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中國發展船艦用綜合電力系統的關鍵，是中國科學院院士、海軍工程大學馬偉明少將領導的團隊的努力；在2001年，年僅41歲的馬偉明獲選為中國工程院院士。 在2015年，馬偉明的團隊公布「我國艦船中壓直流綜合電力系統研究進展」以及「艦船綜合電力系統中的機電能量轉換技術」兩篇論文，其中詳細論述了海軍工程大學團對發展船艦綜合全電系統的結構以及未來方向，也提到了馬偉明團隊在發展綜合全電系統過程中的具體工作。 在2017年7月29日，馬偉明少將獲得中國國家主席習進平頒授中國軍事體制的最高榮譽──「八一勳章」，而中國中央電視台也隨即播放一系列關於馬偉明少將團隊研究成果的專題影片，其中出現馬偉明團隊在海軍工程大學實驗場的中壓直流綜合電力系統的工程樣機實景的影像，顯示整套系統此時即將實用化。
（上與下）馬偉明的海軍工程大學團隊的中壓直流綜合電力系統的地面測試機組， 後方可以看到疑似推進電動機。
船艦綜合電力系統簡介
以往傳統艦船上，推進和電力兩大系統各自分立；而綜合電力系統將二者合而為一，以電能的形式統一全艦所有能源負載，包括推進負載、脈衝負載、通信/導航和日用設備等供電，實現了全艦能源的綜合利用。一般而言，傳統的船艦上，推進功率通常大於電力負載；但推進系統只有在加速、高速航行時才會用到全部負載；而現代船艦因為電子系統、大功率雷達及電子戰等設備導致用電量持續攀升，使得艦上電網負載日益吃緊（直接能量武器的出現又讓船艦供電需求進一步攀升）；但推進系統的多餘功率卻不能用來支應艦上電力負載，實屬浪費。綜合電力系統不僅可以為艦船負載提供統一的電源平台，且能簡化艦船動力系統結構（推進器由電機推進，省略了傳統複雜又佔據大量空間的傳動齒輪箱以及推進軸）、大幅提高船艦機電布置的自由度（以往主機必須設置在船艦中央底部，冗長的推進軸穿過數艙抵達艦尾）、提高艦船系統效率、降低艦船噪聲級數、減少艦船全壽命周期費用；且由於綜合電力都由計算機為基礎的平台管理系統整合控制，符合艦船信息化和智能化的發展趨勢，是21世紀船艦動力系統的發展趨勢。 船艦綜合電力系統的劃代 依照馬偉明團隊針對船艦綜合電力系統的研究，將艦船綜合電力系統大致區分成六個分系統，分別是發電、輸配電、變配電、推進、儲能、能量管理。發電分系統由原動機（發動機）和發電機組成，將原動機的機械能轉變為電能。輸配電分系統由電纜、母線、斷路器和保護裝置組成，負責將電能傳送到用電設備，並具有自動識別並隔離系統故障的功能。變配電分系統能根據用電設備的電能需求，實現電制（直/交流）、電壓和頻率的變換，給艦上日用輔助設備、脈衝負載、通信導航設備等供電。推進分系統由推進變頻器和推進電機組成，推進變頻器負責將電能輸入推進電機並控制電機轉速，以推動艦船航行。儲能分系統用於系統電能的存儲和釋放，根據脈衝負載的需求為其供電，並支撐各系統安全穩定運行。能量管理分系統用於全系統的監測、控制和能量的管理，實現信息流精確、系統化控制的能量流。
第一代艦船綜合電力系統
第二代船艦綜合電力系統 美國海軍完成第一代的中壓交流綜合電力系統（用於松華特級上），在下一代綜合電力系統技術發展路線中，提出了綜合電力系統的三種電網結構體系：中壓交流電網、高頻交流電網和中壓直流電網。在不需要高功率密度的情況下，艦船設計可以採用中壓交流電網結構，其輸配電網絡採用3相60 Hz的中壓工頻交流電，電壓可以選擇3種標準電壓：4160V；690V或1380V 。高頻交流電網具有較高的功率密度，其輸配電網絡電壓頻率為60~400 Hz之間的1個固定頻率，電壓可以採用4160V或1380V kV。中壓直流電網具有更高的功率密度，其輸配電網路直流電壓可以採用 正負3000到正負10000V範圍內的標準電壓。 直流電網的優勢 為了達成降低系統體積重量的目標，第二代船艦綜合電力系統的最重要特徵，就是採用中壓直流電，取代第一代系統的中壓交流電系統（第一代船艦綜合電力系統中仍有直流電部位，不過發電機產生的是交流電，母線為交流電，部分區域供電轉換為直流電）。 直流電系統在運作方面有許多優點，但由於兩個致命弱點──無法靈活變換電壓（遠距離傳送需要用較高的電壓降低電流，減少損耗），以及沒有自然零點而不容易切斷，直接導致其遠距離輸配電困難且難以組網，因此電網出現之後都採用交流電。隨著電力電子技術的發展，直流電與交流電之間的轉換越來越容易，而直流斷路器的性能也越來越好，直流輸配電才有較大的進展。 由於中壓交流電網結構的已經在民間有廣泛應用，其技術成熟度最高，技術風險小。由於變壓器鐵芯的橫截面積與工作頻率約成反比，採用高頻交流電網結構可以減小變壓器和濾波器的體積、提高系統的功率密度。然而，交流電網存在發電機組並聯困難、系統線路壓降大等缺點： （1）交流電網中，原動機轉速必須匹配母線的頻率，這導致併聯上的諸多麻煩；發電機組的電網併聯時，必須滿足各發電機組頻率與出口電壓相同、相位和相序一致的苛刻條件。如果無法達到這些條件，輕則產生系統震蕩導致併聯失敗，重則產生大電流，將設備燒毀；即便併聯成功，不同容量類型的機組間也由於功率、轉速的差異，容易產生功率分配不均衡，導致電網運行的經濟性降低、無法充分使用裝機容量，並使系統不穩定。因此，交流電網中，轉速不同的發電機無法直接並聯運行，而不同種類發電機的調速特性差異太大，容易導致並聯運轉時功率分配不均，無法穩定地並聯運行。交流電系統中，發電機和電動機往往在不同電壓工作，因此需要額外的工頻變壓器，而這些電力變壓器都十分笨重。此外，交流電網中各設備相互聯系緊密，一個小問題就可能產生連鎖效應，導致嚴重的故障。依照馬院士團隊的論文，燃氣輪機發電機組和柴油發電機組不僅工作頻率不同，且調速性能差異顯著，尤其是突加/突卸負載時，主機轉速趨於穩定的時間相差一個量級以上，這使得這兩種發電機組併聯運轉的挑戰極大。
交流電網運行時，需要控制電壓的幅值、頻率和相位，而直流電網只需要控制電壓的幅值，不存在頻率穩定/無功功率這些問題，運行方式更為靈活，供電可靠性更高，能承受更高的功率波動。以電網潮流方程為例，因為交流電存在相位，所以電網中各點的電壓電流必須用複數來表示，整個潮流方程就變成了一個複數矩陣；而直流電就是一個實數矩陣，求解運算難度低了許多。而如果談到電網運行中的暫態，交流電網就更為複雜。
（1）消除了原動機轉速和母線頻率之間的相互影響。直流電網中，原動機可以和發電機直接連接，無需透過減速齒輪或增速齒輪來調速，發電機的轉速可以突破3000
r/min的限制，提高了系統的效率和功率密度，同時降低了設備的噪聲振動（高頻的噪音振動傳遞距離比低頻聲噪短）。 （3）直流電網的「集膚效應」與「電容電流」微乎其微，也不用傳輸無功功率，因而減輕了電纜的重量。輸電效率較高。先天上，直流輸電線路只需要2根電纜，比起交流電系統的四根降低一半，減輕了系統中電纜所佔的空間、重量以及傳輸損耗
。 直流電網的技術難題
然而，相較於技術成熟的交流電網結構，中壓直流電網也有本身的技術難關與風險 。 中國選擇中壓直流路線 長久以來，中國海軍艦艇主機領域就飽受技術落後之苦，可用的原動機性能落後，尤其是大功率燃氣輪機可選機型少且調速性能落後於西方產品（美國GE與英國Rolls Royce的燃氣渦輪技術水平領先全球）；如中國仿效英美國家發展中壓交流綜合電力技術路線，將明顯受制於各種可用原動機性能限制，各發電機組因功率等級和調速性能差異大，難以穩定併聯運行，勢必嚴重制約中國艦用綜合電力系統的發展。 反觀直流電網可併用發電機的勵磁控制和原動機調速控制，調節電網中不同機組的功率調節，對原動機調速性能的倚賴大幅降低，根本性地解決了不同功率、運轉頻率發電機組併聯時的難題，彌補了中國可用原動機以及調速性能受限的弱點。
2002年馬偉明少將團隊研發的交/直流雙繞組發電機系
統通過鑒定並列裝部隊後，將研究重點轉向船艦綜合電力系統，在2003年建立了中國第一個「艦船綜合電力技術國防科技重點實驗室」，攻關研究第三代集成化發電系統，並率先全球確立了中壓直流綜合電力系統發展路線；馬偉明的團隊迅速突破多項關鍵技術，3MW級高速感應電機系統很快就研製成功，號稱先於美國，確立了中國在該領域的國際領先地位。 美國方面在完成松華特級使用的整合電力系統以及中壓交流電系統之後，同樣也研製中壓直流綜合電力系統；然而中國由於較早開始發展，在實用化的道路上搶先一步；美國方面研製「先進發電模塊」（Advanced Power Generation Module，AGPM，功率25MW，使用12000V直流電）的計畫在2016財年才對業見進行資訊徵詢（RFI），2017到2018財年進行政府/業界的概念研究，2019至2020財年進行設計，2021至2022財年試製樣機（300V直流電縮尺樣機），2023至2024財年進行測試，要等到2025財年以後才有可能實用化。 雖然中國的發動機產業長期落後，然而中國的電網建設、輸變電產業卻擁有極強的競爭力，尤其是特高壓和超高壓交/直流輸電技術處於全球領先位置。目前世界上已經運行的800KV以上超/特高壓輸電線路幾乎都在中國，且相關的技術標準幾乎都由中國企業自行制訂。而國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）的高壓直流輸電技術委員會，其秘書處就設在中國國家電網公司。中國在超高壓輸配電工程/建設的成就也引起了美國等國際主要對手的重視；在2010年11月29日，時任美國能源部長的華裔科學家朱棣文（Steven Chu，在1997年獲得諾貝爾物理學獎），在華盛頓對媒體發表題為「能源領域競爭正在成為美國新的衛星時刻」演講時提到，「中國挑戰美國創新領導地位並快速發展的一項重要領域，就是最高電壓、最高輸送容量、最低損耗的特高壓交流、直流輸電」。在一些國外評論者眼中，「超高壓電網」是能源領域最重要的進步之一，而中國則取得了世界領先地位。單單在「十二五」計畫期間，中國在國家電網和南方電網項目的超高壓輸電項目的投資，就達到5300億元人民幣，其中用於直流輸變電體系相關的流換流變壓器、換流閥、控制保護設備及直流場設備等，價值就將近1000億元人民幣。在中國內部龐大的市場以及國家積極的強力推動之下，中國電力產業已經出現一批極具競爭力的相關企業；這樣的背景對於中國海軍發展中壓直流綜合電力系統項目而言，無疑是極為有力的支撐，使之能迅速突破實務上的技術難關（雖然時下中企相關的技術和現成產品未必已經可以直接拿來就用）並朝實用化邁進。 依照現有資料，2012年首度立項的054B護衛艦，以及2020年7月首度出現信息的076型兩棲攻擊艦，都會使用中壓直流綜合電力系統；而055導彈驅逐艦後續的改進型號055A也可能會改用中壓直流綜合電力系統，為電磁軌道砲、直接能量武器等供應能量。此外，馬偉明的海軍工程大學團隊所成功研製的電磁彈射器、電磁軌道砲等等，也都圍繞著中壓直流電網技術。 中國中壓直流綜合電力系統的特徵
依照馬偉明團隊研製的綜合全電系統的系統結構圖，整個中壓直流綜合全電系統被分為發電、輸配電、變配電、推進、儲能、能量管理等六大子系統，其中發電系統是產生能量的原動機，燃燒燃料運轉並轉換成電能；輸配電和變配電系統將發電系統產生的電能轉換與傳輸分配給各種不同的用電設備，包括推進系統和艦上其他用電設備；能量管理系統隨時監控整個系統運作，依照情況分配和調節系統的運轉。而儲能系統（由電池、電容等構成）則相當於電力系統的「蓄水池」與緩衝，這是英美等第一代綜合電力系統中所沒有的特徵，可以在負載低谷時儲存電網中沒有被利用的能量，在負載加大時則由儲能系統將儲存的能量輸入電網，大幅度提高系統運作的效率和穩定性，減少發電系統的無效率運轉浪費；更重要的是，儲能系統可因應某些用電設備需要瞬時大功率輸出的需求，為脈衝式高能量武器系統（如電磁軌道砲、直接能量武器等）提供了上艦的條件。 在研製中壓直流綜合電力系統的過程中，馬偉明團隊以及相關協同的企業做出大量工作，突破了先進感應電機（Advanced Induction Motors，AIM）以及配套的推進變頻器等設備的諸多關鍵製造技術；依照馬偉明團隊的論文，這些成果包括「創造性地提出了採用三次諧波注入和蒸發冷卻技術的多套多相繞組大功率推進電機系統方案，突破了非正弦供電電機優化設計、強迫式蒸發冷卻、新型磁脂旋轉密封、大型鼠籠轉子攪拌摩擦焊接、中壓大容量變頻器分布式電路結構設計、高速高性能通信、調速性能優化、故障冗餘控制和減振降噪控制等關鍵技術，研制成功大容量新型感應推進電動機及其配套的變頻調速裝置，實現了我國艦用電力推進系統的高功率等級、高功率密度和高效率，滿足了大型艦船模塊化應用的需求」，而這些電動機設備的技術基本上與美國DDG-1000松華特級驅逐艦使用的設備屬同一世代。 推進變頻器堪稱綜合電力系統的關鍵技術之一，能控制與調節輸出給推進用電動機的功率。這曾經是中國發展電力推進的技術瓶頸，尤其是其核心部件──大功率半導體部件一直是西方對華嚴密封鎖的關鍵技術。然而，隨著中國高鐵、動力車組和電動車輛產業的迅速發展，這方面的主要大功率半導體部件如絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）不僅實現了國產化，也形成包含上下游的完整產業鏈，不僅瓦解了西方對中國的技術封鎖，也為中國推進電機變頻器的發展和持續改進，奠定了良好的基礎。 依照馬偉明的海軍工程大學團隊在2015年左右發表、關於中壓直流綜合電力系統相關成果的文件，包括20MW級（含以下）大容量船舶推進變頻調速裝置、船艦綜合電力20MW/4MW級中壓整流同步發電機、大容量脈衝工作逆變器等。 1.20MW級（含以下）大容量船舶推進變頻調速裝置：
推進變頻器測試樣機的機櫃 這是中國國內首次研製的十五相24MVA大容量船舶推進電機用變頻器，採用多套、多相、多電平、分佈式結構。此成果可滿足不同噸位船艦的推進與供電需求，是各類船艦可直接使用的標準化模塊。此系統可用於各類船舶、機車牽引等民間領域，相關成果以經被武漢新能源研究所應用於高壓變頻器。此系統獲得軍隊科技進步一等獎。2015年時在先期小批量生產、進入工程應用階段。 該裝置由三套相同的獨立通道組成，每個通道為新型感應推進電機的五相繞組供電，獨立構成一個櫃體。每個通道主要包括二極管組件、制動單元、逆變單元、輸出濾波裝置、水冷裝置、檢測裝置、控制裝置等設備構成。推進變頻器採用基於動態數學模型的矢量控制方案，此方案採用轉矩及電流內環、轉速外環的閉環控制，將直流電能變換為驅動推進電機所需的變頻交流電能。在此系統中，課題組應用了中壓大容量多相電力電子裝置集成設計技術、分布式硬件及軟件設計技術、全數字化控制和全光纖式系統保護技術、高性能閉環控制技術、推進分系統集中監控技術等十餘項關鍵技術。此系統輸入的額定電壓是4000V直流（DC）、額定輸入電壓是5300A DC，額定輸出電壓是2400V交流（AC）、額定輸出電流是670A，額定輸出功率2~20Hz，體積功率密度1.12MW/立方公尺、重量功率密度1.33MW/ton，效率大於98.6%。 此課題解決了工作電壓高、輸出功率大、開關管應力高等技術難題，可靠度與效率高，且維修容易。此課題採用可切換數據源的高速光纖環網通信網路控制拓樸以及相對應的高性能同步方案，解決了同步誤差累積問題，同步精度達到8ns。此課題提出了一種推進變頻器用載波型寬脈衝調製策略，解決了多節點式分佈式控制中脈寬調製的複雜時序精確控制難題，降低特徵諧波幅值，降低了聲噪與震動，使系統具有良好低速性能。此課題提出了一種考慮三次諧波做功的15相20MW級推進電機轉子磁場定向閉環控制策略，實現轉矩、勵磁、零序電流的獨立解耦控制，提高了推進電機的動靜態性能。提出了針對船艦應用特點的多相無縫切換與冗餘控制策略，滿足各種工況下推進子系統的控制性能要求。 此課題獲得專利四項，申報專利兩項，分別是一種20MW級15相感應推進變頻器、一種15相感應電機三次偕波開環注入方式、基於二級管箝位型三電平單位的集成式多電平逆變電器、一種二級管箝位型三電平單位死區設置電路、大容量電力電子系統高速光纖環網通信網路控制拓樸、二級管箝位型三電平變流器。 2.船艦綜合電力20MW/4MW級中壓整流同步發電機
馬偉明海軍工程大學團隊完成的20MW級中壓整流發電機樣機，結合GT25000燃氣渦。
馬偉明海軍工程大學團隊完成的4MW級中壓整流發電機樣機，結合20V956柴油機。
此項成果可直接用於中國海軍大型驅逐艦、護衛艦等新型船艦的綜合電力系統，或者不同噸位的大型水面船艦、核子潛艇、民用船舶、鑽油平台、牽引機車頭、燃氣渦輪發電站、移動式發電站等。2015年時在先期小批量生產、進入工程應用階段。 20MW級中壓整流發電機（實驗機組功率標示為21MW）由燃氣渦輪（實驗中結合GT25000燃氣渦輪）作為原動機，構成船艦綜合電力系統的主電源，是目前中國船艦用主發電機中功率最大者；4MW級中壓整流發電機組（實驗機組功率標示為3.75MW）則與柴油機作為原動機（實驗中結合20V956柴油機），作為船艦綜合電力系統的日常負荷電源，兩者構成一個完整的船艦用電站，滿足艦上所有的推進以及供電需求。20MW級與4MW級中壓整流發電機在2012年9月完成出廠驗收，2013年10月配合全套綜合電力系統完成陸上演示的所有試驗項目，2013年12月通過科技成果鑑定。此種大中容量中壓多相整流發電機演示樣機具有完整的自主知識產權，其製造工藝成熟，在中國國內產製實現性良好，具有高度集成化、高功率密度、高效率等優點，是中國研製船艦綜合電力系統發電子系統的重大突破。 20MW/4MW級中壓整流發電機的主要技術創新包括：提出並實現一種中點可引出的中壓整流同步發電機，滿足中壓直流電網的要求；採用基於分佈式磁路法的多相整流同步發電機的磁路計算方式，建立了考慮原動機轉速特性的發電機系統數學模型，完善了多相整流同步發電機的設計和分析理論體系；通過三維流體場、溫度場以及其耦合仿真分析，實現電析風路流阻匹配設計和轉子小齒軸徑向混合通風散熱方式，解決了大容量多相整流同步發電機轉子散熱和系統集成優化設計難題；提出並實現基於發電機組系統模型的勵磁控制策略優化設計，滿足原動機調速特性差異明顯時對雙機併聯運行的要求；提出適合船艦電機的新型轉子絕緣結構，以及考慮冷熱態差異下的現場高速動平衡等技術，形成一套完整的大容量中壓整流同步電機製造工藝。 20MW級中壓整流發電機的技術指標包括：額定中壓直流電壓/電流，額定輸出功率21MW級，額定轉速每分鐘3000轉，繞組接線形式是4Y移15度電角度，勵磁方式為無刷勵磁，額定效率大於等於97.5%，全系統重量小於43噸。 4MW級中壓整流發電機的技術指標包括：額定中壓直流電壓/電流，額定輸出功率4MW級，額定轉速每分鐘1500轉，繞組接線形式是4Y移15度電角度，勵磁方式為無刷勵磁，額定效率大於等於96.5%，全系統重量小於15噸。 此系統獲得四項國家發明專利，包括帶整流負載的多相同步發電機穩定裝置、帶有轉子交軸穩定繞組的同步發電機、磁性材料鐵損耗自動測量系統、磁性材料旋轉磁化特性測量裝置。 3.大容量脈衝工作逆變器 此技術能將直流電變換成頻率與幅值按照一定規律大範圍變換的交流電，實現對高壓大功率電機的變頻調速控制。2015年時處於試生產、應用開發階段。 此系統可推廣用於工業用電機（軋鋼、風機、水泵、礦業捲揚機等）的高壓變頻調速場合，城市軌道交通與高速列車電力牽引系統中的大容量變頻裝置，電力系統中的高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功補償等裝置，新能源領域的風力發電、光伏逆變器等裝置，新能源發電儲能調節並往裝置等。將該技術推廣至民用領域，可促進大容量逆變器的發展，帶動製造大容量電力電子裝置的大型企業的技術發展，填補國內產業相關空白，打破國外技術封鎖，推動相關技術產業化進程。 此技術立足於當前電力電子器件的發展水平，以IGBT功率器件的盡限應用和可靠性為理論依據，透過採用器件級的串並聯技術、電路級的多電平技術和裝置級的並聯技術，實現短時數百兆伏安的電能從直流到交流的變換。採用優化的結構設計和系統集成技術實現裝置的高功率密度和高可靠性，採用優化的空間矢量脈寬調製（Pulse Width Modulation，PWM）控制策略和全數字控制系統設計，實現對輸出波形質量的優化控制。基於PC104處理器實現全數字實時電機控制算法和多台逆變器之間的協調控制，採用高速串行環網通信及以太網通訊接口實現與全系統之間的集成。 大容量脈衝工作逆變器的技術特點包括：基本模塊結構為二級管箝位三電平單位半橋單元，採用電容母排、傳輸母排、單元母排多集互聯的主回路，解決了高壓大變流逆變裝置模塊集成的難題，實現了回路雜散電感、減輕了器件開關應用；吸收電容電極採用複合式引出方式，減少吸收電容等效串聯電感，減少了IGBT關斷大電流時有源箝位的持續時間，解決了IGBT關斷時的動態過電壓難題；採用基於雙環網的序列周邊排線（Serial Peripheral Interface Bus，SPI）串行通信的多台逆變器併聯控制方案，解決了直交流電同時併聯的動力調節逆變器均流控制難題，實現了併聯運行逆變器的冗餘控制；採用基於SPI通信、無需處理器的逆變器運行狀態監控方式，運用此方式實現了對裝置運行狀態的監控，便於進行維護檢修；提出單相多電平逆變器矢量PWM調製策略，通過動態實時優化開關矢量選擇，減少功率器件開關次數，透過優化開關矢量選擇，解決無中點連接的多電平逆變器電容電壓均衡控制的難題。與一般民用通用逆變器相較，此一大容量脈衝工作逆變器優勢包括：功率密度高，裝置模塊化集成化程度高；裝置容量等級達20MA，比較適合短時（2~3秒）工作場合，通過合理的散熱可擴展至長時間工作模式。 大容量脈衝工作逆變器的技術指標包括：直流側電壓為2 x 2000V（DC），電流為2200A（DC）；最大輸出電壓3100V（RMS），輸出電流6000A（RMS）；最大電流7500A（RMS），輸出頻率0~106Hz，效率98.5%。輔助電源為一般市電（220V AC/50Hz），功率2KW；不斷電系統（UPS）電源亦為220V AC/50Hz，功率600W。工作環境條件為溫度攝氏18~41度，濕度小於95%，有凝露；儲存溫度為攝氏-27~70度。外型尺寸小於1900mm x 1200mm x 2000mm （寬、深、高），重量小於2600kg；防護型式為IP23防濺式；維護空間為兩面維護，後維護空間0.5m，前維護空間1m；接口要求是光纖、電纜上進上出，水管路採用後進後出，採用帶有換熱器的閉式風冷系統。 此系統獲得四項發明專利，包括一種電力電子分佈式數字控制系統、一種大功率特種變頻驅動裝置、一種電流電壓檢測裝置、電磁發射運行軌跡驅動方式。
飛輪/複合儲能技術 美國海軍也在進行複合儲能的發展。美國海軍的儲能發展計畫是在2011年進行能源儲存模塊（Energy Storage Module，ESM）的概念驗證（Proof of concept），由RCT公司在美國海軍研究辦公室（Office of Naval Research，ONR）的合約之下負責設計建造；此一概念驗證模型以傳統酸蓄電池（Lead Acid Battires）作為電源，一系列蓄電池安裝在一個28英尺的ISO標準集裝箱內，能在10分鐘時間以600KW輸出，功率密度相當於每小時100KW（360MJ）。在2018年，美國海軍開始發展能源艙模型（Energy Magazine Prototype，EM-L），能支持~45 150KW的固體雷射（Solid State Laser，SSL）的射擊，功率密度為每小時71KW（相當於供應256MJ能量），2018財年進行概念展示。隨後，以EM-L為基礎開發第二代能源艙（Energy Magazine MK2），目標是透過多個能源艙串聯的方式，供應船艦生存性/可靠性用電以及作戰系統的能源需求，在2020財年完成裝艦與生產準備；第二代能源艙可作為峰值調節（peak shaving），可用於維穩備用電源（Stable Backup Power）、電子戰系統改進計畫（Surface Electronic Warfare Improvement Program，SEWIP）的電源、固體雷射武器等電源需求 ，能支持~360 150KW固體雷射的射擊，功率密度每小時153KW（相當於供應550MJ能量）。此外，雷松（Raytheon）公司為美國海軍進行的電磁軌道砲項目提供「脈衝電源集裝箱」（PPC），將儲存體集成在標準集裝箱容器中，能提供18KW的功率，足供應電磁軌道砲每分鐘發射10次，每次發射後能在數秒內重新充電，第一套PPC在2016年5月下旬交付美國海軍，隨即與電磁軌道砲進行集成。
能量管理系統 能量管理系統負責綜合全電系統的監測、控制和管理，基於各項信息來精確控制全電系統的工作。 艦船綜合電力系統包含分布式的儲能裝置和脈衝負載。脈衝負載發射時處於，短時重覆的充電和放電的交替運行狀態，使艦船綜合電力系統不再只有一個平衡點，而是表現為一系列運行點的周期性交替過程。因此，艦船綜合電力系統的結構和動態過程十分覆雜，既存在著由開關動作引起的快速電磁暫態過程（微秒級）；也存在著由電機調速引起的機電暫態過程以及脈衝負載啟停時的大功率瞬變沖擊過程（毫秒級）；同時含有儲能設備的充電動態過程（秒級）和艦船機動控制過程（分鐘級）；以及對應艦船巡航的長期穩態變化過程（小時級以上），具有多時間尺度的特點。艦船綜合電力系統還具有多目標需求，如艦船續航能力、脈衝負載的供電保障能力、負載的供電連續性、艦船機動性、系統故障後的重構能力等。為了兼顧脈衝負載用電需求和改善系統運行性能的需要，艦船綜合電力系統的儲能裝置將從目前專門用於脈衝負載發射的集中式儲能向兼顧系統運行需求的分布式儲能方向發展，這導致脈衝負載瞬時功率沖擊特性直接作用於艦船綜合電力系統，若分布式儲能配置及其協調控制不當，將嚴重影響綜合電力系統的供電品質和系統的安全穩定運行。 艦船綜合電力智能能量管理系統既需要能以燃油經濟性為目標，進行發電機組的自動發電控制，實現能源的高效利用；同時，也能對應艦船不同的任務需求，以「脈衝負載最大發射能力」以及「艦船機動性能為目標生成能量調度策略」；在發生故障後，以關鍵設備的供電連續性為優先目標，通過快速網絡重構和一系列緊急控制措施，保證系統的最大存活性。智能能量管理需要能夠在「多個時間尺度、多個目標維度」上，優化和調控綜合電力系統的動態過程，保證系統經濟性、機動性和安全性都不斷趨向最優。 其中，「多時間尺度」意味在構成系統的各種設備的工作方式時間差異很大，這包括：開關動作可以引發微秒級的電磁振蕩；斷路器和機電設備必須能夠以毫秒級應對電流衝擊；儲能設備的充電和船舶控制是分鐘級的；整個船舶的長期航行狀態保持和經濟性問題以小時或天數來計算。而「多能量目標維度」是指系統需要滿足很多種需求，包括艦船續航能力、脈衝負載的供電保障能力、負載的供電連續性、艦船機動性、系統故障後的重構能力等；由於這些目標之中難免有相互衝突，因而需要一個有效的能量調度管理策略，使系統能自動產生合理的應對步驟，並在調節過程中充分考慮如何與艦艇指揮控制以及艦上人員進行有效互動。
以功能細分，能量管理系統可以再分成監控、連接、智能調度等三部分。
對於連接部分，由於各設備之間的電氣和信息接口形式各不相同，必須遵照「模塊化」、「標準化」的設計原則，以提高系統能量和信息傳輸效能為導向，對綜合電力系統各組成設備之間的接口進行優化設計。同時，必須提出合理的電纜設計和鋪設方法，特別是要提高電纜的電磁屏蔽效能和降低動態磁場，提高數據傳輸效率和可靠性。 先進感應電機 在2017年5月17日解放軍報一篇名為「敢於彎道超車的"闖將"」的報導，位於湖北武漢的中國海軍工程大學艦船綜合電力技術國防科技重點實驗室教授、博士生導師肖飛，先後獲得國家科技進步一等獎、二等獎各1項，軍隊科技進步一等獎4項，入選軍隊高層次科技創新人才工程「學科拔尖人才」和「科技領軍人才」培養對像，2016年被評為「全國優秀科技工作者」，2017年獲「中國青年五四獎章」，先後3次榮立二等功。在2017年5月3日，肖飛獲得第21屆「中國青年五四獎章」。在2018年7月19日，中國國家主席、中央軍委主席習近平日前簽署通令，給3名個人記功，包括海軍工程大學某研究所所長教授肖飛。 在2002年，25歲的肖飛剛從海軍工程大學碩士畢業留校，隨即進入馬偉明院士領軍的艦船綜合電力技術國防科技重點實驗室；肖飛的第一項工作，就是跟隨馬偉明院士開展未來船艦使用的「新型高速感應發電機系統」的研製工作。感應電動機又稱非同步電機，透過氣隙旋轉磁場與轉子繞組感應電流相互作用產生電磁轉矩，從而實現將電能量轉換為機械能。新型高速非同步發電機系統具有功率密度高、供電品質好、執行可靠、機械強度好、維護簡單、調節方便等優點，是艦船綜合電力系統發電模組發展方向之一。當時，這個研發項目遇到了重大難題，實驗進展比較慢。實驗中，肖飛發現發電機輸出電壓總是不穩定，於是開創性地引入電力電子勵磁技術；其中，某像關鍵技術在中國國內沒有任何資料可供參考，唯一能查到的只有國外學術刊物發表的計算公式。然而，按照這個公式算出來的數據相互制約，實驗無法突破，得不到有用的結果；歷經多次檢查，也始終沒有發現運算過程中存在錯誤和漏洞。後來，肖飛打破原本按照外國公式的思維，自行提出了一種全新的算法，爭於攻克了困擾已久的技術難題。
突破理論技術關卡後，肖飛和課題組成員一起進駐工廠，把研究工作從研究所延伸到工廠車間，將創新技術落實到工程實踐之中。高速感應發電機系統的研制相當艱辛，不僅設計困難，且加工工藝要求高。高速感應電機的設計標準比老式電機提高了很多倍，原有的一些設備、生產工藝和檢驗標準都不再適用。在這個研發項目的最後衝刺階段，為了盡快達到技術規範要求，肖飛擔負起「全能運動員」角色，一會兒在研究所當教授搞研究設計，一會兒又趕到工廠擔起設計師、工程師、技師和工人的活。於是，此項目工藝製作全過程的200多個操作步驟，肖飛都親手參與。最後，肖飛帶領團隊成功把先進感應電機樣機研製出來，各項參數全部達到設計要求。該項目順利通過科研成果鑒定，獲得2014年國家科技進步二等獎以及國家專利；鑒定委員會一致認為，該成果達到國際先進水平。馬偉明院士對愛將肖飛的評價是「有自主創新的膽量，有另辟蹊徑的思路，有向新興領域進軍的勇氣」。 除了肖飛之外，馬偉明海軍工程大學研究團隊另一位重要人物是1978年出生的王東；畢業於海軍工程大學後直接留校工作，並進入了馬偉明院士的團隊。在2002年，馬偉明團隊提出研製新型高速非同步電機（即先進感應電動機）的研製任務，當時年僅24歲的王東被任命為主設計師。王東教授聯合軍內外眾多科研團隊，利用多相繞組設計、強迫式蒸發冷卻技術、諧波注入等創新思想，攻克了強非線性直流源和先進電力推進兩大技術瓶頸，成功研製出大容量高功率密度發電機與大容量高轉矩密度推進電機兩大核心裝備，大幅提升了國產大功率感應電機的轉矩密度（100 千牛/平方米 ） ，同時實現電機效率大於96.5%；該項研究成果可廣泛的推廣應用於軍用大型水面艦艇 或潛艇上，將其軍轉民後還可以推廣應用於民用船舶、汽車和電力機車等推進領域。
另外，在10年前（約2000年代中期），作為風力發電機核心部件的變流器，中國只能完全仰賴進口，相關設備被歐美日幾家大公司壟斷，價格昂貴且進口條件嚴苛；當時，馬偉明院士認為可以用船舶高速發電機的成熟變流器技術突破難關，於是此一項目由肖飛牽頭帶領，由劉勇、陳明亮、王顥雄等幾名青年人才組成課題組進行研發工作，經過近一年的攻關，成功研製出2MW級直驅式風力發電變流器系統，並由肖飛帶領團隊前往福建省漳浦縣某風力發電廠進行測試。受環境限制，肖飛帶領的課題組在山上搭了一個小窩棚做實驗，平時住在山下農民家裡。測試結果顯示，肖飛團隊研發的變流器技術指標優於國外同類產品，一舉打破了該領域被國外長期壟斷的局面，國外產品價格應聲而降，當年即為國家節約采購經費約10億元人民幣。肖飛帶領團隊乘勢而上，在國內首次研製成功海島風能、太陽能等多能源智能微網，並應用於島礁建設工程，一舉解決了島礁供電難題，提升了駐守部隊自給力和戰鬥力。 除了前述正投入應用階段的成果之外，馬偉明的海軍工程大學團隊的發展目標又進一步延伸到下一代推進電機技術和集成化推進模塊。在2017年中旬央視系列節目的畫面中，出現了標註「低速永磁同步電機實驗系統」的設備控制台。永磁電機（Permanent Magnet Motors，PMM）以及高溫超導電機（High Temperature Motor，HTM）是先進國家下一代艦船電力推進系統的核心技術。 傳統使用電磁鐵作為電磁轉換裝置，在鐵芯的外部纏繞與其功率相匹配的導電繞組，通電後因為電磁感應而產生磁性；為了使電磁鐵斷電立即消磁，往往採用消磁較快的的軟鐵或矽鋼材料來製做。永磁推進電機採用永磁材料和變頻調速裝置，替代了傳統電機的勵磁、換向和調壓等裝置；相較於傳統電磁鐵，永磁電機具有效率高、體積小、重量輕、噪聲低、操作簡單和維護簡便等優點，有助於提高船艦運作效能，是綜合電力系統的重要設備。
海軍工程大學研製的低速永磁同步電機實驗系統的控制台。 此外，馬偉明團隊也在開發將推進電機、變頻器與螺旋槳集成的一體化推進模塊，其中一個點行就是央視系列報道中的「無軸推進技術」。「無軸推進器」將推進電機的結構與實際上推動海水的螺旋槳集成為一個結構，如此就可完全省略過去連接推進電機與螺旋槳之間的主軸和齒輪箱，可最大幅度地簡化機械結構，連帶避免了這些機械設備帶來的噪音、震動與能量損耗。在馬偉明團隊的論文中，「無軸推進器」是將高效能永磁電動機（PMM）、軸系、舵及尾推進器集成為一體，除變頻器以外的其他裝置都安裝在船舶外部，不佔用艙內空間，具有體積小、重量輕、振動噪聲小、推進效率高、操控性能好、安裝拆卸方便等顯著優點。由於「無軸推進器」可以大幅減低噪音，對於潛艦的意義最為重大，此外在一般船舶的應用上也有潛力。 20MW級船用汽輪發電機組
中國船舶重工集團704研究所負責的20MW級船用汽輪發電機組樣機 2018年12月4日，中國船舶重工集團704研究所研製並擁有完全自主知識產權的20MW級船用汽輪發電機組通過科技成果鑑定，是此時中國國內功率等級最高的船用氣輪發電機組，代表中國就此掌握船用大功率、中壓汽輪發電機組核心技術，使中國國產船用大功率汽輪發電機組邁入20MW級時代，功率是中國原有船用汽輪發電機組滿功率的4倍，與歐美先進汽輪發電機組功率等級相當，且適用於有限艙容、功能限定以及低聲噪等多種特殊需求。在2018年1月17日，首台20MW級船用汽輪發電機組在試驗中，成功加載運轉到額定功率的110%，實驗中汽輪發電機組運行平穩，性能指標達到預期。
此項目突破多油動機高壓電液調速、雙通道返流式集成旁排以及變轉速運行發電等多項關鍵技術，創新應用包括直聯雙撓性轉子軸系及低頻譜多線譜主動控制設計等。此設備填補中國大功率船用汽輪發電機組技術空白，達到國際先進水平，作為船舶大容量電力系統的核心設計，不僅保障了推進系統的電力供應，更為未來船舶全電力化應用奠定了基礎。
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