CN103001258A - 一种用于船舶电站的功率均匀分配方法及管理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于船舶电站的功率均匀分配方法及管理装置，该方法包括如下步骤：设置发电站中发电机的额定功率；确定所述发电机中已并网的发电机；检测已并网的发电机当前的有功功率并将计算出该发电站当前发出的总的有功功率；计算所监控的发电机的额定功率与实际发出的有功功率之间的偏差是否在容许范围内；若偏差不在容许范围内，则输出控制信号，调节发电机的转速以调整发电机的有功功率，从而实现总的有功功率在各发电机上的均匀分配。本发明的船舶电站的功率均匀分配方法及管理装置具有的优点是无需与更上级的控制系统通信，控制过程简洁、系统工作稳定。

Description

一种用于船舶电站的功率均匀分配方法及管理装置

技术领域

本发明涉及船舶电站智能控制领域，更确切地说，涉及船舶电站的一种功率管理装置及其功率均匀分配方法。

背景技术

船舶电站所用柴油发电机组并联运行首先应满足功率均匀分配的要求，如果功率分配不均，不但对均匀利用各机组的容量及提高电站运行的经济性不利，甚至会引起整个电站的故障而直接影响整个用电系统的安全。

如果并联发电机组的有功功率分配严重不平衡的话，在负载总功率接近发电机总容量时，会引起其中一台发电机组过载，而在负载处于轻载时又会在并联运行的发电机之间产生环流，甚至会引起逆功率跳闸。

目前电站功率管理产品主要依靠进口，进口产品的具体实现方法未见报道；国内的相关研究以基于通信为主，各发电机组的监控装置将相关信息通过通信传送给总的功率管理装置，功率管理装置处理后再返回给各发电机组的监控装置，系统的组成相对复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于船舶电站的功率均匀分配方法，并进一步提供一种管理装置。

为实现上述目的，本发明可采用的技术方案是：

一种用于船舶电站的功率均匀分配方法，它通过功率均匀分配管理装置实现如下步骤：

S1、设置发电站中各个发电机的额定功率；

S2、确定所述发电机中已并网的发电机；

S3、检测已并网的发电机当前发出的有功功率并将计算出该发电站当前发出的总的有功功率；

S4、计算所监控的发电机的额定功率与实际发出的有功功率之间的偏差是否在容许范围内；若偏差不在容许范围内，则输出控制信号，同步调节发电机的转速以调整发电机的有功功率，从而实现总的有功功率在各发电机上的均匀分配。

根据本发明所述的用于船舶电站的功率均匀分配方法的一个方面：当所述功率均匀分配管理装置为多个且每个功率均匀分配管理装置控制至少一个发电机时，每个功率均匀分配管理装置分别设置其监控的发电机的额定功率和发电站中其它发电机的额定功率、检测发电机的有功功率、计算发电站当前总的有功功率和调节它所监控的发电机的转速，其中对各发电机转速的调节是同步进行的。

根据本发明所述的用于船舶电站的功率均匀分配方法的一个方面：它还包括：检测各发电机的无功功率并调节无功功率在各发电机中的均匀分配。

根据本发明所述的用于船舶电站的功率均匀分配方法的一个方面：所述S3进一步包括：将发电机当前的有功功率转换为电流信号，并将该电流信号输入到求平均电路，计算出平均电流值，将该平均电流值转换成平均有功功率并根据已并网的发电机的数量计算出当前发出的总的有功功率，所述求平均电路为与已并网的发电机数量相同的、相同阻值的电阻并联而成。

根据本发明所述的用于船舶电站的功率均匀分配方法的一个方面：所述S4进一步包括：若偏差不在容许范围内时，调整发电机的转速，使各发电机的有功功率的比例等于各发电机的额定功率的比例。

本发明还提供了一种用于船舶电站的功率均匀分配管理装置，它包括：微处理器、与所述微处理器连接的容量设置模块、发出功率检测模块、平均功率检测模块、并网判断模块和控制输出模块，以及为上述各模块供电的电源模块；

所述容量设置模块用于设置发电站中各发电机的额定功率，

所述并网判断模块用于判断所述发电站中的发电机是否并网及已并网的发电机数，

所述发出功率检测模块用于检测已并网的发电机当前的有功功率和/或无功功率，

所述平均功率检测模块用于根据检测到的各有功功率计算出平均有功功率，

所述微处理器计算已并网的发电机当前的有功功率与其额定功率的差值，并判断该差值是否在容许的范围内，如果该偏差不在容许的范围内，则根据平均有功功率和已并网的发电机数计算出当前总的有功功率，并通过所述控制输出模块输出控制信号调节所监控的发电机的转速，使得当前总的有功功率均匀分配到各发电机上，其中均匀分配是指各发电机的额定功率之间的比例等于各发电机的有功功率的比例。

根据本发明所述的用于船舶电站的功率均匀分配管理装置的一个方面：它还包括数模转换模块，所述数模转换模块用于将所述发出功率检测模块检测到的发电机的有功功率对应的数字量转换为电流信号，该电流信号输入求平均电路，所述平均功率检测模块计算出的平均电流转换为发电站的平均功率，所述求平均电路为与已并网的发电机数量相同的、相同阻值的电阻并联而成。

根据本发明所述的用于船舶电站的功率均匀分配管理装置的一个方面：所述功率均匀分配管理装置的数量与发电站中发电机的数量相同，各功率均匀分配管理装置分别与发电站中各发电机连接并检测器发出的有功功率，该有功功率经转换为电流信号并输入共用的求平均电路中，所述功率均匀分配管理装置的平均功率检测模块通过检测该求平均电路中的电流计算出总的有功功率。

根据本发明所述的用于船舶电站的功率均匀分配管理装置的一个方面：它还包括与所述微处理器连接的通信接口模块，该通信接口模块用于和外部监控系统或管理系统连接。

根据本发明所述的用于船舶电站的功率均匀分配管理装置的一个方面：它还包括与所述微处理器连接的状态显示模块，用于显示该管理装置和发电机的工作状态。

根据本发明所述的用于船舶电站的功率均匀分配管理装置的一个方面：它还包括与所述微处理器连接的状态显示模块，用于显示该管理装置和发电机的工作状态。本发明的用于船舶电站的功率均匀分配方法具有的优点是：比现有技术的处理方法更简洁、更快速和稳定。

本发明的用于船舶电站的功率均匀分配管理装置及方法具有的优点是：基于硬联接的信息交换，而无需与上级控制系统通信，可有效缩短处理时间；功率检测与管理功能集成在同一装置中，可减小系统构成的复杂性，同时能够提高处理速度和系统稳定性。

应当认识到，本发明以上各方面中的特征可以在本发明的范围内自由组合，而并不受其顺序的限制——只要组合后的技术方案落在本发明的实质精神内。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明用于船舶电站的功率均匀分配方法及管理装置作进一步说明，附图中：

图1是本发明用于船舶电站的功率均匀分配管理装置的结构框图；

图2a是本发明用于船舶电站的功率均匀分配管理装置的功率转换部分的电路图；

图2b是本发明用于船舶电站的功率均匀分配管理装置的求平均的电路图；

图3是本发明用于船舶电站的功率均匀分配方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域的技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请的权利要求所限定的范围。

如图1所示，本发明公开了一种用于船舶电站的功率均匀分配管理装置。它包括微处理器1、容量设置模块2、发出功率检测模块3，平均功率检测模块4和并网判断模块5，上述各模块分别与微处理器1的不同输入端口相连；它还包括状态显示模块6、控制输出7和数模转换模块8，上述各模块分别与微处理器1的不同的输出端口相连；另外，该装置还包括通信接口模块9，该通信接口模块与微处理器1的通信端口相连。电源模块10分别连接微处理器1、容量设置模块2、功率检测模块4、并网判断模块5、状态显示模块6、控制输出模块7、数模（D/A）转换模块8和通信接口模块9。

其中，容量设置模块2用以设置所监控的各发电机的容量并找出电站中最大的发电机的容量，为有功功率计算及D/A转换模块的输出提供依据；发出功率检测模块3用以测量已并网的发电机当前的有功功率及无功功率；平均功率检测模块4用以检测并联在电网上的所有发电机的有功功率的平均值；并网判断模块5用以判断所监控的发电机是否并在网上以及其他并联在网上的发电机数；状态显示模块6用以显示均衡管理装置的工作状态及所监控发电机的状态，如：是否常运行、发电机的电压/电流/功率等参数；控制输出模块7用以输出调节原动机转速和励磁电流大小的信号；D/A(20mA)转换模块8用以输出与当前所监控发电机发出的有功功率成比率的电流信号，其中4~20mA中4、20分别与有功功率0和最大发电机发出的有功功率相对应，位于最大有功功率和0之间的有功功率与电流的大小成线性关系；通信接口模块9用以与其他监控系统或管理系统共享信息；微处理器1根据容量设置模块2确定所监控的发电机的容量及电站中其他发电机的容量，包括最大的发电机的容量，根据并网判断模块5确定现有的并网的发电机组数，根据发出功率检测模块3获得当前的有功功率和无功功率，然后进入程序处理阶段，根据程序的处理结果，通过D/A模块8输出与有功功率相对应的电流信号，通过控制输出模块7调节有功功率或无功功率，通过状态显示模块6显示相应的状态信息，通过通信接口模块9与其他监控系统或管理系统共享信息。

其中，容量设置模块可用拨码开关或数字编码器构成，微处理器可使用单片机、DSP或ARM等；状态显示模块可由发光二极管与数码管或发光二极管与液晶显示屏构成；通信接口模块为RS485、CAN、以太网或它们的组合构成。

转到如图2a，该图说明了与所监控发电机有功功率相对应的数模转换输出的4~20mA电流信号经继电器KA的常开触点KA1与公共端COM1相连，同时经精密电阻R1及继电器KA的常开触点KA2与公共端COM2（接地）相连，同时与模数转换输入通道AD0的输入端相连。

接着描述图2b，该图说明了所监控发电机有功功率相对应的数模转换输出的4~20mA信号经继电器KA的常开触点KA1与公共端COM1相连，同时经精密电阻R1及继电器KA的常开触点KA2与公共端COM2（接地）相连，COM1、COM2再分别与其他发电机的COM1、COM2（接地）相连。其实现原理是：n个并网的发电机的功率均衡管理装置中经D/A输出的电流信号经闭合后的继电器KA的常开触点KA1汇集到公共端COM1，根据基尔霍夫电流定律，这些电流信号可等效为一个电流信号，等效的电流信号经n个并联的精密电阻R1、闭合后的继电器KA的常开触点KA2江集到公共端COM2（地）相连，由并联电路的特性可知，等效电流均匀地流过各个精密电阻R1，即各个精密电阻R1上流过的电流均相同，也就是说，流入该电路的电流被平均了，根据上述电流和有功功率的线性关系即可算出此时的平均功率。根据实际情况，技术人员还可以采用其他方案来求平均功率。

结合图3描述本发明的功率均匀分配的方法。设置发电站中各发电机的额定功率；确定所述各发电机中已并网的发电机；检测已并网的各发电机当前的有功功率并将计算出该发电站总的有功功率；计算所监控的各发电机的额定功率与实际发出的有功功率之间的偏差是否在容许范围内；若偏差不在容许范围内，则输出控制信号，调节发电机的转速以调整发电机的有功功率，从而实现总的有功功率在各发电机上的均匀分配。

进一步地，结合上述原理框图和流程图再作详细说明：微处理器1首先根据容量设置模块2确定电站中最大发电机的容量和所监控的各发电机的容量，再根据并网判断模块5判断所监控的发电机是否并网，若并网则根据由发出功率检测模块3获得的所监控的发电机当前发出的有功功率和电站中最大发电机的容量，得到所监控的发电机当前发出的有功率进行A/D转换得到所对应的数字量，将该数字量级D/A(20mA)模块8中的D/A转换器件转换为电流信号，同时控制D/A(20mA)模块8中的继电器KA，使其通电吸合，然后再由平均功率检测模块4获得当前的平均有功功率，由并网判断模块5获得当前并网的发电机组数，从而计算出当前所有并网的发电机组所发出的总的有功功率，再进行计算所监控的发电机应发出的有功功率与实际发出的有功功率之间的偏差是否在容许范围内，若不在容许范围内，刚通过控制输出模块7输出控制信号，调节原动机的转速实现发出的有功功率的调整，从而实现有功功率的均匀分配。在一个实施例中，功率均匀分配方案是：调节某些或全部电动机的转速使每个电动机的有功功率与其额定功率的比例相同或接近。例如电站的总的有功功率为120KW，有150KW和50KW的两组发电机，则通过调节电动机的转速使上述发电机的有功功率为或接近90KW、30KW。

需要说明的是，上述过程中的有些步骤可以根据实际情况调换顺序，只要调换后的顺序不脱离本发明的思想并能够实现本发明的目的。

在上述实施例中，各功率均匀分配的管理装置共用一个求平均电路的，每一管理装置在检测到与之连接发电机发出的有功功率后将其转换为对应的电流并闭合求平均电路的一条支路上的开关，从而使得能够准确地求出平均功率并进一步求出总功率。在其他实施例中，还可以设计多个共用的求平均电路，或与发电机数量相同的、不共用的多个求平均电路。

在上述实施例中，功率均匀分配的管理装置的数量与发电机的数量相等，通过每一功率均匀分配的管理装置分别设置它所监控的发电机的额定功率和发电站中其它发电机的额定功率，分别控制每个发电机的转速。与现有技术相比，每个发电机均配备有管理装置可以使调节更加灵活，方便。在优选实施例中，各管理装置同时对各自监控的发电机的转速进行调节，以保证当前的发出功率不变。在其他实施例中，还可以通过一个或少于发电机数量的功率均匀分配的管理装置来检测上述各发电机的有功功率并控制各发电机的转速。

总之，针对背景技术存在的缺点，本发明提出另一种管理船用发电站中各个发电机功率的新思路，这种思路抛弃了现有技术基于检测器和上级管理装置相互通信来对发电机进行调节的技术方案，提供了一种新的基于微处理器、数模转换和模数转换的功率均衡管理装置，实现了发电机组有功功率的均衡分配。比现有的需要与上级控制器通信的技术相比，本发明克服了通信不可靠的问题，并减少了相互通信交流的时间差，该装置对电动机的控制速度更快、性能也更稳定。

Claims (10)

1.一种用于船舶电站的功率均匀分配方法，其特征是它通过功率均匀分配管理装置实现如下步骤：

S1、设置发电站中各个发电机的额定功率；

S2、确定所述发电机中已并网的发电机；

S3、检测已并网的发电机当前发出的有功功率并将计算出该发电站当前发出的总的有功功率；

S4、计算所监控的发电机的额定功率与实际发出的有功功率之间的偏差是否在容许范围内；若偏差不在容许范围内，则输出控制信号，同步调节发电机的转速以调整发电机的有功功率，从而实现总的有功功率在各发电机上的均匀分配。

2.如权利要求1所述的用于船舶电站的功率均匀分配方法，其特征是：当所述功率均匀分配管理装置为多个且每个功率均匀分配管理装置控制至少一个发电机时，每个功率均匀分配管理装置分别设置其监控的发电机的额定功率和发电站中其它发电机的额定功率、检测发电机的有功功率、计算发电站当前总的有功功率和调节它所监控的发电机的转速，其中对各发电机转速的调节是同步进行的。

3.如权利要求1所述的用于船舶电站的功率均匀分配方法，其特征是所述方法还包括：检测各发电机的无功功率并调节无功功率在各发电机中的均匀分配。

4.如权利要求2或3所述的用于船舶电站的功率均匀分配方法，其特征是所述S3进一步包括：将发电机当前的有功功率转换为电流信号，并将该电流信号输入到求平均电路，计算出平均电流值，将该平均电流值转换成平均有功功率并根据已并网的发电机的数量计算出当前发出的总的有功功率，所述求平均电路为与已并网的发电机数量相同的、相同阻值的电阻并联而成。

5.如权利要求2或3所述的用于船舶电站的功率均匀分配方法，其特征是所述S4进一步包括：若偏差不在容许范围内时，调整发电机的转速，使各发电机的有功功率的比例等于各发电机的额定功率的比例。

6.一种用于船舶电站的功率均匀分配管理装置，其特征是它包括：微处理器（1）、与所述微处理器（1）连接的容量设置模块（2）、发出功率检测模块（3）、平均功率检测模块（4）、并网判断模块（5）和控制输出模块（7），以及为上述各模块供电的电源模块（10）；

所述容量设置模块（2）用于设置发电站中各发电机的额定功率，

所述并网判断模块（5）用于判断所述发电站中的发电机是否并网及已并网的发电机数，

所述发出功率检测模块（3）用于检测已并网的发电机当前的有功功率和/或无功功率，

所述平均功率检测模块（4）用于根据检测到的各有功功率计算出平均有功功率，

所述微处理器（1）计算已并网的发电机当前的有功功率与其额定功率的差值，并判断该差值是否在容许的范围内，如果该偏差不在容许的范围内，则根据平均有功功率和已并网的发电机数计算出当前总的有功功率，并通过所述控制输出模块（7）输出控制信号调节所监控的发电机的转速，使得当前总的有功功率均匀分配到各发电机上，其中均匀分配是指各发电机的额定功率之间的比例等于各发电机的有功功率的比例。

7.根据权利要求6所述的用于船舶电站的功率均匀分配管理装置，其特征是它还包括数模转换模块（8），所述数模转换模块（8）用于将所述发出功率检测模块（3）检测到的发电机的有功功率对应的数字量转换为电流信号，该电流信号输入求平均电路，所述平均功率检测模块（4）计算出的平均电流转换为发电站的平均功率，所述求平均电路为与已并网的发电机数量相同的、相同阻值的电阻并联而成。

8.根据权利要求6或7所述的用于船舶电站的功率均匀分配管理装置，其特征是所述功率均匀分配管理装置的数量与发电站中发电机的数量相同，各功率均匀分配管理装置分别与发电站中各发电机连接并检测其发出的有功功率，该有功功率经转换为电流信号并输入共用的求平均电路中，所述功率均匀分配管理装置的平均功率检测模块通过检测该求平均电路中的电流计算出总的有功功率。

9.根据权利要求6所述的用于船舶电站的功率均匀分配管理装置，其特征是它还包括与所述微处理器连接的通信接口模块（9），该通信接口模块（9）用于和外部监控系统或管理系统连接。

10.根据权利要求6所述的用于船舶电站的功率均匀分配管理装置，其特征是它还包括与所述微处理器连接的状态显示模块（6），用于显示该管理装置和发电机的工作状态。

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