CN102664457A

CN102664457A - 一种船舶能量管理系统

Info

Publication number: CN102664457A
Application number: CN2012101254665A
Authority: CN
Inventors: 夏立; 王黎明; 王征; 卜乐平; 邵英; 杨宣访
Original assignee: Naval University of Engineering PLA
Current assignee: Naval University of Engineering PLA
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2012-09-12

Abstract

本发明提供一种船舶能量管理系统，主要包括供配电管理、负载管理、安全管理、系统分析、信息网络管理等模块，能够根据船舶的运行工况有效并且迅速地调度电能，合理地分配和使用电能，能够对全船的电能和各种负载的用电情况进行有效的管理，尽量使供电系统避免出现电能供应不足、电能过剩、电能调配不及时的情况；同时使用工业以太网还能以一种扁平化的船舶控制网络形态，方便地实现船舶控制网络与信息网络的互连、互通，完成高层业务信息与船舶自动化的无缝结合，形成一种真正意义上的全开放的船舶网络系统结构。

Description

一种船舶能量管理系统

技术领域

本发明涉及船舶能量管理领域，具体是一种船舶能量管理系统。

背景技术

“能量”和“信息”是船舶平台的重要组成元素。平台能量可以推动船舶前进，可以为船舶装备提供电力，能量是船舶平台存在和使用基础，是机械化的象征。信息是任何物质与人之间及物质之间的必备接口，信息化就是广泛、深入地扩展信息的获取、传输、管理和使用手段，最大限度地发挥信息的使用效能，从而增强装备的效能。船舶平台能量管理系统就是充分利用平台信息，对平台能量进行统一监测、控制、调度和管理的系统。它充分利用了现代信息技术，增强了平台能量的使用效能，是机械化与信息化的结合，是船舶装备由机械化向信息化发展的典型应用。

船舶能量管理系统是以船舶平台的能量(主要表现为动力和电力两种能量形式)为管理对象，是综合平台管理系统(IPMS)的基本组成部分。

能量管理系统并不是一个全新概念，从上个世纪船舶出现完整电力系统开始，就出现了Power Management System(PMS)概念，中文直译为功率管理系统，功率可以表述为“电力”和“机械”功率，但是PMS概念特指“电力”功率，一般包括发电机组的自动启动、停机、分级卸载、有功自动分配、自动报警和部分后备保护等功能。PMS与国内船舶电气专业表述的电站管理系统的含义、功能基本相同。国内外陆用电力系统行业没有采用“功率管理系统”(PMS)的概念，而采用“能量管理系统”(Energy Management System-EMS)的概念，它是调度自动化的主要内容，其概念涵义是一套为电力系统控制中心提供数据采集、监视、控制和优化的计算机软硬件系统的总称。

“功率管理系统”与“能量管理系统”的概念基本相同，但是“能量管理系统”实现的功能比“功率管理系统”更广一些，它在监测、控制的基础上又增加了一些自动优化管理功能，具有智能化。目前船舶“功率管理系统”的功能，与“能量管理系统”二十世纪七十年代实现的SCADA(监测控制和数据采集)、AGC(自动发电控制)功能相同。此时，虽然SCADA、AGC可以进行发电机组自动频率控制、无功优化，并给电网调度人员掌握电网实时运行工况及处理事故以极大帮助，但尚不具备自动状态估计、潮流计算、安全分析和运行优化等功能。

目前，国内船舶在电能的管理主要还是集中在电站方面，采用的方式也主要是采集用电设备状态，进行监测和报警，并对发电机组进行保护和控制，没有形成对于全船用电设备的综合管理。也就是说，主要是被动的针对故障和报警进行处理，没有主动的进行电能的调配，更没有算法进行决策方面的判断。

发明内容

本发明提供一种船舶能量管理系统，能够综合考虑并实现发电自动化、系统监测报警、输配电监控保护及用电设备监控管理，能够综合优化船舶电力系统的经济性、可靠性、安全性、稳定性。

一种船舶能量管理系统，采用两层计算机网络结构，上层为工业以太网，能量管理集控台与工业以太网连接，下层为现场总线网络，由PLC控制器、采集模块组成，上层工业以太网与下层总线网络之间依次通过第一交换机、网关连接，PLC控制器的一端与网关连接，PLC控制器的另一端以及采集模块分别与现场总线连接，采集模块与电站设备连接。

如上所述的船舶能量管理系统，所述能量管理集控台包括供配电管理工作站、负载管理工作站、安全管理工作站、系统分析工作站、信息网络管理工作站，供配电管理工作站、负载管理工作站、安全管理工作站、系统分析工作站、信息网络管理工作站分别与第二交换机连接，第二交换机接入工业以太网。

本发明能够根据船舶的运行工况有效并且迅速地调度电能，合理地分配和使用电能，能够对全船的电能和各种负载的用电情况进行有效的管理，尽量使供电系统避免出现电能供应不足、电能过剩、电能调配不及时的情况；同时使用工业以太网还能以一种扁平化的船舶控制网络形态，方便地实现船舶控制网络与信息网络的互连、互通，完成高层业务信息与船舶自动化的无缝结合，形成一种真正意义上的全开放的船舶网络系统结构。

附图说明

图1是本发明船舶能量管理系统的组成架构框图。

图中：10-工业以太网，20-能量管理集控台，21-配电管理工作站，22-负载管理工作站，23-安全管理工作站，24-系统分析工作站，25-信息网络管理工作站，26-第二交换机，30-现场总线，40-第一交换机，50-网关，60-PLC控制器，70-采集模块，80-电站设备，90-电站操作面板。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明船舶能量管理系统采用两层计算机网络结构，上层为工业以太网10，能量管理集控台20与工业以太网10连接，组成上层能量管理中心，面向管理层实现监测、控制与管理功能。下层为现场总线网络，主要由PLC控制器60、采集模块70组成，用于面向电站设备70(例如主机、轴带发电机、消防崩、柴油发电机等)实现采集功能或控制功能。上层工业以太网10与下层总线网络之间通过第一交换机40、网关50连接，用于将上层能量管理中心和下层PLC控制器、采集模块互联成系统，从而组成一个集监测、控制、管理和保护为一体的网络型分布式能量管理系统，实现了发电自动化、监测报警、输配电监控保护、主要设备监控管理等功能。其中，网关50与PLC控制器60连接，PLC控制器60和采集模块70与现场总线30连接，采集模块70与电站设备80连接。其中，所述采集模块70可为智能测量模块。所述船舶能量管理系统还可包括电站操作面板90，所述电站操作面板90接入现场总线30，用于实现对电站设备的操作和控制。

所述能量管理集控台20包括供配电管理工作站21、负载管理工作站22、安全管理工作站23、系统分析工作站24、信息网络管理工作站25。供配电管理工作站21、负载管理工作站22、安全管理工作站23、系统分析工作站24、信息网络管理工作站25分别与交换机连接，交换机接入工业以太网10。供配电管理工作站21、负载管理工作站22、安全管理工作站23、系统分析工作站24、信息网络管理工作站25后台的运算组件，可利用模块间及模块内部的信息交互完成相应的应用功能。

供配电管理工作站21用于对船舶的发电模块、配电模块、变电模块、储能模块进行监测、控制，对船舶的能量进行合理分配；同时在船舶破损、操作不当或设备本身发生问题等系统出现故障时，能够及时快速地实现网络重构，最大限度地恢复负载供电。

负载管理工作站22用于对船舶常规负载的用电状态进行监测，对全船能量调度，推进负载(推进电机和变频装置)、储能设备进行功率管理，实现特殊负载的智能管理与决策。负载管理工作站22的核心功能有三个：(1)保证总负荷功率不超过总发电功率；(2)合理为负载分配电能；(3)调度能量时对系统性能的影响最小化。

安全管理工作站23用于实现对电力系统安全稳定评估、电力系统设备的监测与故障诊断和智能保护。其中，电力系统安全稳定评估是根据电力网络结构和运行条件，计算整个网络的运行状态，分析电网的静态稳定性以及安全裕度，从而对电力系统进行实时安全监控，判断当前运行状态，并能对预想事故进行安全分析；电力系统设备的监测与故障诊断是通过对采集信息的分析、处理与控制，实现电力系统设备的自动监测、故障预测、定位与诊断等功能；智能保护是利用系统分析工作站24得到的系统运行数据，运用人工智能的方法进行系统故障分析，进而完成保护逻辑判断，并由此指示相应开关通断，实现系统保护功能。

系统分析工作站24用于通过搭建的能量管理系统数据采集的数据，完成系统辨识与拓扑分析、状态估计、电能质量监控等功能。其中，系统辨识是根据开关的开合状态和电网接线来确定网络拓扑关系，从而实时跟踪电力系统网络拓扑；状态估计是对实测的数据进行检测与辨识，推算出完整准确的电力系统各种电气量，提高系统的完整性潮流分析就是对电力系统稳定运行条件进行研究，可以分析电力系统在给定条件下网络的功率分布和节点电压等有关信息，从而为整个电力系统分析提供完整的数据；电能质量监控是完成电压波动、闪变、暂降以及波形畸变和谐波监测分析，从而给出电能质量的改善和控制措施，改善船舶局部电能质量，保证优质电能。

信息网络管理工作站25用于完成信息网的配置管理、故障管理、性能管理和安全管理等功能。其中，配置管理主要监视网络和系统的配置信息，以便跟踪和管理不同的软硬件元素对网络操作的作用；故障管理用于检测、记录网络故障并通知给用户，尽可能自动修复网络故障以使网络能有效地运行；性能管理是估价系统资源的运行状况及通信效率等系统性能；安全管理是控制对网络资源的访问，以保证网络不被有意或无意地侵害，并保证敏感信息不被那些未授权的用户访问。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种船舶能量管理系统，其特征在于：采用两层计算机网络结构，上层为工业以太网(10)，能量管理集控台(20)与工业以太网(10)连接，下层为现场总线网络，由PLC控制器(60)、采集模块(70)组成，上层工业以太网(10)与下层总线网络之间依次通过第一交换机(40)、网关(50)连接，PLC控制器(60)的一端与网关(50)连接，PLC控制器(60)的另一端以及采集模块(70)分别与现场总线(30)连接，采集模块(70)与电站设备(80)连接。

2.如权利要求1所述的船舶能量管理系统，其特征在于：所述能量管理集控台(20)包括供配电管理工作站(21)、负载管理工作站(22)、安全管理工作站(23)、系统分析工作站(24)、信息网络管理工作站(25)，供配电管理工作站(21)、负载管理工作站(22)、安全管理工作站(23)、系统分析工作站(24)、信息网络管理工作站(25)分别与第二交换机(26)连接，第二交换机(26)接入工业以太网(10)。

3.如权利要求2所述的船舶能量管理系统，其特征在于：供配电管理工作站(21)用于对船舶的发电模块、配电模块、变电模块、储能模块进行监测、控制，对船舶的能量进行合理分配；同时在船舶破损、操作不当或设备本身发生问题时，实现网络重构。

4.如权利要求2所述的船舶能量管理系统，其特征在于：负载管理工作站(22)用于对船舶常规负载的用电状态进行监测，对全船能量调度，推进负载、储能设备进行功率管理，实现特殊负载的智能管理与决策。

5.如权利要求2所述的船舶能量管理系统，其特征在于：安全管理工作站(23)用于实现对电力系统安全稳定评估、电力系统设备的监测与故障诊断和智能保护，其中电力系统安全稳定评估是根据电力网络结构和运行条件，计算整个网络的运行状态，分析电网的静态稳定性以及安全裕度，从而对电力系统进行实时安全监控，判断当前运行状态，并能对预想事故进行安全分析；电力系统设备的监测与故障诊断是通过对采集信息的分析、处理与控制，实现电力系统设备的自动监测、故障预测、定位与诊断等功能；智能保护是利用系统分析工作站(24)得到的系统运行数据，运用人工智能的方法进行系统故障分析，进而完成保护逻辑判断，并由此指示相应开关通断，实现系统保护功能。

6.如权利要求2所述的船舶能量管理系统，其特征在于：系统分析工作站(24)用于通过搭建的能量管理系统数据采集的数据，完成系统辨识与拓扑分析、状态估计、电能质量监控。

7.如权利要求2所述的船舶能量管理系统，其特征在于：信息网络管理工作站(25)用于完成信息网的配置管理、故障管理、性能管理和安全管理。