圖注：美國朱姆沃爾特級導彈驅逐艦，其雖然採用了綜合電力系統，但技術路線走的卻是中壓交流，存在諸多缺陷，不如馬偉明院士研發的中壓直流綜合電力系統

艦船綜合電力系統，是指將傳統艦船中相互獨立的動力和電力兩大系統有機結合起來，以電能的形式統一為艦船提供推進、通訊導航、艦載武器所需能量的一種新型電力系統。相比傳統艦船動力系統，艦船綜合電力系統具有體積小、效率高、噪音低、可靠性好等眾多優點，其對於提升艦船的工作效率、經濟性、生存能力、作戰能力等，具有重要意義。

目前，艦船綜合電力系統可分為兩代，第一代以英、美、法等西方國家為主，以中壓交流技術為核心。如英國的45型驅逐艦、法國的西北風級兩棲攻擊艦，美國的“朱姆沃爾特”號驅逐艦，就採用了以中壓交流技術為核心的綜合電力系統；第二代以中國為主，以中壓直流技術為核心。目前，中壓直流綜合電力系統的部分技術，已經應用於中國的潛艇、艦艇上，對於提高其隱身效能和操作性，意義非凡。

相比於中壓交流綜合電力系統，中壓直流綜合電力系統具有以下幾方面優點：第一，結構簡單。中壓直流綜合電力系統取消了中壓交流系統中的一些裝置，如在原動機和發電機之間的減速齒輪箱等，減小了重量和體積，相應的也提高了佈置的靈活性；第二，效率高。中壓直流綜合電力系統實現了發動機轉速不受交流頻率限制，對原動機的調速效能要求也比較低，大幅提升了其工作效率；第三，中壓直流綜合電力系統還具有可靠性高、穩定性好、執行靈活等優點。

因此，相比之下，中壓直流綜合電力系統要領先中壓交流綜合電力系統一代。當然，就馬偉明院士研發的中壓直流綜合電力系統而言，其還採用了環形網路區域配電和智慧化管理技術，克服了中壓交流綜合電力系統電力浪費、供電不穩定、可靠性較低的缺陷。

目前，英美等西方國家，也在積極研發中壓直流綜合電力系統。

感覺還真是歷史原因。美國研究這個比我們早很多，那會直流系統研究還處於萌芽狀態，不像現在理論研究已經完全成熟，實際相關直流產品經驗也越來越豐富，所以也算是後發制人了……

友情提示：本文4000字，配圖6幅，閱讀全文需10分鐘。

估計現在大家很多人都知道“馬偉明”院士在中國海軍，尤其是艦艇工程技術領域的重要作用，這確實是件非常令人欣慰的事，因為這也從側面證明了大家對中國海軍的現代化發展越來越關注了！

但在這裡，小天真要向大家強調的是，根據目前國內絕大多數關於艦船綜合電力系統的論文（包括馬偉明院士自己的論文）來看，都沒有所謂的“我們領先西方一代的說法”，甚至在工程應用上我們還有所落後，尤其是在“原動力”上，像大功率燃氣機、電動機組等等艦船動力上我們和西方還有非常大的差距。

而且重要的是……國外尤其是西方在艦船綜合電力系統的研究方面，起步階段之早、全向研究之寬泛估計要超出很多人的預料。

而國內目前艦船綜合電力系統領先的地方，主要在於“技術先導性”的研究和“整合化技術”上，所以，在實際上來說，國內目前的“綜合電力系統”應該是處在在整體層面部分領先，某些地方全面追趕的階段，在技術上更應該算是“一代半的”水平，遠沒有網路上“領先一代”的說法那麼誇張。

小天真知道這麼說估計會有很多人有疑問，所以在本文中，小天真將會給大家詳細講解：

1什麼是艦船綜合電力系統。

2艦船綜合電力系統的重要性和意義。

3艦船綜合電力系統的發展現狀和趨勢。

4國外“艦船綜合電力系統”的發展和成果。

5國內“艦船綜合電力系統”的起源、技術選擇，及成果與發展趨勢。

“艦船綜合電力系統”，又“稱艦船電氣化或全電化”，是透過電力網路將發電、日常用電、推進供電、高能武器發射供電大功率探測供電綜合為一體的電力系統。

主要有發電系統、輸配電系統、變配電系統、推進系統、儲能系統、能量管理系統，六大分系統組成。

在以往的傳統艦船動力系統中，機械推進系統和電力系統是兩個互相獨立的系統，在進行資訊化改造時，傳統艦船推進系統需要將非電量轉化為電量，需要額外增加處理裝置才能滿足資訊化介面的要求，不僅需要更多的感測器，（機械推進系統的轉速訊號必須透過增設轉速感測器而獲得）還需要增加裝置的資訊介面、光纖等網路裝置，實現非常複雜。

而艦船綜合電力系統可以將傳統艦船中相互獨立的動力、電力兩大系統整合為一，以電能的形勢為艦船推進、脈衝、通訊、導航等多系統裝置供電，可以實現全艦能源的綜合利用。

同時，在實際應用中，艦船綜合電力系統不僅能簡化艦船動力系統結構、提高艦船系統效率、降低艦船噪聲能級、減少艦船全壽命週期費用，還可以降低監控系統的規模、系統裝置的資訊介面、減少系統的網路裝置和資料處理量，從而降低艦艇資訊化改造的複雜程度。

並且，艦船綜合電力系統可以對艦船能量進行統一的管理和動態分配，能夠在滿足艦船高速航行動力需求的同時，還可以保證戰鬥狀態下高能武器的用電需求，從而提高艦船作戰能力和執行任務的靈活性。

所以，艦船綜合電力系統是艦船資訊化的基礎和保障，也是高能武器上艦的前提條件，在未來高科技技術條件下，以網路為平臺、以高新技術武器、新概念武器等精確打擊武器為主體的未來海戰中，綜合電力系統是艦船最重要的技術之一，是整個艦船動力系統未來的發展方向。圖注：根據馬偉明院士未來“全能艦”的設想，“綜合電力系統”是最關鍵的技術之一。

中國的艦船綜合電力系統研究在“九五”期間開始預研，經過“十五”和“十一五”的刻苦公關，已經取得了一系列成果，在大功率燃氣輪機、高速柴油機、高功率密集度整合化發電、中壓交流發電機、高轉矩密度先進感應推進電機、中壓大容量變頻調速裝置、中壓配電裝置、中壓交流和直流斷路器以及系統監控與能量管理等方面均實現了關鍵技術的突破。

在整體技術層面上講，與美、英、法等發達國家海軍基本保持同步，在整合化發電領域還處於國際領先地位。

但在工程應用方面則相對落後，尤其是在中壓交流綜合電力系統上，早在上世紀80年代起美、英等海軍技術強國，就開始進行綜合電力系統的理論探索與關鍵技術研究，美國海軍至今已經建立了艦船綜合電力系統陸基實驗站，並於2001年完成全尺寸綜合電力系統陸上演示實驗，英、法兩國則於2003年建立了電力戰艦技術演示實驗場，與45型驅逐艦的研製緊密結合。

2009年7月，英國45型驅逐艦服役，成為世界上首艘採用綜合電力系統的水面主戰艦船，2006年12月，法國第一艘採用綜合電力推進的西北風級兩棲攻擊艦服役，2013年10月，採用中壓交流綜合電力系統的美國 DDG1000驅逐艦下水，在中壓交流綜合電力系統的工程化應用上，國外已經走在了前面。

但國外艦船綜合電力系統的工程化應用，都以一代中壓交流綜合力系統為主，在艦船綜合電力系統的六大分系統上，一代中壓交流綜合電力系統表現為；

1發電分系統，採用中壓交流工頻同步發電機組。

2輸配電分系統，採用中壓交流工頻配電網路。

3變配電分系統，採用中壓交流工頻變壓器或中壓交流供電的直流區域配電裝置。

4推進分系統，採用先進感應電動機及其配套的基於IGBT/IGCT電力電子功率器件的推進變頻器。

5沒有儲能分系統。

6能量管理分系統，採用基本型能量管理系統，能實現全系統監控，和基本的能量排程功能。

在艦船綜合電力系統上，中壓交流綜合電力系統技術優點是；技術成熟度高，技術風險小，但同時存在發電機組並聯困難、系統線路壓降大，同時相對體積重量龐大等缺點。

所以，隨著電工材料、電力電子器件、控制技術和計算機技術的發展，世界各海軍技術強國都在積極開展二代艦船綜合電力系統的研究，也就是“中壓直流綜合電力系統”

在艦船綜合電力系統的六大分系統上，“中壓直流綜合電力系統”表現為；

1發電分系統，採用高速整合中壓整流發電機組。

2輸配電分系統，採用中壓直流配電網路。

3變配電系統，採用中壓直流供電的直流區域配電裝置。

4推進分系統，推進分系統中的推進變頻器，採用基於元件高度整合的推進變頻器或基於寬頻隙半導體材料功率器件（碳化矽材料推進變頻器），推進電機採用永磁或高溫超導電機。

5儲能分系統，採用超級電容儲能，整合式慣性儲能或複合儲能。

6能量管理分系統，採用智慧化能量管理系統，以實現全系統數字化控制和智慧化管理功能。

中壓直流綜合電力系統的技術難點在於；

1直流系統短路電流不存在自然過零點，斷路器分斷困難。

2中壓直流供電系統的電力電子靜態穩定性困難。

推進負載具具有負增量抗阻特性，容易引起系統的電壓失穩。同時電力電子變流裝置級聯時，輸入、輸出阻抗不匹配，會引起系統失穩或者系統動態相應效能變差。

中壓直流綜合電力系統的優點是；具有更高的功率密度和執行靈活性，同時對艦船原動機的調速效能要求低，可以讓調速效能、容量、頻率差異大的不同型別發電機組穩定並聯執行，並且減輕裝置的體積重量，降低裝置的噪聲振動水平，提高系統的效率和功率密度。

相對於中壓交流綜合電力系統，中壓直流綜合電力系統可以應用在3000噸以下小排水量的艦船上。

而根據美國下一代綜合電力系統技術發展路線圖中所提出的三種電網結構體系（中壓交流電網、高頻交流電網、中壓直流電網）來看，在不需要高功率密度的情況下，中壓直流綜合電力系統可以採用中壓交流電網結構。

但在技術先進性和總體上來看“中壓直流電網結構”才是下一代艦船綜合電力系統的發展方向。

而由於國內艦船原動力機效能落後，尤其是大功率燃氣輪機可選機型少，調速效能落後於國外，在中壓交流綜合電力系統上，國內不同型別原動機帶動的發電機組因功率等級和調速效能差異大而難以並聯穩定執行。圖注：國內的艦用燃氣輪機還是以仿製烏克蘭的GT25000為主，效能只能算是湊合用！

所以在艦船綜合電力系統的研製階段，海軍工程大學艦船綜合電力技術重點實驗室於2003年首次在世界上提出中壓直流綜合電力技術路線（不是中壓直流綜合電力系統）

既採用二代中壓直流綜合電力系統的網路結構，為一代綜合電力系統分系統裝置供電，構成一代半艦船綜合電力系統，可以看做是一、二代艦船綜合電力系統的過度階段。

馬偉明院士在其2004的論文《艦船動力發展方向——綜合電力系統》中是這麼說的：“幾十年來，中國艦船動力系統的發展，基本上是走在引進的基礎上研仿、改進、自行研製的技術道路，從戰略意義上講，這是一條研仿、落後、再研仿、再落後的道路，目前，中國艦船動力系統的技術總體水平明顯落後西方。艦船綜合電力系統研究在國外已經起步，並作為一種革命性的技術思想得到空前的重視，我們不能走過去的路子，繼續擴大差距，而應採取積極對策。”

而這個“對策”就是中壓直流綜合電力系統。但中壓直流綜合電力系統的六大分系統技術要求極高，儘管目前國內的永磁電機、大容量電容相繼取得突破，但離真正實現還有一定距離。

目前，國內也僅在民用船舶上實現了中壓直流推進系統的應用工程化。圖注：國內綜合電力系統應用的幾個時間點。

所以總的來看，在世界範圍內的艦船綜合電力系統上，國內外目前在中壓交流綜合電力系統上出於同等地位，但國內工程應用落後於國外。

在中壓直流綜合電力系統技術上，國內處於領先水平，但遠沒有網路媒體所謂的“超出一代”那麼誇張！

本文參考文獻；

海軍工程大學電力電子技術研究所，馬偉明《船電氣化與資訊化複合發展之思考》

中國艦船研究2016年01期，付立軍、劉魯鋒、王剛、馬凡、葉志浩、紀鋒、劉路輝《中國艦船中壓直流綜合電力系統研究進展》

海軍工程大學，馬偉明《新一代艦船動力平臺綜合電力系統》

《2016、2017中國艦船綜合電力系統發展歷程及市場規模分析》

先來解釋一下何謂全電推，全電推是指透過電路帶動電動機來驅動，有別於透過傳電軸驅動，可以節省燃料，經濟性高，體積小佔用空間較小，輸出的電力可以滿足推進和電力供應，還有噪聲水平低，可靠性高等優點，電力推進是前沿性的革命技術，是未來世界推進系統重要發展方向。現在西方發展的第一代電力推進系統，即中壓交流技術，中國現在用的是第二代電力推進系統，即中壓直流技術，較之第一代，直流的好處在於調速範圍廣，抗過載效能高，且不用變壓，第一代則存在技術複雜，缺陷較多。

▅出洋相的全電推。技術是不錯，英國用之在45型驅逐艦和“伊麗莎白女王”級航母上，美國第一次使用在DDG-1000上，二者先後都出了洋相，突然失去動力，都給拖船拖回去，英華人弄得較頭疼，不得不開膛破肚，以加裝電機來解決問題，美華人現在也感頭疼，一時還未找著合適的辦法。都是嶄新的軍艦，現在這種搗鼓法，恐非吉兆。技術不成熟就冒然投入工程應用，難免不出問題。

▅中國得以領先。走了一條跨越式發展的路，不僅能應用於軍艦，而且能應用於各種坦克裝甲車輛，使用範圍大得很，這一步我們領先了，領先了多少呢？拿馬偉明院士的話講，至少在十年以上。過去我們不成，長期遭受西方技術禁錮，因此我們只能立足自身發展，不遺餘力來打造，這一步發展得相當成功，實現了彎道超車，可用之中國未來航母和潛艇上，正是我們急需的技術。

▅民用的已經開始。海洋綠洲號遊輪，22.5萬噸，採用中壓交流技術，用得好，由於噪音低給乘客帶來舒適。發展全電推技術，在可見的未來，可以說是方興未艾。

因為馬偉明院士的團隊攻克了中壓直流電為核心的全電力推進和綜合電力管理技術，而不再採用英國在45型驅逐艦上、美國在DDG1000驅逐艦上使用的中壓交流電技術了。為此，中國在全電力推進和綜合電力管理技術上領先了西方一代，領先了日本兩代。

馬偉明對於中國的艦艇電力系統貢獻很大，包括電磁彈射器、電力推進等技術都是他的團隊攻克的。

馬偉明團隊的中壓直流電技術已經應用在了中國新一代的艦艇上，包括一些潛艇上，取得了不錯的效果，也引領了發展的潮流，歐美目前都在盡力選擇攻克這一技術，到目前為止，能夠在實際應用當中採用中壓直流電力綜合管理技術的也只有中國一家，因此被稱為領先西方一代，這毫不誇張。

中壓直流電力技術使得軍艦的電力推進系統結構更加簡單，省卻了變頻裝置、變速齒輪箱、能量轉換裝置等，不但節省了艦船內部的空間和重量，而且還降低了電力在各種轉換中的能量損耗。由於結構簡單，可靠性也隨之大大增加，佈置的靈活性和電力供應的穩定性也隨之提高，故障率大大降低。

DDG1000是一艘具備全電力推進和電力綜合管理系統的軍艦，平臺效能很好，不過武備配置太差。

而由於電力供應更加穩定，能量損耗更小，因此可以充分的把原動機（一般是燃氣輪機）產生的能量源源不斷的供應到各處，而且省卻了各處電流互相交匯轉換的裝置，使得電力供應更加簡便和直接，大大提高了全艦的作戰靈敏性、反應快速性，也提升了動力的輸出，增加了續航能力，而且能夠讓軍艦的雷達在戰時保持更高的運轉頻次，有利於充分發揮戰鬥力。

中國的直流電力綜合管理系統已經應用到了潛艇上，誕生了作戰能力強大的039B型AIP常規動力潛艇。

相比而言，西方的中壓交流電力技術不但大大增加了軍艦的噸位，而且對於原動機的能量損耗特別大，綜合電力控制也不是很方便，使得軍艦在電力技術上比採用直流電力技術的軍艦落後了一代，而至於日本那種在軍艦上採用汽車技術似的所謂"混合動力"的燃電聯合技術的，那就是搞笑來的，放在軍事這種高精尖領域是落後的，也是低端的，連綜合電力管理都實現不了。

中壓交流系統的數學模型比較成熟，目前在世界上有至少4家有解決方案，適用於工業軍事用途，我做過類似的專案，實在想不明白為什麼中壓直流會突破。交流系統的短路電流計算和斷路器分斷能力都是現成的，只需要提高電壓就可以解決。直流系統光一個斷路器滅弧就是大麻煩，更別說短路電流計算模型，而且直流系統對功率很敏感，比交流敏感多，沒有相關文獻證明直流系統能夠用在大功率裝置上。

不扯那些有的沒得我們直接上乾貨吧，在說為什麼領先之前，我們首先得了解中美兩國兩種綜合電力系統的區別（其他有綜合電力系統的國家比如英國因為和美國一個技術路子而且還沒美國先進，我們暫且將其包含在美國內）。

中國馬院士弄的全電系統（即綜合電力系統，以下都以全電系統代替）名字叫做中壓直流全電動力系統，而美國的叫中壓交流電力系統。這兩種電力系統的區別就是一個用交流一個用直流。那美國為啥要用交流呢？因為直流電傳輸時衰減非常嚴重，很難能難做到較遠距離輸電，當年堅持直流輸電的愛迪生就是因為這個原因輸給了堅持交流輸電的特斯拉，戰艦雖然體積不算巨大，但礙於全電系統需要供給艦上每一個用電器輸電過程還是太長導致損耗嚴重所以美國最終才採用了交流。中國能採用中壓直流的原因在於馬院士團隊成功破解了直流輸電損耗嚴重的問題，從而讓中國不用在意美國那種問題，所以我們才用了中壓直流，至於你說怎麼破解的，我只能說不懂的說不準懂的不準說。

那直流對比交流有什麼優勢呢？由於艦上的用電器不同於家用用電器，他們使用的大部分是直流電，作為儲能系統的超級電容儲藏的也是直流電，這就說明美軍要用電時首先得將儲電系統裡的直流電轉化為交流電輸入輸電網路，之後再轉化為直流供用電器使用。所以美國的全電艦上會多出一個諧波濾波器，這玩意不僅體積大而且很脆弱，之前DDG1000海上停電動彈不得就是這貨壞了給鬧的。而中國不同因為電網可以直接輸直流電，所以用儲能器能直接將電輸入電網，用電器也能直接從電網取點，並不需要什麼中間商賺差價也沒有什麼脆弱裝置容易壞的風險。

之所以說直流比交流先進一代的原因在於，交流不僅目前問題大未來上高能武器之後問題更大，因為還需要顧及諧波濾波器的轉化能力。所以現在的美軍又重頭開始研究中壓直流系統，他們才從頭開始研製，我們已經研製完成你說我們是不是比他先進一代啊？

最近，中船重工704所罕見地高調宣佈“初戰告捷”：國內第一臺擁有完全只是產權的最大容量船用汽輪發電機組在執行的時候成功載入到了110%的功率，此舉標誌著中國艦艇用大功率汽輪發電機組正式進入到了20兆瓦時代。

在這條好訊息下面，幾乎所有人都在刷屏討論一個名字，那便是中國工程院國寶級院士，海軍少將馬偉明，曾經獲得過兩次一等功的他，以一句“領先就領先美國”而吸粉無數，要知道，他當年這句話所指的，便是其團隊自行研製的綜合電力系統，保守估計，領先美國同類型產品至少10年以上。

這可絕對不是吹牛或者怎樣，美國最近釋出的一張《海軍電力與能源系統技術路線圖》可以說證實了馬偉明的說法，這張路線圖明確將艦船中壓直流綜合電力系統以及共享及分散式儲能系統列為重點發展方向，並將在2030年，即10年之後列裝。

眾所周知，中壓直流綜合電力系統正是馬偉明團隊如今正在研製的專案，而在此之前，以美國為代表的西方國家普遍採用的是故障率偏高的中壓交流技術路線，如今，他們總算是意識到了自己選錯了發展方向，但這10年，我們顯然也不會停滯不前，到了美軍艦艇開始中壓直流綜合電力系統的時候，我們又將會是一番怎樣的景象呢？

如果把一艘艦艇比作成一個人，那麼艦載機，導彈，雷達，發動機便可以視為拳頭和大腦，它們都是衡量艦艇戰鬥力的關鍵，不過再厲害的拳頭與大腦，也離不開一顆有力的心臟提供動力，因此，我們在評價艦艇實力的同時，也應該將其心臟，即艦艇發供電系統考量在內。

相比100年前，現代艦艇顯然更加依賴電力，由於搭載著雷達，電磁彈射器，甚至未來可能實裝的電磁炮等用電大戶，電力反而成為了艦艇上面最為緊張的資源，如果不能夠保證各部件時刻得到充沛電源供給，就難以確保其及時，有效地響應，因此可以毫不誇張地說，如何高效地發供電，將是未來海軍的核心實戰需求，甚至高於武器本身。

這是一個舉有相當高階的科技學術性問題。我是沒有這個水平的，雖然我曾經接觸過這個工作。但是我沒有馬院士團隊的水平，不敢在這裡亂噴！免得關公面前耍大刀。