電力推進

艦船依靠自身配備的發電裝置獲取電能來驅動艦船運動的推進方式，應用至今已有160餘年的歷史，故電力推進也算得上是一種古老的推進方式了。

20世紀的前期，汽輪機初次在艦船上應用，由於大功率機械減速裝置在製造工藝上尚有一定的困難，所以從護衛艦到航空母艦等許多軍用艦船，以及油船、客貨船等許多大型民用船舶都採用了電力推進，並發展了各種形式的電力推進裝置。第二次世界大戰后，隨著科學技術的進步，已可批量生產可以滿足艦船動力要求的齒輪減速裝置，而當時技術條件下的電力推進裝置又由於增多了能量變換環節，帶來了設備昂貴、傳動效率低、維護保養工作量大等一系列缺點，故艦船又大量採用柴油機、汽輪機或燃氣輪機的直接傳動推進。但是，由於電力推進的特殊優點——無比優越的靈活性，常規潛艇、工程船、破冰船等一些要求良好操縱性、轉矩特性和響應特性的特殊用途艦船仍然廣泛採用電力推進。

20世紀70年代以後，電子技術向大功率方向高速發展，以開關技術為基礎的功率電子技術不但不斷地提高開關的頻率，而且朝著智能化、模塊化的方向發展。具有代表性的幾種功率電子器件首先在陸上電網得到了應用，然後又逐步發展到艦船上。功率電子技術不僅徹底改變了艦船能量變換的面貌，而且使原先艦船電力推進存在的一些缺點發生根本性的轉化，其優點和長處得到進一步發揚。

80年代以來，高新技術有了很大發展。例如，進入實用階段的永磁電機可以給艦船電力推進設備帶來更小的體積和重量；超導技術和燃料電池的研究已在某些技術領域有了一定的進展。這些技術一旦有所突破將會給電力推進帶來更深刻的變化，使電力推進形成壓倒原動機直接傳動推進的絕對優勢。

近年來，世界上又出現了許多採用電力推進的軍用艦艇和民用船舶。這些艦船的電力推進裝置大部分配備了現代的功率電子變換設備，有的還配備了永磁電機。因而，今天艦船所採用的電力推進已經不是以往的簡單重複，無論是艦船總體系統的組成或是推進裝置自身的性能都有了長足的進步和提高。

對於在漫長航線上以恆定航速運送貨物的貨船而言，目前對電力推進沒有太多的興趣，因為沒有需要取悅的乘客，也沒有需要用高爆發功率發射的武器、但是目前的破冰船和浮式海上石油鑽井平台幾乎毫不例外地都採用了電力推進方式，而且電力推進在客渡船和車輛輪渡上的應用更加普遍。目前其他一類採用電力推進方式且正在建造的商用船舶還包括穿梭油輪、鋪管船、電纜敷設船以及海洋研究船。

目前對郵輪而言，配有吊艙式電動機的電力推進已成為一種規範。這種設計會給船舶的內部設計與船舶操縱性帶來極大的便利。吊艙式推進電動機安裝在船舶底部的水中，並在郵輪上被廣泛採用，且也正在海軍艦艇的考慮之列。由於吊艙設計主要取決於電動機及其冷卻系統，因此，新近發展起來的緊湊型電動機技術是更適合電力推進的主要技術。

目前在郵輪和其他一些商業船舶上採用的電力推進系統通常都是在海外建造的，主要是在歐洲。三個主要歐洲電力推進提供商中的兩個是阿爾斯通(Mstom)公司和阿西亞布朗勃法瑞(Asea Brown Boveri，ABB)公司，兩者佔據了目前運營中的大部分電力推進系統。ABB公司的主要電力推進設備用於芬蘭和義大利。德國的西門子公司雖然僅佔有較小的市場份額，但在永磁電動機和先進電機驅動方面處於領先地位。

在為一個新的船舶線型研製候選架構時，系統工程師的首要任務就是在機械推進與電力推進的選擇上進行權衡。如果一個船舶有如下的需求，電力推進則是一個很好的候選方案：

1、很高的客房負荷或武器負荷都是電力負荷。

2、主要設備安置的靈活性要很高。

3、乘客或者武器要有更多的空間。

4、需要降低振動與雜訊。

5、可靠性、操縱性及可重構性要很高。

如果基於技術、商業以及其他相關考慮而選擇了電力推進，那麼下一個問題就是採用交流電還是直流電。

電力推進的速度控制需在正車和倒車方向均能夠從零功率到滿功率連續可調。速度設定值與實際的速度反饋值比較產生速度偏差，經PI運算得到推進的轉矩值並送到變頻裝置，通過改變電機頻率來實現速度調節。但在調節過程中，其對應的功率應不超過可用的電網最大推進功率限制值。

1．預防斷電措施

在正常情況下推進能量是電站總負載的主要部分，因此必須有自動降負載功能及防斷電功能，並與電站設計和能量管理功能高度協調一致。推進控制器在預防斷電的邏輯中包括三級自動降負載。

(1)電力管理系統從可用電網功率中計算出最大負載限制．根據能量分配或能量管理系統設置的優先順序，得出可提供給推進器的最大功率。

(2)事件觸發的降低負載。典型的做法是一個數字信號驅動馬達降低負載到一個預設的比例水平和某個預設的絕對值。這個信號可能來自電力管理系統，也可能來自配電屏內的保護/控制設備。

(3)頻率觸發的降低負載。僅依據本地驅動器供電頻率測量。在預防由於發電機過載導致的欠頻跳閘失電的邏輯保護中，這一般被認為是最末端的保護。

2．電力推進對電站的要求

電力推進系統中的電站控制應滿足以下要求：

(1)電站控制應確保有足夠的電網功率裕量滿足在任何情況下運行的船舶安全操縱的需要。

(2)並聯運行的發電機組應具有調頻調載的控制功能。

(3)電站控制的設置應使控制系統的故障不會導致現有功率的變化，即在出現故障時，發電機組不應起動或停機。

(4)當電站過載時，應具有自動卸掉非重要負載的功能。

(5)電站的控制系統應保證在推進和日用負載之間安全地分配電力。如有必要，可以卸掉非重要負載和(或)降低推進功率。

(6)在一台發電機組不工作時，剩餘的機組應能向所有的重要設備和船舶的常用設備供電，同時應維持有效的推進。

例如，正常情況下由兩台或兩台以上發電機組並聯供電，當其中一台發電機組突然斷電時，運行中的剩餘機組應足以保證重要設備的不間斷運行和有效推進。