AC/AC变频调速系统其变频装机容量达20MW，驱动电机容量达10MW，我国的大型传动AC/AC变频调速技术已跨入世界先进行列。然而，在更适合于海洋工程船舶电力推进系统的高压变频器方面，与世界先进水平相比还有很大的差距。
通过多年的科研，我国已建立了具有一定规模的电力推进设备生产基地和人才队伍，应打破电力推进应用对象的局限性，加强交流电力推进系统的研究，实现与基础工业系统的联合，进一步加强船舶总体设计与电力推进行业之间，以及电力推进行业与电力电子行业之间的沟通和联系，各方共同大力合作开发和应用，促进我国电力推进装置更好更快的发展。
四、结语
近年来，随着社会经济及现代科技的不断发展，以综合电力推进技术为技术指导的海洋工程船舶成为了现代社会船舶的主流趋势，实现了船舶动力综合发展系统的“革命性”变革，由此推进了中高压电力系统和区域直流配电系统在海洋工程船舶上的广泛应用。
参考文献：
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[2]张元玮.海洋工程船舶综合电力推进系统关键技术分析[J].船舶工程，2014（03）.
[3]郑福光.海洋工程船舶综合电力推进系统的关键技术研究[J].企业技术开发月刊，2016（19）.