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

针对舰船电力系统，评估LVDC集成下的不同架构优劣

🎯 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不足，难以满足日益增长的电力需求和新型负载。
  2. 论文提出评估三种不同LVDC集成方案，旨在寻找更优的舰船电力系统架构。
  3. 通过五个关键性能指标对比分析，为LVDC在舰船电力系统中的应用提供参考。

📝 摘要（中文）

本文针对舰船电力系统，探讨了低压直流（LVDC）在电网架构中的应用前景。以现有的中压交流-低压交流（MVAC-LVAC）舰船电力系统为参考，对三种不同的电网拓扑结构进行了初步的比较评估：一种是具有附加LVDC部分的传统MVAC-LVAC径向配电，一种是全LVDC径向配电，还有一种是区域LVDC配电。每种架构都包括典型的元件，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：论文旨在解决传统舰船电力系统在面对日益增长的电力需求，特别是脉冲功率负载和储能系统集成时，效率和灵活性不足的问题。现有的MVAC-LVAC系统在能量转换过程中存在损耗，且难以灵活适应不同负载的需求。

核心思路：论文的核心思路是通过引入LVDC配电系统，提高电力传输效率，并增强系统的灵活性和可扩展性。通过对比不同的LVDC集成方案，找到最适合舰船电力系统的架构。选择LVDC的原因在于其能够直接连接直流负载和储能设备，减少AC-DC转换环节，从而降低损耗。

技术框架：论文以现有的MVAC-LVAC舰船电力系统为基准，构建了三种不同的电网拓扑结构： 1. 传统MVAC-LVAC径向配电+LVDC部分：在现有系统基础上增加LVDC区域，用于连接特定负载。 2. 全LVDC径向配电：整个低压配电系统采用LVDC。 3. 区域LVDC配电：将整个系统划分为多个区域，每个区域采用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。

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对比评估，并提出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（SAIDI）和脉冲功率负载中断指标。这些指标综合考虑了系统的经济性、可靠性和技术可行性。与现有方法相比，该研究不仅关注了电力系统的效率，还考虑了实际应用中的各种约束条件。

关键设计：论文的关键设计在于选择了合适的性能指标来评估不同架构的优劣。例如，SAIDI指标用于评估系统的可靠性，而重量和体积指标则用于评估系统的经济性。此外，论文还考虑了不同架构的技术成熟度，以确保所提出的方案具有实际应用价值。具体的参数设置和模型细节在摘要中没有详细说明，属于未知信息。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

论文通过五个关键性能指标（重量、体积、技术成熟度、SAIDI、脉冲功率负载中断指标）对三种LVDC集成方案进行了对比评估。虽然摘要中没有给出具体的性能数据和提升幅度，但该研究为LVDC在舰船电力系统中的应用提供了重要的参考依据，并为未来的研究方向提供了指导。

🎯 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，提高舰船的能源利用效率和作战能力。通过选择合适的LVDC集成方案，可以降低舰船的重量和体积，提高系统的可靠性和灵活性，并为未来新型负载的集成提供支持。此外，该研究方法也可推广到其他电力系统，如陆地微网和电动汽车充电站等。

📄 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.