CN104133465B - 船舶高压电力的模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶高压电力的模拟试验装置，包括配电系统、至少一组的高压配电屏、能量管理控制器以及可调负载装置，配电系统包括2组以上的发电机组，发电机组包括低压交流发电机、电动机以及机组驱动装置，机组驱动装置包括机组驱动控制器、变频器以及电动电位器，每组高压配电屏包括负载控制屏、发电机控制屏、同步控制屏以及联络控制屏；可调负载装置包括阻性负载和感性负载，能量管理控制器通过通讯总线分别与同步控制屏、联络控制屏、发电机控制屏以及机组驱动装置相连。本发明将实船高压配电屏引入实验室，改变了以往实验室只有低压配电屏或者只有高压配电屏仿真系统的状况。

Description

船舶高压电力的模拟试验装置

技术领域

本发明涉及船舶高压电力的模拟技术，更具体地说，是涉及一种船舶高压电力的模拟试验装置。

背景技术

随着船舶电气化水平的不断提高，船上用电设备日益增多，用电负荷快速上升，使得发电机的功率逐渐增大，对于传统船舶低压电力系统(500V以下)来说，系统电流逐步增加，电缆截面积逐渐增大，同时制造低压的大功率电机在技术上是困难的、经济上是不合理的。为此，提高电力系统的电压等级成为电站向大容量方向发展所必须考虑的问题，这也是船舶高压电力系统产生的原因，并且已成为船舶电力系统发展的趋势。

目前，我国船用高压电力系统产品的研究尚处于初级阶段，我国大多数的船员、学生及相关方面的科研人员对船舶高压系统了解仍然不够，建立一套完善的性能测试平台，有助于先进的控制理论和控制技术在船舶高压电力系统的应用研究，同时可作为教学平台，为培养高能力、高素质的学员提供实践保障。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种船舶高压电力的模拟试验装置。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种船舶高压电力的模拟试验装置，包括：

配电系统，所述配电系统包括2组以上的组发电机组，每组发电机组包括400V低压交流发电机、电动机以及机组驱动装置，所述电动机与所述400V低压交流发电机相连；所述机组驱动装置包括机组驱动控制器、变频器以及电动电位器，所述机组驱动控制器分别与所述变频器以及电动电位器相连；所述变频器与所述电动机相连，所述电动电位器与所述400V低压交流发电机相连；

至少一组的高压配电屏，所述每组高压配电屏包括负载控制屏、发电机控制屏、同步控制屏以及联络控制屏，所述负载控制屏、发电机控制屏、同步控制屏以及联络控制屏均通过电站母排相连；所述发电机控制屏的数量与所述发电机组的数量相对应，其中，每个发电机控制屏还与相对应的发电机组相连；

可调负载装置，所述可调负载装置包括阻性负载和感性负载，所述可调负载装置与所述负载控制屏相连；

一个能量管理控制器，所述能量管理控制器设于任一联络控制屏内，所述能量管理控制器通过通讯总线分别与同步控制屏、联络控制屏、发电机控制屏以及机组驱动装置相连。

所述通讯总线包括MODUBUS、PROFIBUS-DP、CAN总线以及以太网通讯。

所述能量管理控制器的增机步骤如下：

A.能量管理控制器根据预设的发电机组的发电排列顺序判断是否还有备用发电机组；

B.若还有备用发电机组，能量管理控制器将增机信号发送至对应的发电机控制屏中的机组控制器；

C.机组控制器发送启动信号给相应的机组驱动控制器，启动相应发电机组，如果三次启动不成功，则发出机组故障报警，能量管理控制器重新选择其他备用机组；

D.机组控制器检测到机组启动成功后进行自动并车，并根据母排频率，调整该发电机组的频率，机组控制器向机组驱动控制器发送升速或降速指令，调整发电机组频率，当检测到母排和机组相位匹配则发出合闸命令；

E.机组控制器检测合闸状态，如果未检测到合闸反馈，则发出机组故障报警，能量管理控制器重新选择其他备用机组；

F.机组控制器检测合闸成功后，根据能量管理控制器计算出的平均有功功率和平均无功功率，自动进行调频调载，调无功，在调整过程中，机组控制器会向机组驱动控制器发出调整指令，机组驱动控制器根据相应的调整指令来改变机组的状态；

其中调整指令包括升速、降速、升压、降压。

所述增机的条件为满足以下条件中的任意一条：

1)当运行机组发生严重故障时，备用机组应自动启动；严重故障包括超速、滑油过度；

2)当母线失电时所有备用机组立即自动启动，最先起动成功者自动投入，从起动开始到投网电压后自动投入的时间小于30秒；

3)在网发电机组总功率大于总额定功率的85％时；

4)当在网运行机组发生故障报警时，自动起动备用机组，备用机组并入电网成功后，逐步卸去故障机组负荷和发出停机指令，并发出报警信号；其中，所述故障报警原因包括因柴油机滑油压力低、冷却水温度高、发电机组绕组过热。

所述能量管理控制器的减机步骤如下：

A.能量管理控制器根据预设的发电机组的发电排列顺序确定待减发电机组；

B.能量管理控制器将减机信号发送至与减机对应的发电机控制屏中的机组控制器；

C.机组控制器发送减速信号给相应的机组驱动控制器，控制相应发电机组降速降负荷；

D.机组控制器检测到待减发电机组负荷降至额定功率的预设百分比以下时，机组控制器发出分闸信号至待减发电机控制屏，使得减发电机控制屏中的组机开关断开，如果在设定时间内未完成解列，则发出减机故障报警；

E.机组控制器检测到待减发电机控制屏中的机组开关分闸后，在等待若干秒冷却时间后，向待减的机组驱动控制器发出停机信号。

F.机组控制器检测到待减发电机组停机成功后，减机过程完成；如果在设定时间内待减发电机组未完成停机，则发出机组减机故障报警。

所述减机的条件为：在网并联运行发电机组总功率小于总额定功率的30％时。

所述预设的发电机组的发电排列顺序设于能量管理控制器中。

与现有技术相比，采用本发明的一种船舶高压电力的模拟试验装置具有以下的有益效果：

1)船用高压电力模拟试验装置，采用高压配电屏过低压电的方式来模拟实船高压配电系统，该设计方案即满足了高压配电屏操控方式与实船保持一致的要求，又解决了高压发电机组占地面积过大，安全防护要求过高的的问题。

2)船用高压电力模拟试验装置采用变频器带动电动机的方式作为原动机，比实船的柴油电动机操控更为简便、噪音更小，对空气污染小，更环保。

3)船用高压电力模拟试验装置引入可调负载装置，可实时模拟不同负荷下系统的运行情况。

4)高压配电屏的面板布局、仪表设置、操控流程完全根据实船要求配置，学生(员)可通过实际的操控，对实船高压配电屏有更深刻的认识，有利于相关教学、培训工作的开展，为学生(员)的培训工作提供实践保障。

5)船用高压电力模拟试验装置采用模块化设计理念，接口形式多样，组合方式灵活多变，适合不同需求的用户。

总之，本发明的模拟试验装置，将实船高压配电屏引入实验室，改变了以往实验室只有低压配电屏或者只有高压配电屏仿真系统的状况，为实验室船舶高压配电系统领域的科研、教研工作，提供了更好的技术保障，灵活的配置，良好的效果，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1是本发明的实施例的原理示意图；

图2是图1中的机组驱动装置的原理示意图；

图3是图1中的高压配电屏的屏面布置示意图；

图4是图3中的高压配电屏的控制原理图；

图5是本发明的控制系统网络架构图；

图6是本发明的控制器的软件架构图；

图7是本发明的增机过程的流程示意图；

图8是本发明的减机过程的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例

请参阅图1所示，本发明主要由机组驱动装置、发电机组、高压配电屏和可调负载装置几个部分组成。采用模块化的设计方式，通过不同形式的接口将各部分有机整合到一起，系统各设备之间整合形式多样，用户可根据自身需求和实际情况进行选择，比如在控制信息传输层面，用户可选择硬线或者通讯的方式来实现各系统设备之间的信息互通；在通讯总线层面可选用MODUBUS、PROFIBUS-DP、CAN总线以太网通讯等。

本发明采用电动机带发电机的方式来模拟实船的柴油(汽轮)发电机组，为了满足试验中调频调载和调压调无功的需求，系统配置机组驱动装置如图2所示，机组驱动装置主要由变频器、电动电位器、控制器和触摸屏组成，用户可通过远程(高压配电屏侧)，和就地(机组驱动装置触摸屏)操控的方式，对机组进行实时监控。

系统设计用变频器的变频功能来改变电动机的转速，从而达到调节发电机输出频率的目的，满足系统有功调频、调载的需求。同时自制调压装置(电动电位器)，通过改变电位器的阻值，从而改变发电机的励磁电流，最终达到控制发电机的输出电压值的目的，满足系统两次无功调节的需求。

本发明中的高压配电屏，由负载控制屏、机组控制屏、同步控制屏、和联络控制屏组成，各控制屏的数量根据机组数量而定。为了便于系统描述，以下图文说明均以四台机组高压配电屏为例。控制4台机组的配电屏设计有10屏，分别为负载控制屏(2屏)、机组控制屏(4屏)、同步控制屏(2屏)、和联络控制屏(2屏)(见图3、图4)。每屏分四个独立的隔室(手车室、母线室、电缆室、低压仪表室)。手车室内配置有高压断路器，控制电缆室端点与母排侧的通断；母线室主要用于铜排安装的隔室；电缆室主要用于连接外部电缆的隔室；低压仪表室用于安装各种仪表、控制电源配电、控制器等相关设备。

机组控制屏主要功能为控制发电机组启动、停止；控制发电机组开关的合闸、分闸；发电机组的保护(短路、过流、欠/过压、逆功率、差动、接地过电流等)；发电机运行参数测量和监视等。机组控制屏配置有综合保护装置、机组控制器、显示仪表、按钮、开关指示灯、真空断路器、电压(电流)互感器、接地刀等主要器件，用于系统的实时保护监控和数据采集。

同步控制屏主要用于发电机组、汇流排手动同步并车，配置有同步表、双指针电压表和双指针频率表、按钮、开关指示灯、电压互感器、触摸屏等主要器件，用户可根据面板仪表指示，实现不同机组、汇流排间的手动并车。该控制屏还具有汇流排接地故障检测和保护(开口三角)、电量参数的测量和状态监视等功能。

联络控制屏根据CCS规范的相关要求，设计为前、后电站2段母线形式，2段汇流排通过母联控制屏中的联络开关连接。母联控制屏的主要功能为母联开关的合分控制，及相关设备运行状态和参数的实时监控，控制屏配置有综合保护装置、仪表、按钮、开关指示灯、控制器、真空断路器、电压(电流)互感器、接地刀等主要器件，可实时监控母联开关两侧的电参数运行状态，并进行实时保护(如过流、过频、欠频、短路等)。

负载控制屏，通过控制负载控制屏中的负载开关的合分，来实现为用电设备配电和保护，控制屏配备综合保护装置、仪表、按钮、开关指示灯、电压(电流)互感器、真空断路器、接地刀等器件，实时监控负载开关两侧的电参数运行状态，并进行实时保护(如过流、短路、三相不平衡、逆功率等)。

本发明中的高压配电屏的设计、器件选型按实船配电系统标准来实现，为了满足高压配电屏过低压电的特殊功能，系统在控制屏的电缆室增配低压电压互感器，以满足系统采集的需要。

可调负载装置是为了模拟系统在不同负荷下的运行情况，系统配置有可调负载装置，该装置包含阻性负载和感性负载两个部分，可通过就地(面板)或远程(高压配电屏)操控的方式来调整负荷的大小，满足系统不同负荷工况的需求。

控制系统架构

本发明的模拟试验装置的控制系统采用先进的集散控制方式，系统按功能可分为三层：上位监控层、过程控制层、执行管理层(见图5)。

所述的上位监控层主要指人机界面包括触摸屏，上位计算机等设备，系统在机组驱动装置和高压配电屏侧配置有人机界面，采用SoftLink 610T型10.4"彩色触摸屏，用户可通过人机交互界面监视系统各设备的实时运行状态、发布控制命令、历史数据查询、报警查询等，确保在系统在运行过程中的能观、能控性。

所述的过程控制层主要指不同功能的控制器组成的控制系统，该层在整个系统架构中起到的是承上启下的作用，对上与上位人机界面进行实时信息交互，上传系统运行过程数据同时接受用户发布的命令；对下与综保等设备以通讯或者硬线连接的方式采集数据和下发控制指令。系统所有的运行逻辑、策略、联锁等功能均通过该层来实现。控制器形式多样,如PLC、ARM控制器等。

在本控制系统中，控制器硬件选用西门子S7-1200系列PLC，软件开发基于西门子博图V11平台完成。控制器软件功能有以下及部分组成(见图6)：

通讯管理子程序：处理控制器与其他控制器、综保装置、人机界面之间的数据交互和共享。

数据处理子程序：将采集数据进行量化处理，用于逻辑判断和参数显示。

流程处理子程序：按操控工艺流程，根据不同的运行参数，对系统运行状态进行监控

I/O接口子程序：处理不同接口信息，完成与不同接口形式设备的信息交互。

报警处理子程序：对系统运行状态进行实时监控，对于系统故障信息进行报警、记录，并按预案对故障设备运行状态进行干预。

所述的执行管理层主要指综保装置组成的底层控制系统，该层在系统中起到输出管理的功能，它汇总了测量、保护判断、控制器指令等多方信息，根据预设逻辑，执行相应的操作，确保联锁保护准确无误。本控制系统中的综保装置选用西门子7UM623电机保护型微机综保装置。

本发明的实现原理

船舶高压电力的模拟试验装置主要用来模拟实船高压配电系统(发电→配电→用电)的整个过程。

1、发电过程

系统采用变频器驱动电动机作为源动力(实船一般选用柴油机/汽轮机)，带动发电机发电。

2、配电过程

发电机发出的电通过电源线传输到配电屏机组控制屏的进线端，由高压配电屏来实现电力分配的功能。

1)机组并网

机组并网主要有两种情况：

A、母排失电

在母排失电状态下，系统只需检测进线侧电压是否在允许范围之内，如果电压值无异常，则闭合机组控制屏开关，使母排得电。

B、母排带电

在母排带电情况下，系统需检测待并网机组电压及其与母排电网之间的相位差，调整待并网机组的频率(通常情况下略高于母排频率)，当机组和电网相位接近时，闭合机组开关，实现机组并网运行。

2)调频调载

多台机组并网时，可通过调节各机组的频率从而实现各机组之间的负荷平均分配。具体实现方式为通过改变变频器的输出频率，从而调节电动机的转速，进而改变发电机组的输出频率。

3)无功调节

多台机组并网时，为了防止机组之间无功不均产生较大的环流影响系统的稳定运行，系统配置无功调节功能，通过调节电动电位器的阻值，从而改变发电机的励磁电流，最终实现各机组间无功功率基本均分。

4)机组解列

当系统负荷下降时，为了减少在网机组的数量，需要对解列机组降频，同时升高其他在网机组的频率，当解列机组的负荷降至额定功率5％以下，则可断开机组开关，解列完成。

3、用电设备

系统配置可调负载，模拟实船的用电设备，负载由两部分组成电感负载和电阻负载。可调负载通过电源线直接与负载控制屏出线端连接，当负载控制屏开关闭合则表面负荷投入使用，可通过远程操控/面板操控的方式来改变阻性负载和感性负载的大小。

系统功能描述

模拟实船功能

作为实验室模拟实验装置，本发明可模拟演示实船中压电站各个基本操控流程，具体功能如下：

1、控制部位及方式

控制部位有机旁(机组侧)、配电屏；

发电机组机旁设有机旁/遥控转换开关，机旁操纵时机组的一切操作在机旁进行；在遥控时，则可在配电屏进行手动遥控或自动起、停机组。

配电屏设有手动/自动转换开关。

2、手动操作显示功能

机组控制屏可实现各发电机组的启停及电量参数显示，同步控制屏可实现各机组手动合分闸，手动调频及相应的参数显示。

3、机组的自动起动

当运行机组发生超速、滑油过度等严重故障时，备用机组应自动启动；当母线失电时所有备用机组立即自动启动，最先起动成功者自动投入，从起动开始到投网电压后自动投入的时间小于30秒。

在网发电机组总功率大于总额定功率的85％时，备用机组应自动启动。备用机组的优先顺序可人工设定。

当在网运行机组因柴油机滑油压力低、冷却水温度高、发电机组绕组过热等故障报警时，自动起动备用机组，备用机组并入电网成功后，逐步卸去故障机组负荷和发出停机指令，并发出报警信号。

当装置收到一台机组起动失败信息后，则应能自动将启动指令转至下一台备用机组，并发出警报信号。

机组启动指令的发出不应超过三次，即具有三次起动失败报警功能。

4、机组投入和并联运行

母线无电时，启动的备用机组在达到一定电压(大于额定电压的85％)和频率(50±0.5Hz)后立即投入。

母线有电时，该机组应自动同步，自动合闸。

自动并联后，具有有功功率自动分配功能，并满足有功分配精度(±10％PN)，频率调节精度为50±0.5Hz。

若因短路故障而引起的电网失电，备用机组主开关的自动合闸只允许进行一次，自动合闸失败应自动报警，并启动下一台备用机组投入。

5、机组的解列和停机

在网并联运行发电机组总功率小于总额定功率的30％时，指定机组自动解列、停机，停机失败则发出声光报警。

在解列过程中，除严重故障之外，均应能平滑地自动转移负荷。当解列发电机组的负荷转移至小于该发电机组额定功率的10％，时发出分闸指令。

机组发生超速或滑油失压等严重故障时，必须采取可靠措施紧急停机，并起动备用机组投入。

6、发电机组起、停序列设定功能

在同步控制屏的人机界面上可设定各发电机组的自动起、停的顺序。

7、电站最少运行机组数设定功能

在同步控制屏的人机界面上可设定电力系统需要投入的机组数。

8、重载起动询问功能

该功能主要对侧推装置等大负载的起动实行起动询问，可实现多组设备的负载询问。

9、三级卸载功能

该功能主要为保护电网不断电连续运行，针对机组过载、电网过载设定，可分为三级。

10、人机界面功能

系统人机界面能显示各机组参数及工作状态，对主要参数的故障进行变色报警。能量控制管理站能显示系统的参数及工作状态，对主要参数的故障进行报警，并能实现各机组的遥控启、停及合、分功能。

通过不同功能的演示操作，使学员对于实船中压配电系统的主要操作流程、工作原理，有个宏观上的认识，结合书本所学知识，理论联系实际，加深相关教学知识点的理解。

实操演练功能

在实操演练过程中，学员可亲身体验中压配电屏的各项操控流程，通过反复操练在实验室中即可熟练掌握中压配电系统的各项基本操作技能，为进一步的学习、培训提供了实践基础，为今后的实船工作打下良好的基础。

实操演练功能可分为机械操作和电气操作两个部分：

在机械操作过程中，学员可以对中压配电屏中的机械器件进行实际操控，如接地刀的合闸与分闸、手车摇进摇出，发电机组运行前检验等，通过亲手操作切身体会五防联锁的真正含义及其实现方式。

电气操作过程按功能可分为手动操控和自动操控两个部分。在手动操控模式下，学员可通过配电屏面板上的按钮开关实现发电机组的启停、相关开关的合闸分闸、机组并车、负荷分配、解列停机等手动操作功能；在自动操控模式下，系统可根据学员的相关参数设定对机组进行全自动管理，包括机组自动增机、减机、重载询问、三级卸载等船舶自动化电站基本模拟功能。

测试平台功能

作为测试平台，本发明可用于船舶电站能量管理、协调控制等相关技术的研究。

本发明可搭载不同形式的电站管理控制器，控制器安装于各屏的仪表室内，系统为控制器提供不同形式的接口，接口信号主要有：电压信号、电流信号、开关合分闸信号、报警信号、故障信号、机组启、停、加速、减速、升压、降压信号等，通过这些接口控制器可采集系统实时运行信息，并对系统设备发出控制命令。

通过与模拟试验装置的结合，控制器可完成各项与船舶电站功能相关内容的测试与研究，以达到完善功能，提高性能的目的。

本发明的船用高压电力模拟试验装置，采用低压发电机组与高压配电屏相结合的方式，该方式既保证了高压配电屏外观、结构和操控等各方面的完整性，又解决了高压发电机组成本过高，占地面积过大，安全防护要求较高的问题。

该装置可模拟船舶高压电站各种运行工况，如故障增减机，重载增机，负荷增机等，作为教学实践平台，可涵盖各种教学重点实践环节，为相关的教学试验工作提供较好的实践保障。

系统自动控制流程描述

船舶高压电力的模拟试验装置监控系统通过能量管理控制器与各机组控制器、机组驱动控制器相互协调来实现模拟试验装置的各项自动控制功能。

1、能量管理控制器功能

能量管理控制器作为控制系统的核心主要用来实现系统能量分配及各机组之间相互协调的功能：

1)能量管理控制器与各机组通过以太网通讯，获取各机组状态信息，主要包括：各机组电压、电流、有功功率、无功功率、频率等；同时通过与触摸屏数据交互获取用户设置信息如自动增机功率百分比，机组启动优先级，自动减机功率百分比，重载询问设定值等。

2)能量管理控制器计算出系统平均有功功率、平均无功功率，需要增机的机组号，需要减机的机组号等信息下发给各机组。

2、机组控制器的主要功能

1)通过与综保装置通讯采集当前机组的运行信息：电压、电流、有功功率、无功功率、频率等

2)将采集信息上传至能量管理控制器，并从能量管理控制器获取相关运算结果。

3)执行能量管理控制器下发指令

3、机组驱动控制器的主要功能

1)根据远程机组启停信号，通过变频器控制电动机组的启停，最终实现远程操控发电机组的启停。

2)根据机组升速、降速信号，通过变频器控制电动机的转速，最终实现发电机组输出频率的控制。

3)根据机组升压、降压信号，通过电动电位器调整，控制发电机组的励磁电流，最终实现发电机组输出电压的控制。

功能实现

能量管理的过程，可归结为两个过程：增机过程和减机过程(具体何时增机何时减机详见前述的系统功能描述部分)

如图7所示，增机过程主要流程如下：

1.能量管理控制器根据决策逻辑判断出系统需要增机，并发出增机请求；

2.系统判断是否有备用机组，如果备用机组数为零，则不响应请求；反之则根据系统设定优先级，增机的机组号；

3.能量管理控制器将相应的机组号发送给对应的机组控制器，机组控制器收到指令后执行增机过程。

4.机组控制器发送机组启动命令给机组驱动控制器，启动相应机组，如果机组三次启动不成功，则发出机组故障报警，能量管理控制器重新选择其他备用机组。

5.机组控制器检测到机组启动成功，进行自动并车过程，根据母排频率，调整当前机组的频率，机组控制器向机组驱动控制器发送升速、降速指令，调整发电机组频率，当检测到母排和机组相位接近则发出合闸命令。

6.机组控制器检测合闸状态，如果未检测到合闸反馈，则发出机组故障报警，能量管理控制器重新选择其他备用机组。

7.机组控制器检测合闸成功后，根据能量管理控制器计算出的平均有功功率和平均无功功率，自动进行调频调载，调无功，在调整过程中，机组控制器会向机组驱动控制器发出升速、降速、升压、降压等指令，机组驱动控制器根据相应的指令来改变机组的状态。

8.增机过程完成,稳定并联运行，机组并联运行过程中调频调载，调无功过程实时进行，确保各运行机组有功无功平均分配。

如图8所示，减机过程主要流程如下：

9.能量管理控制器根据决策逻辑判断出系统需要减机，并发出减机请求；

10.根据设定优先级，确定减机的机组号(即按照发电机组的启动顺序逆序排列，如启动顺序为1、2、3、4则停机顺序为4、3、2、1)；

1.能量管理控制器将相应的机组号发送给对应的机组控制器，机组控制器收到指令后执行减机过程；

2.机组控制器发送机组减速指令给机组驱动控制器，机组降速降负荷；

3.机组控制器检测到机组负荷降至额定功率的N％以下时，发出分闸指令，机组开关断开，如果在设定时间内未完成解列，则发出减机故障报警。

4.机组控制器检测到机组分闸后，在等待N秒冷却时间后，向机组驱动控制器发出停机指令。

5.机组控制器检测停机成功后，减机过程完成，如果在设定时间内未完成停机，则发出机组减机故障报警。

再以图3为例，描述增减机实例(四台机组)

1、实验前状态

1)P5/P6联络屏开关手动闭合，前后电站母排联通；

2)负载控制屏开关闭合，可调负载与母排联通，此时阻性负载和感性负载皆为很小值，接近于0；

3)增机设定为额定功率80％，减机设定为额定功率30％；

4)机组优先级为1#、2#、3#、4#排列。

2、试验步骤

1.将所有机组手/自动选择开关打至“自动”档，所有四台机组均处于自动控制模式；

2.能量管理控制器检测到电网失电状态，发送自动增机指令给1#机组控制器；

3.1#机组控制器按流程完成增机过程。(此时电网失电，无需进行自动并车判断，直接合闸即可)；

4.当1#机组合闸完成后，手动增加可调负载的感性负载和阻性负载，将有功功率加至1台机组额定功率的80％～85％，同时增加无功功率，保持功率因素为0.8～0.85；

5.能量管理控制器根据增机策略判断需要增机(当前负荷>＝设定值)，发送增机信号给2#机组；

6.2#机组控制器按增机组流程完成增机，1#和2#实时进行有功无功调节，保持机组之间的有功功率和无功功率均分；

7.继续增加阻性负载和感性负载，使两台机组的平均有功功率上升为额定功率80％～85％，同时增加无功功率，保持功率因素为0.8～0.85

8.能量管理控制器根据增机策略判断需要增机(当前负荷>＝设定值)，发送增机信号给3#机组；

9.3#机组控制器按增机流程完成增机，三台机组实时进行有功无功调节，保持机组之间的有功功率和无功功率均分；

10.继续增加阻性负载和感性负载，使三台机组的平均有功功率上升为额定功率80％～85％，同时增加无功功率，保持功率因素为0.8～0.85；

11.能量管理控制器根据增机策略判断需要增机(当前负荷>＝设定值)，发送增机信号给4#机组；

12.4#机组控制器按增机流程完成增机，四台机组实时进行有功无功调节，保持机组之间的有功功率和无功功率均分；

13.此时，四台机组均已并网运行，无备用机组，即使负荷继续增加至四台机组平均功率的80％以上，系统也不会响应，观察四台机组并网运行一段时间，增机过程完成；

14.手动较少阻性负载和感性负载，使四台机组有功平均功率降至额定功率25～30％，保持功率因素为0.8～0.85，能量管理控制器根据减机策略判断需要减机(当前负荷<＝设定值)，发送减机信号给4#机组；

15.4#机组控制器按减机流程完成减机，剩余三台机组实时进行有功无功调节，保持之间的有功功率和无功功率均分；

16.继续减少阻性负载和感性负载，使三台机组有功平均功率降至额定功率25～30％，保持功率因素为0.8～0.85，能量管理控制器根据减机策略判断需要减机(当前负荷<＝设定值)，发送减机信号给3#机组；

17.3#机组控制器按减机流程完成减机，剩余二台机组实时进行有功无功调节，保持之间的有功功率和无功功率均分；

18.继续减少阻性负载和感性负载，使两台机组有功平均功率降至额定功率25～30％，保持功率因素为0.8～0.85，能量管理控制器根据减机策略判断需要减机(当前负荷<＝设定值)，发送减机信号给2#机组；

19.2#机组控制器按减机流程完成减机，剩余一台机组独立运行，机组负荷大致为额定功率的40％～50％之间，功率因素为0.8～0.85

20.剩余最后一台机组已无法减机，按规范电网是不能断电的，因此模拟装置最后一台机组要断开关停机需手动完成。将所有机组手/自动开关打至手动档，将有功负荷、无功负荷较少到接近于0，手分闸机组开关，并停机，试验完成。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种船舶高压电力的模拟试验装置，其特征在于，包括：配电系统，所述配电系统包括2组以上的发电机组，每组发电机组包括400V低压交流发电机、电动机以及机组驱动装置，所述电动机与所述400V低压交流发电机相连；所述机组驱动装置包括机组驱动控制器、变频器以及电动电位器，所述机组驱动控制器分别与所述变频器以及电动电位器相连；所述变频器与所述电动机相连，所述电动电位器与所述400V低压交流发电机相连；至少一组的高压配电屏，每组高压配电屏包括负载控制屏、发电机控制屏、同步控制屏以及联络控制屏，所述负载控制屏、发电机控制屏、同步控制屏以及联络控制屏均通过电站母排相连；所述发电机控制屏的数量与所述发电机组的数量相对应，其中，每个发电机控制屏还与相对应的发电机组相连；可调负载装置，所述可调负载装置包括阻性负载和感性负载，所述可调负载装置与所述负载控制屏相连；一个能量管理控制器，所述能量管理控制器设于任一联络控制屏内，所述能量管理控制器通过通讯总线分别与同步控制屏、联络控制屏、发电机控制屏以及机组驱动装置相连，

所述通讯总线包括MODUBUS、PROFIBUS-DP、CAN总线以及以太网通讯，

所述能量管理控制器的增机步骤如下：A.能量管理控制器根据预设的发电机组的发电排列顺序判断是否还有备用发电机组；B.若还有备用发电机组，能量管理控制器将增机信号发送至对应的发电机控制屏中的机组控制器；C.机组控制器发送启动信号给相应的机组驱动控制器，启动相应发电机组，如果三次启动不成功，则发出机组故障报警，能量管理控制器重新选择其他备用机组；D.机组控制器检测到机组启动成功后进行自动并车，并根据母排频率，调整该发电机组的频率，机组控制器向机组驱动控制器发送升速或降速指令，调整发电机组频率，当检测到母排和机组相位匹配则发出合闸命令；E.机组控制器检测合闸状态，如果未检测到合闸反馈，则发出机组故障报警，能量管理控制器重新选择其他备用机组；F.机组控制器检测合闸成功后，根据能量管理控制器计算出的平均有功功率和平均无功功率，自动进行调频调载，调无功，在调整过程中，机组控制器会向机组驱动控制器发出调整指令，机组驱动控制器根据相应的调整指令来改变机组的状态；其中调整指令包括升速、降速、升压、降压。

2.根据权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于，所述增机的条件为满足以下条件中的任意一条：1)当运行机组发生严重故障时，备用机组应自动启动；严重故障包括超速、滑油过度；2)当母线失电时所有备用机组立即自动启动，最先起动成功者自动投入，从起动到所有备用机组自动投入的时间小于30秒；3)在网发电机组总功率大于总额定功率的85％时；4)当在网运行机组发生故障报警时，自动起动备用机组，备用机组并入电网成功后，逐步卸去故障机组负荷和发出停机指令，并发出报警信号；其中，故障报警原因包括柴油机滑油压力低、冷却水温度高、发电机组绕组过热。

3.根据权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于，所述能量管理控制器的减机步骤如下：A.能量管理控制器根据预设的发电机组的发电排列顺序确定待减发电机组；B.能量管理控制器将减机信号发送至与减机对应的发电机控制屏中的机组控制器；C.机组控制器发送减速信号给相应的机组驱动控制器，控制相应发电机组降速降负荷；D.机组控制器检测到待减发电机组负荷降至额定功率的预设百分比以下时，机组控制器发出分闸信号至待减发电机控制屏，使得待减发电机控制屏中的机组开关断开，如果在设定时间内未完成减机，则发出减机故障报警；E.机组控制器检测到待减发电机控制屏中的机组开关分闸后，在等待若干秒冷却时间后，向待减的机组驱动控制器发出停机信号；F.机组控制器检测到待减发电机组停机成功后，减机过程完成；如果在设定时间内待减发电机组未完成停机，则发出机组减机故障报警。

4.根据权利要求3所述的模拟试验装置，其特征在于，所述减机的条件为：在网并联运行发电机组总功率小于总额定功率的30％时。

5.根据权利要求1或3所述的模拟试验装置，其特征在于，所述预设的发电机组的发电排列顺序设于能量管理控制器中。