A Preliminary Assessment of Shipboard Power System Architectures for LVDC Integration

📄 arXiv: 2509.22567v1 📥 PDF

作者: D. Roncagliolo, M. Gallo, D. Kaza, F. D'Agostino, A. Chiarelli, F. Silvestro

分类: eess.SY

发布日期: 2025-09-26

备注: Presented at the 10th IEEE Workshop on the Electronic Grid (eGrid 2025)

💡 一句话要点

评估LVDC集成舰船电力系统架构，为海军领域提供设计参考

🎯 匹配领域: 支柱八：物理动画 (Physics-based Animation)

关键词: 舰船电力系统 低压直流配电 LVDC 电网拓扑 性能评估

📋 核心要点

  1. 传统舰船电力系统效率和灵活性受限，难以满足日益增长的电力需求和新型负载。
  2. 论文提出三种LVDC集成方案，包括传统MVAC-LVAC附加LVDC、全LVDC和区域LVDC，旨在提升系统性能。
  3. 通过五个关键指标（重量、体积、技术成熟度等）对三种方案进行评估，为实际应用提供参考。

📝 摘要（中文）

本文针对海军领域中低压直流（LVDC）配电网架构的应用前景，对三种不同的电网拓扑结构进行了初步的比较评估。评估参考了一个现有的中压交流-低压交流（MVAC-LVAC）舰船电力系统。这三种拓扑结构分别是：具有额外LVDC部分的传统MVAC-LVAC径向配电、全LVDC径向配电和区域LVDC配电。每种架构都包含典型的元件，如同步发电机、推进电机、储能系统单元、额外的推进负载和脉冲功率负载。分析利用了五个关键性能指标：重量、体积、技术成熟度、平均系统中断持续时间指标和脉冲功率负载中断指标。

🔬 方法详解

问题定义：现有舰船电力系统通常采用MVAC-LVAC架构，存在效率较低、体积较大、灵活性不足等问题。随着电力需求增加和新型负载（如脉冲功率负载）的引入，传统架构难以满足需求，需要探索更高效、紧凑、可靠的电力系统架构。

核心思路：论文的核心思路是评估将LVDC集成到舰船电力系统中的可行性和优势。通过比较三种不同的LVDC集成方案，分析其在重量、体积、技术成熟度、可靠性等方面的性能差异，为实际应用提供决策依据。选择LVDC是因为其具有更高的效率、更小的体积和更好的控制性能。

技术框架：论文采用比较分析的方法，首先建立三种LVDC集成方案的电力系统模型，包括：1) 传统MVAC-LVAC径向配电附加LVDC部分；2) 全LVDC径向配电；3) 区域LVDC配电。每种架构都包含同步发电机、推进电机、储能系统、额外推进负载和脉冲功率负载等典型元件。然后，针对每种方案，计算五个关键性能指标：重量、体积、技术成熟度、平均系统中断持续时间指标（SAIDI）和脉冲功率负载中断指标。最后，对三种方案的性能指标进行比较，得出评估结论。

关键创新：论文的创新点在于对三种不同的LVDC集成方案进行了全面的比较评估，并提出了适用于舰船电力系统的性能指标。与现有研究相比，本文不仅考虑了电力系统的效率和体积，还考虑了技术成熟度和可靠性等因素，为实际应用提供了更全面的参考。

关键设计：论文的关键设计在于选择了五个关键性能指标，这些指标能够全面反映电力系统的性能。重量和体积直接影响舰船的载重能力和空间利用率；技术成熟度反映了方案的可靠性和风险；SAIDI反映了电力系统的供电可靠性；脉冲功率负载中断指标反映了电力系统对新型负载的适应能力。具体的参数设置和模型细节在论文中没有详细描述，属于未知信息。

📊 实验亮点

论文通过对三种LVDC集成方案的评估，量化了不同方案在重量、体积、技术成熟度、可靠性等方面的性能差异。虽然具体的性能数据未在摘要中给出，但该研究为选择合适的LVDC集成方案提供了重要的参考依据，有助于提升舰船电力系统的整体性能。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于新型舰船电力系统的设计和优化，为海军领域提供更高效、紧凑、可靠的电力解决方案。通过选择合适的LVDC集成方案，可以提高舰船的作战能力和生存能力，并降低运营成本。此外，该研究方法也可推广到其他领域的电力系统设计，如陆地微网和电动汽车等。

📄 摘要（原文）

The adoption of low-voltage direct current sections within grid architectures is emerging as a promising design option in the naval sector. This paper presents a preliminary comparative assessment of three different grid topologies, using an existing MVAC-LVAC shipboard power system as a reference: a conventional MVAC-LVAC radial distribution with an additional LVDC section, a full LVDC radial distribution and a zonal LVDC distribution. Each architecture includes typical elements such as synchronous generators, propulsion motors, energy storage system units, extra propulsive loads, and pulse power loads. The analysis exploits five key performance indicators: weight, volume, technology readiness level, average system interruption duration index, and pulsed power loads interruption index.