CN102664459A - 一种中压电力推进船舶功率管理系统及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中压电力推进船舶功率管理系统及管理方法，电量变送装置将现场信号送入机组控制器，机组控制器分析数据，输出控制信号到并车装置和机旁控制箱中的继电器组；PMS控制器通过电量变送装置接收现场信号，通过以太网交换机接收人机界面的指令和机组控制器中的数据，并向机组控制器发出控制指令。可以实现中压电力推进船舶电站的功率管理；模块化设计，留有软件和硬件接口，系统独立封装，控制参数可调节；根据船舶动力装置的类型选择适当的接口，即可实现不同船舶的负载管理；也可以独立构成负载控制模拟平台，通过标准化接口与其他系统相连，配合完成系统仿真试验；可有效避免设计人员的重复性劳动，节约系统开发时间。

Description

一种中压电力推进船舶功率管理系统及管理方法

技术领域

本发明涉及一种船舶自动化设备，特别涉及一种中压电力推进船舶功率管理系统。 

背景技术

现有的电力推进船舶功率管理主要具有以下几个缺点： 

1、缺乏通用化、标准化、模块化的功率管理系统产品：

目前，市场上标准化的船舶功率管理系统大多是针对常规动力船舶设计，市场份额较大的有DEIF公司的PPU，SELCO公司的SIGMA系列、Flexgen系列功率管理系统，其产品设计、系统功能、控制策略、硬件接口上与电力推进船舶不同，无法直接用于电力推进船舶的功率管理。现有的电力推进船舶功率管理系统大多采用PLC控制，控制器件种类繁多，系统构成复杂，难以采用标准化软硬件接口。设计差异较大，不具有通用性，移植性不强，设计人员需要大量重复的劳动。

2、缺乏针对中压电力推进船舶的功率管理系统： 

目前船舶功率管理系统仅有针对低压常规动力船舶的电站监控系统产品，缺乏针对中压电力推进船舶的功率管理系统。

3、缺乏紧急情况下推进负载限制措施： 

国内外功率管理系统的应用范围通常是常规动力船舶电站，对于电力推进船舶，由于缺乏必要的控制接口，无法满足功率管理系统和推进控制系统之间的功率交互。常规动力船舶功率管理系统不检测机组断路器动作，当机组或线路故障造成断路器突然跳闸时，系统功率裕量大幅下降，甚至机组处于过载运行，如果不快速降低推进功率，可能导致在网机组过载停机或在网机组断路器跳闸，造成严重事故。在增机过程中，如果没有功率限制，也容易造成系统过载。

发明内容

本发明是针对现在电力推进船舶功率管理的缺陷的问题，提出了一种中压电力推进船舶功率管理系统及管理方法，在常规船舶功率管理系统的基础上，增加相应的功能，调整接口参数，以适用于中压电力推进船舶。 

本发明的技术方案为：一种中压电力推进船舶功率管理系统，功率管理系统所有设备安装于中压配电板的母联屏和机组控制屏中，母联屏内安装PMS控制器、电量变送装置、人机界面、以太网交换机；机组控制屏内安装包括机组控制器、电量变送装置、并车装置、继电器组；电量变送装置将现场信号送入机组控制器，机组控制器分析数据，输出控制信号到并车装置和机旁控制箱中的继电器组；PMS控制器通过电量变送装置接收现场信号，通过以太网交换机接收人机界面的指令和机组控制器中的数据，并向机组控制器发出控制指令。 

所述控制器与电量变送装置、机旁控制箱之间通过现场总线通讯；控制器与人机界面之间、控制器之间通过以太网通讯，现场总线可选DP-Profibus、CAN总线、RS-485。 

一种中压电力推进船舶功率管理方法，包括中压电力推进船舶功率管理系统，具体包括如下步骤： 

1）优先级：分手动、半自动、自动控制方式，手动控制方式优先级最高，自动控制方式优先级最低；

2）手动控制方式：PMS控制器仅可实现数据采集、显示、报警，但不参与控制操作，所有控制指令由机组控制器、机旁控制箱发出；

3）半自动控制方式：PMS控制器接收人机界面的启动、停机、合闸、分断、同步、解列操作指令，通过以太网交换机与机组控制器通讯，传输控制指令到机组控制器，机组控制器自身功能同时存在；

4）自动控制方式：PMS控制器根据整个系统的使用功率，进行统一调配，机组控制器自身控制功能被禁止，PMS控制器控制机组的投入、负载的卸载、故障换机、故障报警。

本发明的有益效果在于：本发明中压电力推进船舶功率管理系统及管理方法，可以实现中压电力推进船舶电站的功率管理；模块化设计，留有软件和硬件接口，系统独立封装，控制参数可调节；根据船舶动力装置的类型选择适当的接口，即可实现不同船舶的负载管理；结构化程序语言设计，便于实现程序移植；该设计既可以作为功率管理系统的功能模块；也可以独立构成负载控制模拟平台，通过标准化接口与其他系统相连，配合完成系统仿真试验；可有效避免设计人员的重复性劳动，节约系统开发时间。 

附图说明

图1为本发明中压电力推进船舶功率管理系统结构示意图。 

具体实施方式

功率管理系统是对船舶电力系统能量综合调度的管理系统，功能主要包括电网参数采集、机组启停机控制、增减机、故障换机、调频调载、分级卸载、重载管理、推进负载管理等功能。常规动力船舶与电力推进船舶功率管理系统设计中有较大差异，主要体现在系统对负载的管理方式上，本发明专利设计了一种适用于电力推进船舶的功率管理系统，在常规船舶功率管理系统的基础上，增加相应的功能，调整接口参数，以适用于中压电力推进船舶。 

设计专用的标准化船舶功率管理系统：本设计接口采用标准化的输入输出接口，包括DC24V数字量输入输出、4~20mA模拟量输入输出、标准网络接口（根据需要可选用以太网或现场总线），可以在多种不同的控制器上实现。模块功能具有较强的独立性，与电站组成结构无关，仅留有与其他功能模块的控制接口，通过修改接口定义，就可以实现电力推进船舶的功率管理。 

系统适用于中压电力推进船舶功率管理：功率管理系统可应用于6600V中压船舶电站控制，模块进线端需要满足一定要求。 

限制推进负载，防止全船失电：功率管理系统与推进控制系统之间应留有功率裕量接口，使其实时获取电站功率裕量；功率管理系统在两种情况下发出推进功率限制信号，提示推进控制系统限制变频器功率。 

如图1为控制4台柴油发电机组的功率管理系统图。 

1、设备（装置）构成： 

PMS系统由以下主要设备构成：母联屏中配有PMS控制器、电量变送装置3、4、人机界面、以太网交换机、继电器组3；机组控制屏1中配有机组控制器1、电量变送装置1、并车装置1、继电器组1；机组控制屏2中配有机组控制器2、电量变送装置2、并车装置2、继电器组2。电量变送装置将现场信号送入机组控制器，机组控制器分析数据，输出控制信号到并车装置、继电器组和机旁控制箱。PMS通过电量变送装置接收现场信号，通过以太网交换机接收人机界面的指令和机组控制器中的数据，并向机组控制器发出控制指令。

2、通讯方式： 

控制器与电量变送装置、机旁控制箱之间通过DP-Profibus、CAN总线、RS-485等现场总线通讯；控制器与人机界面之间、控制器之间通过以太网通讯。

3、硬件接口： 

(1).         输入信号

l 控制方式信号

l 各断路器状态信号

l 重载请求信号

l 重载运行信号

l 机组、电网的电压、电流采集信号（需经互感器转换为满足控制器输入条件的信号）

l 消声、应答信号

(2).         输出信号

l 机组启动、机组停机信号

l 断路器合闸、断路器分断信号

l 机组加减速信号

l 重载允许信号

l 功率裕量信号

l 功率限制信号

l 蜂鸣器、报警指示灯信号

4、管理方法：

(1).         控制方式切换

通过中压配电板母联屏上的控制方式切换开关转换手动、半自动、自动控制方式。手动控制方式优先级最高，自动控制方式优先级最低。

(2).        基本功能 

手动控制方式下，PMS仅可实现数据采集、显示、报警等基本功能，但不参与控制操作，所有控制指令由配电板、机旁控制箱发出。

为适应6600V中压船舶电站控制，功率管理系统电量变送装置进线端需经过互感器转换成合适的电量范围：电压互感器副边AC 0V~100V，电流互感器副边AC 0A~5A。 

由于手动控制方式优先级最高，因此，在半自动、自动控制方式下，基本功能依然有效。 

(3).        机组及其断路器控制 

半自动控制方式下，可通过人机界面的控制按钮完成启动、停机、合闸、分断、同步、解列等操作。

由于半自动控制方式比自动控制方式优先级要高，因此，在自动控制方式下，机组及其断路器控制功能依然有效。 

(4).         调频调载 

半自动控制方式下，功率管理系统可对在网机组进行频率调节和负载分配。频率调节范围为额定频率±0.25Hz，有功功率调节范围为额定功率的±5%。

(5).         功率原则增、减机 

自动控制方式下，当系统功率裕量不足时（该值可通过人机交互界面设置），对具备启动条件、优先级最高的备用机组发出启动指令。如果所有机组都不具备启动条件，输出故障报警信号。

当系统功率裕量较高时，对具备停机条件、优先级最低的在网机组发出停机指令。

当机组无法启动、停机或断路器无法合闸、分断时，均有对应的故障报警信号输出。 

(6).         分级卸载 

当流经机组断路器的电流超过一定限度时，功率管理系统可根据情况分级卸掉非重要负载。

(7).         重载控制 

如果当功率管理系统收到重载请求信号，将会判断该重载启动后系统的功率裕量是否足够。如果功率裕量足够，输出重载允许指示信号提示船员重载合闸；如果功率裕量不够，系统可根据情况增机，直至功率裕量满足条件为止。

当没有备用机组时，输出故障报警信号。 

(8).         故障换机 

当在网机组发生频率越限、电压越限等B类故障时，功率管理系统将自动启动备用机组并网运行，然后将故障机组解列。

当没有备用机组时，输出故障报警信号。 

(9).         推进功率限制 

功率管理系统将系统功率裕量通过4~20mA电流信号实时传递给推进控制系统。推进控制系统可根据功率裕量情况制定控制规则，实现推进负载（变频器）功率限制。功率管理系统在以下两种情况下提供备用（冗余）控制信号，提示推进控制系统实现推进负载限制。

当系统功率裕量较低时，功率管理系统将自动增机；在增机过程中，若负载持续增长，功率裕量低于某一限度时，输出功率限制信号给推进控制系统，提示推进控制系统限制推进负载。该信号作为推进控制系统的备用（冗余）控制信号。 

当功率管理系统检测到机组断路器突然因故跳闸时，输出降功率信号给推进控制系统，防止机组过载。该信号作为推进控制系统的备用（冗余）控制信号。 

Claims (3)

1.一种中压电力推进船舶功率管理系统，其特征在于，功率管理系统所有设备安装于中压配电板的母联屏和机组控制屏中，母联屏内安装PMS控制器、电量变送装置、人机界面、以太网交换机；机组控制屏内安装包括机组控制器、电量变送装置、并车装置、继电器组；电量变送装置将现场信号送入机组控制器，机组控制器分析数据，输出控制信号到并车装置和机旁控制箱中的继电器组；PMS控制器通过电量变送装置接收现场信号，通过以太网交换机接收人机界面的指令和机组控制器中的数据，并向机组控制器发出控制指令。

2.根据权利要求1所述中压电力推进船舶功率管理系统，其特征在于，所述控制器与电量变送装置、机旁控制箱之间通过现场总线通讯；控制器与人机界面之间、控制器之间通过以太网通讯，现场总线可选DP-Profibus、CAN总线、RS-485。

3.一种中压电力推进船舶功率管理方法，包括中压电力推进船舶功率管理系统，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）优先级：分手动、半自动、自动控制方式，手动控制方式优先级最高，自动控制方式优先级最低；

2）手动控制方式：PMS控制器仅可实现数据采集、显示、报警，但不参与控制操作，所有控制指令由机组控制器、机旁控制箱发出；

3）半自动控制方式：PMS控制器接收人机界面的启动、停机、合闸、分断、同步、解列操作指令，通过以太网交换机与机组控制器通讯，传输控制指令到机组控制器，机组控制器自身功能同时存在；

4）自动控制方式：PMS控制器根据整个系统的使用功率，进行统一调配，机组控制器自身控制功能被禁止，PMS控制器控制机组的投入、负载的卸载、故障换机、故障报警。

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