專利名稱：一種中壓電力推進船舶功率管理系統(tǒng)及管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種船舶自動化設備，特別涉及ー種中壓電カ推進船舶功率管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電カ推進船舶功率管理主要具有以下幾個缺點
I、缺乏通用化、標準化、模塊化的功率管理系統(tǒng)產(chǎn)品
目前，市場上標準化的船舶功率管理系統(tǒng)大多是針對常規(guī)動カ船舶設計，市場份額較大的有DEIF公司的PPU，SELCO公司的SIGMA系列、Flexgen系列功率管理系統(tǒng)，其產(chǎn)品設計、系統(tǒng)功能、控制策略、硬件接口上與電カ推進船舶不同，無法直接用于電カ推進船舶的功率管理?，F(xiàn)有的電カ推進船舶功率管理系統(tǒng)大多采用PLC控制，控制器件種類繁多，系統(tǒng)構(gòu)成復雜，難以采用標準化軟硬件接ロ。設計差異較大，不具有通用性，移植性不強，設計人員需要大量重復的勞動。2、缺乏針對中壓電カ推進船舶的功率管理系統(tǒng)
目前船舶功率管理系統(tǒng)僅有針對低壓常規(guī)動カ船舶的電站監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品，缺乏針對中壓電カ推進船舶的功率管理系統(tǒng)。3、缺乏緊急情況下推進負載限制措施
國內(nèi)外功率管理系統(tǒng)的應用范圍通常是常規(guī)動カ船舶電站，對于電カ推進船舶，由于缺乏必要的控制接ロ，無法滿足功率管理系統(tǒng)和推進控制系統(tǒng)之間的功率交互。常規(guī)動カ船舶功率管理系統(tǒng)不檢測機組斷路器動作，當機組或線路故障造成斷路器突然跳閘時，系統(tǒng)功率裕量大幅下降，甚至機組處于過載運行，如果不快速降低推進功率，可能導致在網(wǎng)機組過載停機或在網(wǎng)機組斷路器跳閘，造成嚴重事故。在增機過程中，如果沒有功率限制，也容易造成系統(tǒng)過載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在電カ推進船舶功率管理的缺陷的問題，提出了 ー種中壓電カ推進船舶功率管理系統(tǒng)及管理方法，在常規(guī)船舶功率管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，増加相應的功能，調(diào)整接ロ參數(shù)，以適用于中壓電カ推進船舶。本發(fā)明的技術(shù)方案為ー種中壓電カ推進船舶功率管理系統(tǒng)，功率管理系統(tǒng)所有設備安裝于中壓配電板的母聯(lián)屏和機組控制屏中，母聯(lián)屏內(nèi)安裝PMS控制器、電量變送裝置、人機界面、以太網(wǎng)交換機；機組控制屏內(nèi)安裝包括機組控制器、電量變送裝置、并車裝置、繼電器組；電量變送裝置將現(xiàn)場信號送入機組控制器，機組控制器分析數(shù)據(jù)，輸出控制信號到并車裝置和機旁控制箱中的繼電器組；PMS控制器通過電量變送裝置接收現(xiàn)場信號，通過以太網(wǎng)交換機接收人機界面的指令和機組控制器中的數(shù)據(jù)，井向機組控制器發(fā)出控制指令。 所述控制器與電量變送裝置、機旁控制箱之間通過現(xiàn)場總線通訊；控制器與人機界面之間、控制器之間通過以太網(wǎng)通訊，現(xiàn)場總線可選DP-Profibus、CAN總線、RS-485。ー種中壓電カ推進船舶功率管理方法，包括中壓電カ推進船舶功率管理系統(tǒng)，具體包括如下步驟 1)優(yōu)先級分手動、半自動、自動控制方式，手動控制方式優(yōu)先級最高，自動控制方式優(yōu)先級最低；
2)手動控制方式PMS控制器僅可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、顯示、報警，但不參與控制操作，所有控制指令由機組控制器、機旁控制箱發(fā)出；
3)半自動控制方式PMS控制器接收人機界面的啟動、停機、合閘、分斷、同步、解列操作指令，通過以太網(wǎng)交換機與機組控制器通訊，傳輸控制指令到機組控制器，機組控制器自身功能同時存在；
4)自動控制方式PMS控制器根據(jù)整個系統(tǒng)的使用功率，進行統(tǒng)ー調(diào)配，機組控制器自身控制功能被禁止，PMS控制器控制機組的投入、負載的卸載、故障換機、故障報警。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明中壓電カ推進船舶功率管理系統(tǒng)及管理方法，可以實現(xiàn)中壓電カ推進船舶電站的功率管理；模塊化設計，留有軟件和硬件接ロ，系統(tǒng)獨立封裝，控制參數(shù)可調(diào)節(jié)；根據(jù)船舶動カ裝置的類型選擇適當?shù)慕鹰?，即可實現(xiàn)不同船舶的負載管理；結(jié)構(gòu)化程序語言設計，便于實現(xiàn)程序移植；該設計既可以作為功率管理系統(tǒng)的功能模塊；也可以獨立構(gòu)成負載控制模擬平臺，通過標準化接ロ與其他系統(tǒng)相連，配合完成系統(tǒng)仿真試驗；可有效避免設計人員的重復性勞動，節(jié)約系統(tǒng)開發(fā)時間。


圖I為本發(fā)明中壓電カ推進船舶功率管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式功率管理系統(tǒng)是對船舶電カ系統(tǒng)能量綜合調(diào)度的管理系統(tǒng)，功能主要包括電網(wǎng)參數(shù)采集、機組啟停機控制、增減機、故障換機、調(diào)頻調(diào)載、分級卸載、重載管理、推進負載管理等功能。常規(guī)動カ船舶與電カ推進船舶功率管理系統(tǒng)設計中有較大差異，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)對負載的管理方式上，本發(fā)明專利設計了ー種適用于電カ推進船舶的功率管理系統(tǒng)，在常規(guī)船舶功率管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，増加相應的功能，調(diào)整接ロ參數(shù)，以適用于中壓電カ推進船舶。設計專用的標準化船舶功率管理系統(tǒng)本設計接ロ采用標準化的輸入輸出接ロ，包括DC24V數(shù)字量輸入輸出、Γ20Π1Α模擬量輸入輸出、標準網(wǎng)絡接ロ(根據(jù)需要可選用以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線)，可以在多種不同的控制器上實現(xiàn)。模塊功能具有較強的獨立性，與電站組成結(jié)構(gòu)無關(guān)，僅留有與其他功能模塊的控制接ロ，通過修改接ロ定義，就可以實現(xiàn)電カ推進船舶的功率管理。系統(tǒng)適用于中壓電カ推進船舶功率管理功率管理系統(tǒng)可應用于6600V中壓船舶電站控制，模塊進線端需要滿足一定要求。限制推進負載，防止全船失電功率管理系統(tǒng)與推進控制系統(tǒng)之間應留有功率裕量接ロ，使其實時獲取電站功率裕量；功率管理系統(tǒng)在兩種情況下發(fā)出推進功率限制信號，提示推進控制系統(tǒng)限制變頻器功率。
如圖I為控制4臺柴油發(fā)電機組的功率管理系統(tǒng)圖。I、設備(裝置)構(gòu)成
PMS系統(tǒng)由以下主要設備構(gòu)成母聯(lián)屏中配有PMS控制器、電量變送裝置3、4、人機界面、以太網(wǎng)交換機、繼電器組3 ;機組控制屏I中配有機組控制器I、電量變送裝置I、并車裝置I、繼電器組I ;機組控制屏2中配有機組控制器2、電量變送裝置2、并車裝置2、繼電器組2。電量變送裝置將現(xiàn)場信號送入機組控制器，機組控制器分析數(shù)據(jù)，輸出控制信號到并車裝置、繼電器組和機旁控制箱。PMS通過電量變送裝置接收現(xiàn)場信號，通過以太網(wǎng)交換機接收人機界面的指令和機組控制器中的數(shù)據(jù)，井向機組控制器發(fā)出控制指令。2、通訊方式
控制器與電量變送裝置、機旁控制箱之間通過DP-Profibus、CAN總線、RS-485等現(xiàn)場總線通訊；控制器與人機界面之間、控制器之間通過以太網(wǎng)通訊。3、硬件接 ロ
(1).輸入信號
I控制方式信號 I各斷路器狀態(tài)信號 I重載請求信號 I重載運行信號
I機組、電網(wǎng)的電壓、電流采集信號(需經(jīng)互感器轉(zhuǎn)換為滿足控制器輸入條件的信號)
I消聲、應答信號
(2).輸出信號
I機組啟動、機組停機信號 I斷路器合閘、斷路器分斷信號 I機組加減速信號 I重載允許信號 I功率裕量信號 I功率限制信號 I蜂鳴器、報警指示燈信號
4、管理方法
(I).控制方式切換
通過中壓配電板母聯(lián)屏上的控制方式切換開關(guān)轉(zhuǎn)換手動、半自動、自動控制方式。手動控制方式優(yōu)先級最高，自動控制方式優(yōu)先級最低。(2).基本功能
手動控制方式下，PMS僅可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、顯示、報警等基本功能，但不參與控制操作，所有控制指令由配電板、機旁控制箱發(fā)出。為適應6600V中壓船舶電站控制，功率管理系統(tǒng)電量變送裝置進線端需經(jīng)過互感器轉(zhuǎn)換成合適的電量范圍電壓互感器副邊AC OflOOV，電流互感器副邊AC OA飛A。由于手動控制方式優(yōu)先級最高，因此，在半自動、自動控制方式下，基本功能依然有效。(3).機組及其斷路器控制半自動控制方式下，可通過人機界面的控制按鈕完成啟動、停機、合閘、分斷、同步、解列等操作。由于半自動控制方式比自動控制方式優(yōu)先級要高，因此，在自動控制方式下，機組及其斷路器控制功能依然有效。(4).調(diào)頻調(diào)載
半自動控制方式下，功率管理系統(tǒng)可對在網(wǎng)機組進行頻率調(diào)節(jié)和負載分配。頻率調(diào)節(jié)范圍為額定頻率±0. 25Hz，有功功率調(diào)節(jié)范圍為額定功率的±5%。(5).功率原則增、減機
自動控制方式下，當系統(tǒng)功率裕量不足時(該值可通過人機交互界面設置)，對具備啟動條件、優(yōu)先級最高的備用機組發(fā)出啟動指令。如果所有機組都不具備啟動條件，輸出故障報警信號。當系統(tǒng)功率裕量較高吋，對具備停機條件、優(yōu)先級最低的在網(wǎng)機組發(fā)出停機指令。當機組無法啟動、停機或斷路器無法合閘、分斷時，均有對應的故障報警信號輸出。(6).分級卸載
當流經(jīng)機組斷路器的電流超過一定限度時，功率管理系統(tǒng)可根據(jù)情況分級卸掉非重要負載。(7).重載控制
如果當功率管理系統(tǒng)收到重載請求信號，將會判斷該重載啟動后系統(tǒng)的功率裕量是否足夠。如果功率裕量足夠，輸出重載允許指示信號提示船員重載合閘；如果功率裕量不夠，系統(tǒng)可根據(jù)情況增機，直至功率裕量滿足條件為止。當沒有備用機組時，輸出故障報警信號。(8).故障換機
當在網(wǎng)機組發(fā)生頻率越限、電壓越限等B類故障吋，功率管理系統(tǒng)將自動啟動備用機組并網(wǎng)運行，然后將故障機組解列。 當沒有備用機組時，輸出故障報警信號。(9).推進功率限制
功率管理系統(tǒng)將系統(tǒng)功率裕量通過Γ20πιΑ電流信號實時傳遞給推進控制系統(tǒng)。推進控制系統(tǒng)可根據(jù)功率裕量情況制定控制規(guī)則，實現(xiàn)推進負載(變頻器)功率限制。功率管理系統(tǒng)在以下兩種情況下提供備用(冗余)控制信號，提示推進控制系統(tǒng)實現(xiàn)推進負載限制。當系統(tǒng)功率裕量較低時，功率管理系統(tǒng)將自動增機；在增機過程中，若負載持續(xù)增長，功率裕量低于某ー限度時，輸出功率限制信號給推進控制系統(tǒng)，提示推進控制系統(tǒng)限制推進負載。該信號作為推進控制系統(tǒng)的備用(冗余)控制信號。當功率管理系統(tǒng)檢測到機組斷路器突然因故跳閘時，輸出降功率信號給推進控制系統(tǒng)，防止機組過載。該信號作為推進控制系統(tǒng)的備用(冗余)控制信號。
權(quán)利要求
1.ー種中壓電カ推進船舶功率管理系統(tǒng)，其特征在于，功率管理系統(tǒng)所有設備安裝于中壓配電板的母聯(lián)屏和機組控制屏中，母聯(lián)屏內(nèi)安裝PMS控制器、電量變送裝置、人機界面、以太網(wǎng)交換機；機組控制屏內(nèi)安裝包括機組控制器、電量變送裝置、并車裝置、繼電器組；電量變送裝置將現(xiàn)場信號送入機組控制器，機組控制器分析數(shù)據(jù)，輸出控制信號到并車裝置和機旁控制箱中的繼電器組；PMS控制器通過電量變送裝置接收現(xiàn)場信號，通過以太網(wǎng)交換機接收人機界面的指令和機組控制器中的數(shù)據(jù)，井向機組控制器發(fā)出控制指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述中壓電カ推進船舶功率管理系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器與電量變送裝置、機旁控制箱之間通過現(xiàn)場總線通訊；控制器與人機界面之間、控制器之間通過以太網(wǎng)通訊，現(xiàn)場總線可選DP-Profibus、CAN總線、RS-485。
3.ー種中壓電カ推進船舶功率管理方法，包括中壓電カ推進船舶功率管理系統(tǒng)，其特征在于，具體包括如下步驟 1)優(yōu)先級分手動、半自動、自動控制方式，手動控制方式優(yōu)先級最高，自動控制方式優(yōu)先級最低； 2)手動控制方式PMS控制器僅可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、顯示、報警，但不參與控制操作，所有控制指令由機組控制器、機旁控制箱發(fā)出； 3)半自動控制方式PMS控制器接收人機界面的啟動、停機、合閘、分斷、同步、解列操作指令，通過以太網(wǎng)交換機與機組控制器通訊，傳輸控制指令到機組控制器，機組控制器自身功能同時存在； 4)自動控制方式PMS控制器根據(jù)整個系統(tǒng)的使用功率，進行統(tǒng)ー調(diào)配，機組控制器自身控制功能被禁止，PMS控制器控制機組的投入、負載的卸載、故障換機、故障報警。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種中壓電力推進船舶功率管理系統(tǒng)及管理方法，電量變送裝置將現(xiàn)場信號送入機組控制器，機組控制器分析數(shù)據(jù)，輸出控制信號到并車裝置和機旁控制箱中的繼電器組；PMS控制器通過電量變送裝置接收現(xiàn)場信號，通過以太網(wǎng)交換機接收人機界面的指令和機組控制器中的數(shù)據(jù)，并向機組控制器發(fā)出控制指令?？梢詫崿F(xiàn)中壓電力推進船舶電站的功率管理；模塊化設計，留有軟件和硬件接口，系統(tǒng)獨立封裝，控制參數(shù)可調(diào)節(jié)；根據(jù)船舶動力裝置的類型選擇適當?shù)慕涌?，即可實現(xiàn)不同船舶的負載管理；也可以獨立構(gòu)成負載控制模擬平臺，通過標準化接口與其他系統(tǒng)相連，配合完成系統(tǒng)仿真試驗；可有效避免設計人員的重復性勞動，節(jié)約系統(tǒng)開發(fā)時間。
文檔編號H02J13/00GK102664459SQ20121012897
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者張學瑾, 楊帆, 殷非, 畢劉新, 王良秀, 程偉 申請人:中國船舶重工集團公司第七0四研究所