A time-domain simulation framework of an IPR-based shipboard integrated power system

Abstract

A real-time simulation framework of a shipboard integrated power system is developed in this work, with the main purpose of adding to the system a new modular device called Intelligent Power Router (IPR). The IPR is a device with embedded intelligence that distributed over the electric network monitors the system continuously. In case of any contingency the IPR establishes a communication link with other neighboring IPR’s to coordinate a reconfiguration scheme, and in this manner improve the reliability, security and survivability of the power system. The IPR can control the generators, supply or shed loads, but its fundamental action is to alter the topologic structure of the electric system changing the status of switches (ON/OFF) for controlling the lines where the electric power will flow. The objective is to supply power to vital and semi-vital loads first, such as communication, propulsion and weapon systems, and then supply non-vital loads with any remaining power. The proposed architecture of the IPR, how these devices are connected to the electric system and the algorithm used by the IPR to react on different types of contingencies are some of the contributions introduced in this thesis. The simulations show that the DD(X) shipboard electric system with the IPR is reconfigured automatically in the majority of the experimental scenarios in a decentralized manner and with acceptable recovery times for this type of reconfiguration scheme.

En este trabajo desarrollamos una plataforma de simulación en tiempo real para un sistema integrado de potencia de un barco, con el propósito principal de añadir al sistema un nuevo dispositivo llamado Enrutador Inteligente de Potencia (IPR, por sus siglas en inglés). El IPR es un dispositivo con inteligencia interna que distribuido en la red eléctrica monitorea el sistema continuamente. En caso de ocurrir alguna contingencia, el IPR establece vías de comunicación con los enrutadores vecinos para coordinar un esquema de reconfiguración, y de esta manera aumentar la confiabilidad, seguridad y sobrevivencia del sistema de potencia. El IPR puede controlar los generadores, suplir o rechazar cargas, pero su acción primordial es la de alterar la estructura topológica del sistema eléctrico cambiando el estatus de interruptores (encendido/apagado), controlando así las líneas por donde fluirá la potencia eléctrica. El objetivo es suplirle potencia a cargas vitales y semi-vitales primero, como los sistemas de comunicación, propulsión y armas, para luego atender las cargas no-vitales con el remanente de potencia disponible. En esta tesis presentamos la arquitectura propuesta del IPR, cómo estos dispositivos se conectan al sistema eléctrico y el algoritmo utilizado para reaccionar a distintos tipos de contingencias. Las simulaciones demuestran que el sistema integrado de potencia de un barco DD(X) con el IPR se reconfigura automáticamente en la mayoría de los escenarios explorados de manera descentralizada y en tiempos de recuperación aceptables para este tipo de esquema de reconfiguración