船舶大功率脈沖負載抗沖擊供電系統

龐 宇， 黃文燾， 吳 駿， 邰能靈， 孫國亮

(1. 上海交通大學 電子信息與電氣工程系， 上海 200240； 2. 中國船舶及海洋研究工程設計研究院，上海 200011； 3. 中國衛星海上測控部，江蘇 江陰 214400)

隨著艦船技術的快速發展，高能武器、電磁發射裝置和新型雷達等功率脈沖型負載在船舶綜合電力系統中的應用越來越廣泛[1-2].脈沖型負載的功率脈動無序且頻繁，沖擊峰值高，對系統的穩定與電能質量造成嚴重沖擊；另一方面，船舶綜合電力系統“源-網-荷”耦合緊密，電站容量小且轉動慣量低，僅依賴于船舶電站無法保障系統的安全穩定運行.大功率脈沖負載對功率變換供電系統提出了更高的要求，傳統 Buck或者 Boost供電單元難以滿足.

當前高技術艦船承載的脈沖負載類型越來越多，如移動通訊設備、高功率武器、雷達、電磁發射裝置等，具有寬工作頻率、多工作模式和峰值功率大等特點，且其運行具有強隨機性.以大功率雷達負載為例，其工作周期為10-3～10-1s量級，長脈寬工作模式會導致供電系統功率波動[3-4].新型大功率脈沖負載接入會造成如下影響：① 電站機電調節控制器響應時間長，綜合電力系統無法滿足脈沖負載瞬時功率需求，產生波動或失穩[5-6]；② 系統呈現寬頻域和低慣性特征，非工頻擾動可能引發次同步間諧波問題，破壞系統穩定運行[7-8]；③ 惡化電網電能質量，干擾其他敏感負載.

開展高動態響應升壓/降壓型變換器拓撲優化工作，降低脈沖功率負載引起的電流紋波，避免脈沖負載對供電系統中直流母線的影響，是保證脈沖功率負載高性能穩定工作的關鍵技術方法[9-10].目前，已有研究針對脈沖負載特性及其對獨立電力系統影響展開研究.文獻[11-12]研究了雷達脈沖負載的占空比、工作周期、峰值功率和濾波電容變化時對系統動態指標的影響規律.文獻[13]通過仿真研究了電網運行特性與脈沖負載工作模式之間的關系，分析了不同脈沖負載參數對電網運行特性的影響規律和程度.文獻[14]建立了含脈沖負載的獨立電力系統模型，推導了源載耦合關系，通過理論結合試驗，找出交直流側之間影響的脈動頻率規律，對不同脈沖頻率、不同脈沖負載功率展開試驗，給出了脈沖負載功率分配表.上述文獻分析了脈沖負載及電路參數對系統的影響，對工程設計及后續脈沖負載在獨立電力系統中的應用做了重要鋪墊，但由于其所研究的脈沖負載功率較小且工作模式單一，所以采用的均是傳統負載供電結構.該結構由三相變壓器、不可控整流橋、電感電容(LC)濾波器組成，因缺乏負載電流快速跟蹤響應環節、直流母線電壓電流脈動抑制環節、交流側諧波治理環節等功能，已無法滿足大功率多模式脈沖負載動態響應需求和降低負載對船舶電力系統影響的要求.文獻[15]對含脈沖負載的船舶電力推進系統進行研究，分析了飛輪儲能單元的能量緩沖作用，起到了穩定直流母線和降低脈沖功率對推進系統及電站沖擊的作用，但該儲能方式并不適用于雷達等此類高頻脈沖負載.文獻[16]設計了一種混合儲能方案，能夠有效地使蓄電池減少放電小循環次數，消除負載脈動對供電電源的不利影響，但對于兆瓦級負載并不適用.目前，有學者提出了三相不可控整流器級聯 Buck電路的新型雷達供電單元.文獻[17]建立新型脈沖負載等效拓撲及相應的潮流計算模型，可作為含脈沖負載獨立微電網運行特性及穩定性分析的基礎.文獻[18]推導了新型脈沖負載供電結構的數學模型，通過仿真分析和實物驗證脈沖負載參數對獨立電力系統的影響規律.但是上述文獻未針對新型脈沖負載特點及其影響，從系統與負載的匹配性、系統運行使用的安全性以及穩定性等多角度對供電結構、參數進行研究和設計.

本文分析了功率脈沖負載特性及其對電網的影響，優化傳統脈沖負載供電結構，提出一種大功率多模式脈沖負載供電系統的設計方法，采用功率平抑、能量分組、諧波治理、事故備用等技術，即 “多脈波變壓器+不可控整流+兩級互聯直流/直流(DC/DC)變換器”的供電結構，并對能量緩沖環節中關鍵參數進行設計.仿真分析不同工作模式下負載對系統的影響，通過傳統和新型脈沖負載供電系統性能的對比，說明該結構能顯著改善交流側電壓電流的畸變率，降低交流側功率和直流側母線電壓的波動，驗證了系統結構及參數設計的正確性和有效性，對脈沖負載在獨立電力系統中的應用、設計和參數優化等方面具有重要意義和參考價值.

1 脈沖負載特性及其影響

1.1 脈沖負載特性

新型脈沖負載占空比隨機變化且呈連續脈沖功率沖擊的強非線性特征，其功率特性既有沖擊性，又有隨機性和波動性，具有工作頻率寬、工作模式多和峰值功率大的特點[19].某雷達脈沖負載在不同工作模式下的波形如表1所示.其中：Io為脈沖電流幅值；t為時間；pu.為電力系統的標么值，無單位或者認為為“1”.

表1 不同工作模式下的負載參數和波形Tab.1 Actual load parameters and waveforms at different operating modes

負載呈現脈沖形式，特別是負載在滿載與空載模式之間工作時，可簡化成方波來表示.脈沖負載電流波形及其分解如圖1所示.其中：T為脈沖負載工作周期；D為占空比；Io(t)為脈沖負載電流；Iavg(t)為平均電流；Ipul(t)為脈動電流.Io(t)可以分解為Iavg(t)和Ipul(t)兩部分.由于脈沖負載電流的周期性，Fourier級數展開[20]，可得脈沖電流中諧波成分的增益In如下：

圖1 脈沖負載電流波形及其分解Fig.1 Pulse load current waveforms and its decomposition waveforms

(1)

(2)

式中：n為整數；sinc(nπD)函數的零點值在n=[k/D]， 系數k=0,1,…處；φn為諧波成分的相位.

1.2 脈沖負載供電系統模型

脈沖負載供電系統模型如圖2所示，DC/DC變換器部分可以是單級或雙極，也可以不含直流變換器.其中：ICo、ILo分別為輸出電容Co和濾波電感Lo的支路電流；Uin為輸入電壓；RLo和RCo為電容和電感的內阻；Uo為輸出電壓.由Kirchhoff電流定律可得，Iavg+Ipul=ICo+ILo，脈沖負載引起的電流中脈動部分Ipul會由輸出電容Co和濾波電感Lo兩條支路分攤，若要使供電系統輸入電流的脈動盡可能減小，則需控制流過電感的電流ILo跟隨脈沖負載引起電流中的平均電流Iavg(不考慮開關頻率紋波)，而脈動電流部分則盡量由輸出電容支路來提供，通過合理設計輸出電容大小來控制輸出電壓Uo的波動要求.

圖2 脈沖負載供電系統模型Fig.2 Model of the pulse load power supply system

通過分析脈沖負載引起電流的組成，可以獲得如下結論：① 若供電系統中未采用DC/DC 變換器，則均存在較大的輸入電流脈動和輸出電壓波動；② 若供電系統中采用單級DC/DC變換器，則輸出穩壓和輸入穩流無法同時實現，要么允許脈沖負載功率以脈動電流的形式出現在供電系統輸入端，要么輸出電壓存在一定的波動范圍；③ 若供電系統采用兩級變換器級聯結構，前級變換器允許輸出電壓存在一定的波動來實現輸入電流跟隨脈沖負載引起電流的平均電流部分(即穩定輸入電流)，中間電容為脈沖負載提供脈動功率，后級變換器在輸入電壓波動時控制輸出電壓的穩定.這樣前后兩級變換器分別實現不同的功能，脈動功率由中間電容來承擔，從而能夠同時保證脈沖負載的高精度供電和平抑脈沖負載對供電系統輸入側的沖擊.

1.3 脈沖負載對綜合電力系統的影響

船舶綜合電力系統與陸地大電網相比是一個“源-網-荷”緊密連接的獨立電力系統，具有“強耦合、非線性、高協同”的特點，依賴發電機組電壓頻率調整來實現穩定控制，因電纜線路長度短、線路損耗小、短路電流大，系統狀態信息迅速地在內部傳播，系統工況復雜，負載變化頻繁，受限的發電機組容量及轉動慣量會讓大功率沖擊性負載對系統造成不良影響，由于工作環境惡劣，空間位置有限，供電系統及其關鍵設備的可靠性、生命力、緊湊性要求高.

大功率多模式脈沖負載加入船舶綜合電力系統中，會給系統穩定運行和控制增加難度，如表2所示.因此，綜合電力系統為適配脈沖負載，根據脈沖負載功率需求特性，其供電裝置需配置能量緩沖環節對功率進行平滑處理之后再與船舶主電網連接，不僅需要增大電站容量，還應優化電站、儲能與負載之間的協調能力，以提升船舶載荷與供電品質.

表2 大功率多模式脈沖負載適應性綜合電力系統特點

2 大功率多模式抗沖擊脈沖負載供電系統優化

脈沖負載種類很多，根據其功率等級、周期時間尺度和工作特點會采用不同的供電結構[21].傳統脈沖負載供電系統由柴油發電機組、三相變壓器、不可控整流橋、LC濾波器以及脈沖型負荷組成.新型脈沖負載供電方案將采用功率平抑、能量分組、諧波治理、事故備用等技術所構建的電力網絡保證大容量船舶電站安全供電和負載精準得電要求.

2.1 功率平抑

具有“寬工作頻率、多工作模式和高功率”特性的新型雷達陣面會嚴重影響電網平穩運行，所以需要采取功率波動抑制手段.由于雷達功率波動隨著探測目標的軌跡呈現不確定性，所以須按照負載最嚴苛狀態對系統的影響進行設置.如果單獨設置一套大容量平抑設備可能會造成與總體適裝性上的矛盾，同時也增加了單一故障對全船使命任務造成影響的風險.因此在設計中采用從交流側到負載側，加入多級穩壓電路的方式對脈沖負載進行隔離.脈沖負載的傳統供電系統由柴油發電機組、三相變壓器、不可控整流橋、LC濾波器以及脈沖型負荷組成，在整流電路與脈沖負載之間加入Buck電路和Boost電路的級聯模塊，作為功率平抑裝置，減少脈沖負載對交流側系統的功率沖擊，如圖3所示.其中：PP為脈沖負載功率峰值；S為脈沖開關；L為電感；C為電容.

圖3 串聯功率平抑單元的脈沖負載供電系統Fig.3 Pulse load power supply system of cascade connected power suppression unit

在確定了功率平抑裝置的拓撲結構之后，需要對Buck電路和Boost電路中的元器件參數進行確定，以確保其能夠有效地緩解脈沖負載接入系統后的沖擊，電路參數的選擇涉及到電路所帶的負載功率脈沖參數，詳見第3節.

2.2 能量分組與備用

新型雷達陣面供電需求較大，若采用常規單路供電形式單路供電電流將超過1×104A，大電流傳輸所需要的設備安裝、電纜附設、開關保護器件選擇均會成為工程實施的難點.因此，將雷達陣面供電獨立于全船其他任務和日用設備，采用分組傳輸的形式實現，具體分組可根據陣面功率大小確定.采用分組能量傳輸后，設置臨時電纜跨接環節來提高設備單一故障后的可用性.

由于采用兩級直流變壓環節，通過分組供電與多路配電相結合的方式利用故障后臨時電纜敷接實現故障重構，保證設備單一故障后的可用性，提高負載供電生命力.故障模式下的重構連接如圖4所示.第1組供電支路上的移相變壓器、平抑電源(脈沖平抑電源轉換裝置)、直流配電板損壞時，該組的每路陣面電源可分別從鄰近的直流配電板連接取電，以保證其正常工作.

圖4 故障模式下的重構連接示意圖Fig.4 Schematic diagram of reconstructed connection in fault mode

2.3 諧波治理

脈沖負載為直流負載，其供電系統存在整流環節.整流電路有傳統的三相6 脈沖不可控全橋整流、多脈沖整流(多脈沖變壓器+不可控整流橋)、脈沖寬度調制(PWM)整流3種方案.3種方案的主要性能指標比較如表3所示.其中：THD為總諧波失真理論值；m為脈波數.

表3 3種整流電路方案的主要性能指標比較Tab.3 Comparison of main performance indexes of three rectifier circuit schemes

多脈沖整流是通過不同的繞組聯結方式得到相位不同的電壓矢量，使得網側電流由不同相位的電流矢量疊加而成，使整流電路網側的方波電流變為疊加而成的階梯波電流.整流脈沖數增多，根據階梯波抵消原理，合成電流波形的階梯數越多，電流中諧波成份越少，THD 越小，變壓器漏抗使階梯波邊沿變緩，因而實際THD會略小于理論值[22].

對于可控PWM整流裝置，其可以實現網側電流正弦化，且運行于單位功率因數，目前應用也非常廣泛，雖然其存在很多優點，技術也日趨成熟，但在含脈沖負載的船舶電力系統中，其使用對比不可控整流裝置存在鎖相不準確、高頻諧波和功耗較高等問題.

2.3.1鎖相問題 含脈沖負載的船舶電力系統中電網環境較為惡劣，存在電壓畸變，如諧波、頻率突變、相位突變以及三相不平衡等電能質量問題.在PWM整流器控制中，為實現其網側有功、無功功率控制，同步坐標系下電流內環控制一般需要鎖相環節對電網電壓進行鎖相，動態獲取電網電壓相位信息，實現直軸d和交軸q的定位，提供計算基準.目前的電壓過零鎖相電路依賴于電壓信號零點時刻的檢測，當系統存在電壓畸變時，電壓信號零點與基波零點不一致，鎖相環無畸變電壓的抑制能力，因而在畸變電壓條件下會得到錯誤的相位信息，無法快速、準確地鎖定電壓相位，進而對于需要系統電壓同步的PWM整流器產生影響，使其輸出電流產生異常，更進一步惡化電網的電能質量.現在已經有很多學者對應用于不理想電網環境下的改進型鎖相環技術進行研究，但目前還缺乏專門針對含脈沖負載獨立電網的鎖相技術.文獻[23]對脈沖負荷的沖擊作用進行了研究.仿真結果表明，脈沖負載供電采用不可控整流形式比可控整流形式對艦船電力系統造成的沖擊小得多.因此在飛機、艦船等獨立電力系統中，為提高系統的可靠性和安全性，大多采用不可控整流形式.

2.3.2高頻諧波問題 可控整流采用PWM技術，在開關頻率附近產生高次特征諧波，給電網帶來高次諧波污染.為消除諧波污染，會在電網和整流器之間加入濾波裝置，基于電感電容電感(LCL)型的濾波器應用最為廣泛，兼顧低頻段增益和高頻段的衰減.但采用LCL輸出濾波的PWM整流器為3階系統，存在固有的諧振頻率點，如果獨立電力系統中由于脈沖負載而存在的某次諧波與PWM整流器的固有諧振頻率相近或者相等時，將會產生諧波諧振現象，使本身較小的諧波成分嚴重放大，并且隨著并聯的PWM整流器個數增加，諧振峰的頻率向低頻段移動，電能質量嚴重下降.多個PWM整流器并聯運行的仿真結果如圖5所示.其中：Φ為相位；M為幅值增益；f為電網頻率；U為電壓；I為電流；N為變流器并聯個數；PCC為公共連接點.

圖5 多個PWM整流器并聯運行的仿真結果Fig.5 Simulation results of several PWM rectifiers running in parallel

在指令電流中加入250、550、950 Hz的諧波成分，對多個整流器并聯運行進行仿真，可以得到LCL型PWM整流器諧波放大現象的950 Hz成分數據，如表4所示.從表4中可以看到，950 Hz成分隨著并聯PWM整流器個數的增加，出現了嚴重的放大情況.

表4 PWM整流器的950 Hz諧波Tab.4 950 Hz components of PWM rectifier

由圖5(b)可知，在250 Hz 頻率上，變流器并聯個數的增加對輸出電流的影響不大，沒有出現諧振現象；在550 Hz頻率上，隨著變流器并聯個數的增加，輸出電流、電容電壓和公共連接點，即系統交流母線與整流器連接點，電壓開始出現放大現象；在950 Hz 頻率上，隨著變流器并聯個數的增加，輸出電流出現了明顯的放大，8臺變流器并聯時，電容電壓和PCC電壓都出現了諧振現象，而在實際工程中，大功率脈沖負載的供電往往會采用多組形式，降低單臺設備的功率和體積.

2.3.3功率損耗 由于半導體材料的特性，其本身在開關過程中會產生功率損耗，一方面降低系統的能量轉換效率，另一方面會使設備產生熱量，需要考慮散熱問題.全控性元器件，如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的功率損耗主要來源:飽和開通狀態下通態電阻產生的通態損耗和開關過程中電流電壓不同步引起的開關損耗.二極管的功率損耗則包括導通損耗和反向恢復損耗，由于其反向漏電流很小，故反向損耗很低[24-25].傳統Si二極管存在反向恢復電流，而新型碳化硅肖特基勢壘二極管(SBD)沒有反向恢復損耗.相比于可控PWM整流來說，不可控整流拓撲結構中只有二極管一種功率器件，因此在相同工況下，PWM整流器的損耗大于不可控整流器，且開關管工作溫度也偏高.若再計及控制器，采樣電路等的損耗，二者差距將更加明顯.大功率脈沖負載的供電系統的輸出功率大，功率密度高，設備存放空間相對較小，故電源的熱量產生及散熱問題也是供電系統結構設計中要考慮的因素之一.

濾波器能夠治理諧波，無源濾波器結構簡單、運行穩定，但只能補償固定頻率的諧波，且易和系統發生并聯諧振，導致諧波放大，有源濾波器可動態濾除各次諧波，但可靠性相對較低，在高頻、大功率的場合不適用.文獻[26]將大容量無源濾波器和較小容量的有源濾波器組合，應用于多工作模式下的船舶電力系統，但若用于含大功率脈沖負載的系統，不僅增加成本和空間，還需要特殊設計[27]，并不適用.

因此，新型脈沖負載供電結構中直流環節采用“兩級DC/DC互聯直流變換器”提供負載脈動功率部分，緩解負載沖擊和保證供電精度；整流環節采用“多脈波變壓器+不可控整流”治理電能質量污染問題；最后發電機組提供負載平均功率部分，充分其固有機械慣量，減少直流環節電容儲能容量，節省船上的空間，提高供電系統的功率密度和能量密度[17]，即“多脈波變壓器+不可控整流+兩級DC/DC互聯直流變換器”的結構，如圖6所示.其中：AC為交流；粉色區域中，VT1和D1為Buck電路的開關管及控制信號，L1和C1為Buck電路的濾波電感和輸出電容；黃色區域中，VT2和D2為Boost電路的開關管及控制信號，L2和C2為Boost電路的濾波電感和輸出電容.考慮到綜合電力系統含有大量電力電子開關，和“寬工作頻率、多工作模式”的脈沖負載對系統的影響，將會出現大量諧波，多脈波數選用24脈.

圖6 船舶大功率脈沖負載抗沖擊供電系統結構Fig.6 Surge-suppression power supply system for ship high-power pulse loads

3 脈沖負載能量緩沖單元參數設計

3.1 Buck電路結構與參數的設計

由于輸出直流電壓的波動大小與輸出濾波電感和輸出濾波電容的大小有直接關系，所以在分析功率等級、開關頻率和控制方式對輸出阻抗的影響之前，有必要先給出輸出濾波器的設計.Buck電路結構見圖6粉色區域.當限定了輸出濾波電感電流的脈動大小δ時，濾波電感可由下式求得：

(3)

式中：Po為額定輸出功率；fs為電感電流的脈動頻率.當濾波電感大小確定后，電感電流的脈動大小為

(4)

假定電感電流的脈動量完全由輸出濾波電容來承擔，則輸出電壓的紋波為

(5)

將式(4)代入式(5)，得到：

(6)

式中：RC為電容的等效串聯電阻.

當要求輸出電壓的紋波量不大于輸出電壓波動大小γ時，忽略RC，則根據式(6)可以推導出輸出濾波電容的計算公式為

(7)

3.2 Boost電路結構與參數設計

Boost電路結構見圖6黃色區域.影響輸出電容器的選擇因素有開關頻率的紋波電流、二次諧波的紋波電流、直流輸出電壓、輸出紋波電壓和維持時間.輸出電容值由如下公式表示：

(8)

式中：ΔU為紋波電壓峰峰值；η為變換器效率；f=50 Hz，為電網頻率.對Boost電路的電感設計，當為電流連續模式時，其具體公式為

(9)

而電感電流的脈動大小為

(10)

可得電感的計算公式為

(11)

4 算例仿真分析

柴油電機組輸出端 6 600 V三相交流電經過24脈波不可控整流，然后經過兩級互聯直流變換，前級Buck電路母線電壓為DC510 V，后級Boost電路輸出DC710 V，供給脈沖負載，在MATLAB/Simulink中搭建相應模型，如圖7所示.其中：G為柴油發動機；M為推進電機.其中級聯DC/DC電路參數計算見4.1節.

圖7 新型脈沖負載供電系統仿真結構圖Fig.7 Simulation structure of the new pulse loads power supply system

4.1 Buck電路和Boost電路參數取值

根據實船項目的要求，Buck電路輸出電壓波動率為±5%，則γ取為10%.本文選擇濾波電感電流的脈動大小為負載電流的20%.當系統要求帶脈沖負載時，Po=300 kW，Uo=510 V，開關頻率為 6.4 kHz.根據式(3)和(7)，可以得到：

根據實際器件選取及裕量考慮，最終取值為C1=100 μF，L1=200 μH.

Boost 電路輸出電壓波動為 ±10 V，當系統要求帶負載2時，其輸出功率為Po=300 kW，Uo=710 V，開關頻率為6.4 kHz，變換器效率η=0.9.同樣，根據前面電容電感計算式(8)和(9)，得到：

根據實際器件選取及裕量考慮，最終取值C2=70 mF，L2=150 μH.

4.2 傳統和新型脈沖負載供電系統性能對比

為充分驗證上述結構的有效性，對負載的5種不同工作模式下的實際波形(見表1)進行模擬，分別接入傳統(由三相變壓器、不可控整流橋和LC濾波器組成)和新型脈沖負載供電系統中進行仿真分析，驗證不同脈沖負載對系統的影響，包括交流側電壓、電流畸變率，發電機端電壓Vd、Vq波動率，以及直流側電壓波動率，結果如表5和6所示.

表5 傳統脈沖負載供電系統性能Tab.5 Performance of traditional pulse loads power supply system

表6 新型脈沖負載供電系統性能Tab.6 Performance of new pulse loads power supply system

從表5和6可以看出，傳統脈沖負載供電系統無論接入哪種類型的脈沖負荷，交流側電壓電流畸變率都嚴重超標，電能質量問題嚴重，并且對發電機內部特性影響較大.當接入負載2時，對系統的影響最大，直流側波動達到163.7 V.新型脈沖負載供電系統下，各類型脈沖負載對系統的影響明顯降低，直流側電壓也在非常小的范圍內波動.工作模式為負載2時，傳統和新型脈沖負載供電系統仿真波形如圖8和9所示.其中：Uabc為發電機輸出交流電壓；Iabc為發電機輸出交流電流；UBuck、UBoost分別為Buck電路和Boost電路輸出直流母線電壓.由圖9可知，在加入脈沖負載以后，新型脈沖負載供電系統中Buck電路輸出直流母線電壓穩定后的電壓波動范圍在490～530 V，Boost電路輸出直流母線電壓穩定后的電壓波動范圍在705～715 V，電壓波動率滿足±5 V的要求.

圖8 負載2模式下傳統脈沖負載供電系統仿真波形Fig.8 Simulation waveforms of the conventional pulsed power supply system at load 2 mode

圖9 負載2模式下新型脈沖負載供電系統仿真波形Fig.9 Simulation waveforms of the new pulsed power supply system at load 2 mode

5 結論

本文對含大功率脈沖負載的船舶綜合電力系統進行了研究，包括脈沖負載特性和大功率多模式脈沖負載供電系統優化兩方面，通過理論研究和仿真分析可以得到如下結論.

(1) 脈沖負載電流中所含諧波分量的大小只與脈沖占空比有關，諧波基頻與脈沖頻率有關.

(2) 脈沖負載引起的電流包含脈動電流和平均電流兩部分，其供電系統中直流環節可采用雙級變換器級聯結構，降低脈沖負載沖擊并保證高精度供電.

(3) 在含脈沖負載的船舶電力系統中，不可控整流結構較可控整流結構更合適，通過多脈波變壓器改善電網電能質量.

所以，大功率多模式脈沖負載供電系統可采用“多脈波變壓器+不可控整流+兩級互聯DC/DC直流變換器”的結構，優化電站、儲能與負載之間的協調能力，提升了船舶電力系統載荷能力與供電品質：① 通過多級能量緩沖，平抑脈沖負載沖擊并減少儲能元件單體的體積；② 通過有效控制特殊負載的諧波污染，降低其運行時對其他敏感性負載的影響；③ 通過模塊化、多冗余設計，提高特殊負載的供電生命力.

本文對供電系統中能量緩沖單元參數進行了設計和計算，但該環節的控制策略和參數優化方面還需要進一步研究，而且隨著脈沖負載供電系統變復雜，其建模與穩定分析也變得困難.下一步工作是基于本文供電結構，建立大信號分析模型，推導出系統大擾動下的穩定性判據，并分析物理參數和控制參數對穩定域的影響.