《Energies》：Testing Ship Electric Propulsion and Shipboard Microgrids: Standards, Techniques and New Trends
Panos Kotsampopoulos
编辑推荐：
为解决船舶微电网缺乏系统级验证框架的问题，研究人员开展船舶电力推进测试技术综述，提出集成多厂商设备的Holistic HIL（硬件在环）测试方法，以降低实船试航风险，填补标准化空白。
船舶电力推进测试的“终极解法”：从单机测试到全系统仿真
在全球航运业迈向低碳化的浪潮中，船舶电力推进已成为实现IMO（国际海事组织）减排目标的关键路径。随着发电机、储能、燃料电池等多元能源的接入，传统的船舶电网正迅速演变为复杂的“船载微电网”（Shipboard Microgrids）。然而，这种系统集成带来了前所未有的测试挑战——不同厂商的电力电子变流器、推进电机及控制系统在真实船舶环境中如何协同工作？传统的单机工厂测试（FAT）难以覆盖系统级的动态交互，而昂贵的实船试航（Sea Trials）一旦出现问题，将面临巨大的返工成本和安全风险。
在此背景下，Panos Kotsampopoulos 在《Energies》上发表的综述文章《Testing Ship Electric Propulsion and Shipboard Microgrids: Standards, Techniques and New Trends》指出，当前行业缺乏针对船舶电力推进系统的全链路测试框架。该研究在系统梳理现有标准与测试技术的基础上，提出了创新的“全链路HIL测试方法”（Holistic HIL Approach），旨在通过实验室环境下的高精度仿真，提前暴露并解决系统集成问题，为船舶电力系统的安全、高效部署提供技术保障。
关键技术方法
本研究为综述性研究，主要基于文献计量与系统分析。作者系统检索并分类了近10年关于船舶电力推进测试的文献，重点分析了硬件在环（HIL） 技术的应用，包括控制器硬件在环（CHIL）与功率硬件在环（PHIL）。同时，详细对比了IEC、IEEE等国际标准及船级社规范中关于FAT、HAT（港口验收测试）及实船试航的要求，指出了现有标准在系统级交互测试方面的空白，并据此构建了集成多物理场仿真的全链路测试理论模型。
研究结果
1. 标准现状：组件有余，系统不足
文章首先对船舶电力推进系统的测试标准进行了全景式扫描。研究发现，虽然IEC 60034（旋转电机）、IEC 61800（电力驱动系统）及IEEE 45系列等通用标准提供了详尽的组件级测试规范，但它们大多针对陆地环境，且缺乏对船载微电网系统级动态性能的考核。
专门的海事标准如IEC 60092-501（船舶电气装置-电力推进）和IEEE 45.6（船舶电气测试）虽然涉及系统集成测试，但主要依赖传统的FAT（工厂测试）、HAT（港口测试）和实船试航“三部曲”。这种传统流程存在两大痛点：一是灵活性差，难以模拟极端或故障工况；二是成本高昂，系统级问题往往到实船试航阶段才暴露，整改代价极大。
2. 技术演进：从“纯硬件”到“虚实融合”
通过对科学文献的梳理，作者将测试技术演进分为三个阶段：
- •
纯硬件测试：早期主要依赖实验室台架测试（如电机对拖试验）和实船测量。虽然真实度高，但受限于物理条件，难以进行破坏性试验和边界条件验证。
- •
数字仿真：利用软件进行模型在环（MIL）或协同仿真（Co-Simulation），虽然灵活，但缺乏真实硬件的介入，置信度有限。
- •
硬件在环（HIL）：这是当前的技术前沿。控制器硬件在环（CHIL） 将真实的控制器（如PMS动力管理系统）接入仿真电网，验证控制逻辑；功率硬件在环（PHIL） 则更进一步，将真实的功率设备（如变流器）接入仿真回路，进行带能流的实时交互测试。HIL技术能有效复现船舶电网的复杂工况（如电网波动、负荷突变），显著降低实船试航风险。
3. 新范式：全链路HIL测试框架
针对现有测试的碎片化问题，作者提出了一个突破性的全链路HIL测试框架。该框架的核心思想是“多厂商设备集成”与“多物理场耦合”。
- •
集成化：不再是测试单个设备，而是在实验室中集成来自不同供应商的硬件控制器和功率设备，构建一个“虚拟船舶电网”。
- •
耦合性：不仅关注电气性能，还将机械/水动力模型、控制系统、通信网络（ICT）甚至网络安全测试纳入同一仿真环境。例如，将螺旋桨的水动力特性模型与推进电机的电气模型进行实时耦合，模拟真实的推进负载特性。
结论与展望
Panos Kotsampopoulos 的研究表明，船舶电力推进系统的测试正从“组件验证”迈向“系统级智能验证”。全链路HIL测试是填补当前标准化空白、应对复杂系统交互挑战的关键技术路径。
这一范式转变具有重要的工程意义：它使得在船舶建造早期就能在实验室里进行高置信度的系统集成测试，将大量潜在问题解决在出海之前，从而大幅缩短研发周期、降低成本和保障安全。未来，随着数字孪生（Digital Twin）技术的发展，船舶电力系统的测试将更加依赖于这种虚实结合、多物理场协同的先进手段，为绿色智能航运奠定坚实的验证基础。
