直流带状配电系统：车船飞航空间电力系统

海军在海上和水下运载器的直流带状配电系统方面作了大量的研究。在图8-11所示的配电系统中，三相Boost整流器将大功率交流总线上的电能整流为主直流总线上电压为1200～2000V的直流电。然后DC/DCBuck变换器将主总线上的电压降到285～950V。这些变换器并行运行在功率变换模块（Power Conversion Module，PCM）中，充当主直流总线和由防水墙隔开的各区域之间的缓冲器中^［2］。它们以适当的电压向三相逆变器和其他直流负载供电。这些逆变器并行运行在功率分配模块（Power Distribution Module，PDM）中。固态频率变换器用来向陀螺仪、雷达、声纳及武器系统提供频率为400Hz的电能。这些功率变换和分配模块可以主动控制系统各部分之间的耦合，从而成功隔离故障并防止故障蔓延。由于系统中存在恒定的功率推进负载，直流带状配电系统存在严重的稳定问题^{［13，14］}。稳定问题将在本书最后两章涉及。

由于多数电气负载都呈非线性，因此需要采用分布式数字控制器（Distribu-ted Digital Controller，DDC）一类的高级控制技术来协调这些变换器和逆变器的并行运行，从而保证每个区域的稳定性。每个区域都采用了自动总线传输（ABT）开关。不管区域内出现何种损伤，它都能保证关键负载供电的连续性^［10］。ABT开关运用了功率开关元件，数控检测及开关操作。ABT中的微控制器负责故障检测、识别和报警、关键事件数据记录，以及通过串口进行远程监控。

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图8-11 直流带状配电系统

采用直流配电系统后不再需要庞大的交流开关电器和磁性元件，从而极大地削减了整个系统的尺寸和重量。据估计，采用IPS配置和直流带状系统后，综合考虑人力、物力和燃料成本，美国海军每艘船节约了近1411.3万美元^［2］。与交流系统相比，直流系统的无功损耗相当低，得益于直流潮流分析，故障检测和恢复算法也更简单。此外，在这种系统中只要对各个模块应用高级控制技术就能将暂态过程限制在特定的区域中^［12］。由于电气负载所需的功率变换都在各个区域中完成，所以系统中谐波畸变比交流配电系统小，同时电压和频率变化带来的影响也得到了限制。