CN105226706B - 一种推进功率动态自适应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了推进功率动态自适应控制方法，包括以下步骤：通过功率管理系统主配电板母联开关状态、采集柴油发电机组的在网状态及其负荷率后发送给控制器，控制器综合上述信息及变频器当前输出功率，对变频器进行动态功率限制和快速功率限制。在动态功率限制过程中控制器实时监测柴油发电机组的负荷率，不断调节变频器输出功率的限幅值，确保柴油发电机组安全运行，在快速功率限制过程中，控制器实时监测柴油发电机组的负荷率及相应主开关状态，当有发电机组发生故障导致相应主开关断开，控制器能够快速限制变频器的输出功率，确保剩余发电机组安全运行；本发明系统结构简单，自动化程度高，可在各种情况下保证电力推进船舶安全可靠航行。

Description

一种推进功率动态自适应控制方法

技术领域

本发明属于船舶电力推进系统技术领域，具体涉及一种推进功率动态自适应控制方法，用于实现电力推进船舶的安全可靠航行。

背景技术

以往电力推进船舶不具备推进功率自适应控制功能，当机组负荷率达到95%时，功率管理系统会发出“机组负荷率高”报警，以提示操作者降低推进功率或者投入备用机组。在配备自动电站的船舶上，也无法完全发挥自动电站的自动化优势，存在安全隐患。

例如船舶电站在常用的“半自动”模式下，当船舶从经济航行转到全速航行时，需要先将备用机组启动，并车及负荷转移完成以后，才能满功率全速航行，否则可能造成在网机组过载而故障停机，导致全船失电。在“自动”模式下，当船舶从经济航行转到全速航行时，也需要逐步增加推进功率，待在网机组负荷率达到一定程度时，功率管理系统自动启用备用机组，并车及负荷转移完成以后，才能全速航行。上述流程不仅操作繁琐，而且操作不当可能会导致严重事故。

另一方面，当船舶全速航行时，机组均处于高负荷状态，此时若某台机组突然发生故障停机，该机组负荷迅速分配到其他在网机组上，这很有可能导致其他在网机组过载停机，最终全船失电。

如果能提供一种推进功率动态自适应控制方法，能够使推进功率动态适应机组可用功率，就可以提高电力推进船舶的自动化特性，更可以提高航行安全性。

发明内容

本发明为了克服现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种推进功率动态自适应控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种推进功率动态自适应控制方法，包括以下步骤：a）、通过功率管理系统采集主配电板母联开关状态、柴油发电机组的在网状态及负荷率后发送给控制器，控制器综合上述信息及变频器当前输出功率，对变频器进行动态功率限制和快速功率限制；b）、在动态功率限制过程中，控制器实时监测主配电板母联开关状态、柴油发电机组的负荷率，不断调节变频器输出功率的限幅值，确保柴油发电机组安全运行；c）、在快速功率限制过程中，控制器实时监测柴油发电机组的负荷率及相应主开关状态，当有发电机组发生故障导致主开关断开，控制器能够快速限制变频器的输出功率，确保剩余发电机组安全运行。

所述的一种推进功率动态自适应控制方法，其控制器检测当前负荷率最大的发电机组，当该机组负荷率大于95%时，控制器进入动态功率限制模式，开始逐步减小当前变频器的输出功率限幅值以降低推进功率，直到该机组负荷率降低到85%的相对安全水平。

所述的一种推进功率动态自适应控制方法，其柴油发电机组为普通三相船用柴油发电机组，所述的功率管理系统包含并车及保护单元和可编程逻辑控制器，所述的控制器为嵌入式处理器，所述的变频器为电压源型变频器。

所述的一种推进功率动态自适应控制方法，其柴油发电机组为中压或低压发电机组。

所述的一种推进功率动态自适应控制方法，其控制器具有开关量输入接口、开关量输出接口、模拟量输入接口、模拟量输出接口和可编程接口。

所述的一种推进功率动态自适应控制方法，其变频器为中压或低压变频器。

本发明的有益效果是：采用模块化设计，各模块功能独立，模块间接口清晰，具有更好的可维护性及可扩展性；具有广泛的适应性，在满足接口要求前提下，可以适用于大多数电力推进船舶；为电力推进船舶进行了针对性优化，在保证系统安全的前提下能最大限度的发挥电力推进系统的优势。

本发明能提高电力推进船舶航行安全性，使电力推进船舶在正常航行和发生故障时，都能最大限度的保护在网机组，防止在网机组过载停机导致全船失电，是未来电力推进船舶发展的方向。

附图说明

图1为本发明一实施例的系统原理示意图；

图2为本发明一实施例中控制器与各部分的接口图；

图3为本发明中功率管理系统与柴油发电机组及主开关的接口图；

图4为本发明中控制器的动态功率限制流程图；

图5为本发明中控制器的快速功率限制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明涉及一种推进功率动态自适应控制方法，用于实现电力推进船舶的安全可靠航行，使电力推进船舶的推进功率始终匹配电站的可用功率，避免全船失电的发生，适用于各种电力推进船舶及各种运行工况。包括以下步骤：

a）、通过功率管理系统2采集主配电板母联开关状态、柴油发电机组1的在网状态及负荷率后发送给控制器3，控制器3综合上述信息及变频器4当前输出功率，对变频器4进行动态功率限制和快速功率限制；

b）、在动态功率限制过程中，控制器3实时监测主配电板母联开关状态、柴油发电机组1的负荷率，不断调节变频器4输出功率的限幅值，确保柴油发电机组1安全运行。

c）、在快速功率限制过程中，控制器3实时监测柴油发电机组1的负荷率及相应主开关状态，当有发电机组发生故障导致主开关断开，控制器3能够快速限制变频器4的输出功率，确保剩余发电机组安全运行。

当某台机组发生故障停机时，控制器3可以快速限制变频器4输出功率，确保剩余在网机组的安全。根据发生故障停机的严重程度，即故障停机导致的功率损失率，对快速降负荷进行分级处理。当功率损失率较小时，快速功率限制的幅度可以较小，当功率损失率较大时，快速功率限制的幅度相应较大。在兼顾机组安全的前提下，最大限度减少因快速降负荷而导致的推进转速跌落。功率损失率按如下公式计算：功率损失率（%）=。

其中，各种因素都会导致机组负荷率波动，控制器3检测当前负荷率最大的发电机组1，当该机组负荷率大于95%时，控制器3进入动态功率限制模式，开始逐步减小当前变频器4的输出功率限幅值以降低推进功率，直到该机组负荷率降低到85%的相对安全水平。

所述的柴油发电机组1为普通三相船用柴油发电机组，所述的功率管理系统2包含并车及保护单元（PPU）和可编程逻辑控制器（PLC）及其控制程序，功率管理系统2可以根据功率需求和用电情况进行电能综合管理、协调控制和集中保护，并车及保护单元可以采集每台机组三相电压、电流及频率，同时可以对机组进行升速、降速、升压、降压控制，调节机组的有功及无功分配，实现机组间的负载平衡。

所述的控制器3为普通嵌入式处理器，所述的变频器4为普通电压源型变频器。功率管理系统2可以对每台主发电机组进行监控并协调各发电机组的工作，主要包括起机、并车、不间断负荷转移、解列、停机，为推进系统和其他用电设备提供可靠、稳定及优化配置的电力能源。

控制器3在增加功率限幅值的过程中，限幅值按照一定斜率上升，确保推进功率增加的平稳性。控制器3在减小功率限幅值的过程中，限幅值直接减小到计算值，确保推进功率限制的快速性。控制器3可以将功率限制状态发送给操控系统，用于提示船员增机、降低车钟转速给定或者卸载非重要设备等。

所述的柴油发电机组1为中压（3300V）或低压（690V/400V）发电机组。

所述的控制器3具有开关量输入接口、开关量输出接口、模拟量输入接口（4—20mA）、模拟量输出接口（4—20mA）和可编程接口，可编程接口能够执行功率动态自适应控制算法。

所述的变频器4为中压（3300V）或低压（690V/400V）变频器。

在正常航行时，推进功率会受各种影响而波动，从而使机组负荷产生波动，同时船上其他负载投入或切除也会使机组负荷产生波动。推进功率动态自适应控制系统可以动态限制推进功率，克服上述因素影响，使机组负荷始终维持在安全水平。在紧急情况，例如航行期间在网机组发生故障停机等情况时，推进功率动态自适应控制系统可以快速限制推进功率，确保剩余在网机组安全稳定运行。

当自动电站在自动模式时，首先一台机组G1在网。推进功率从0KW增加到额定功率的过程中，机组G1负荷率增加。当机组G1负荷率达到80%时，功率管理系统2根据优先级自动投入机组G2。在机组G2投入期间，控制器3可以动态调整推进功率限幅值，确保机组G1不会发生过载停机。待机组G2并车及完成负荷转移后，机组G1、G2的负荷率都会下降，控制器3逐渐增加功率限幅值，推进功率逐渐增加。依此模式，控制器3可以保证功率管理系统2在自动增机过程中的安全性。

如图1及图2所示，G1、G2……Gn为柴油发电机组，ACB1、ACB2……ACBn为机组主开关，ACB0为母联开关，MCCB1、MCCB2为推进开关，T1、T2为推进变压器，M1、M2为推进电动机。功率管理系统2发送给控制器3的数据包括主配电板母联开关状态（开关量）所有机组的在网状态（开关量）及其负荷率（4—20mA模拟量），变频器4发送给控制器3的数据为变频器当前输出功率（4—20mA模拟量），控制器3根据上述数据参与对变频器4的控制，发送功率限幅值（4—20mA模拟量）给变频器4，发送功率限制状态（开关量）给推进操控系统。

如图3所示，功率管理系统与所有柴油发电机组的接口均与G1相同，功率管理系统2监测柴油发电机组1的输出电压、电流及频率，可以得到每台发电机的有功及无功，同时功率管理系统2可以控制柴油发电机组1的转速和电压以调节其有功和无功输出，可以实现各机组间有功及无功的平衡。功率管理系统2可以控制各机组主开关及母联开关合分闸同时监测其开关状态。

由于功率管理系统2的上述调节作用，所有在网机组负荷率基本一致。控制器3一旦监测到某机组负荷率达到95%时，便开始逐步减小对变频器4的功率限幅值以降低推进功率，直到该机组负荷率降低到85%，控制流程如图4所示。P_lim为控制器3发送给变频器4的功率限制值；P_C为变频器4输出功率。同时由于功率管理系统2对在网机组进行不间断负荷转移，在变频器4降低推进功率的过程中，所有在网机组负荷率基本同步下降。

当某在网机组发生故障停机等紧急情况时，控制器3可以快速限制变频器4输出功率。如图5所示，K1……Kn为机组在网状态，0表示主开关分闸，机组不在网，1表示主开关合闸，机组在网，当仅有一台机组紧急停机时，控制器3将功率限幅值限制为变频器4当前输出功率的70%；当有两台机组紧急停机时，控制器3将功率限幅值限制为变频器4当前输出功率的50%；当有三台机组紧急停机时，控制器3将功率限幅值限制为变频器4当前输出功率的30%……根据发生故障紧急停机的严重程度，对快速降负荷进行分级处理，在确保电力推进系统安全的前提下，最大限度减少因功率限制而导致的推进转速跌落。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种推进功率动态自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a）、通过功率管理系统（2）采集主配电板母联开关状态、柴油发电机组（1）的在网状态及负荷率后发送给控制器（3），控制器（3）综合上述信息及变频器（4）当前输出功率，对变频器（4）进行动态功率限制和快速功率限制；

b）、在动态功率限制过程中，控制器（3）实时监测主配电板母联开关状态、柴油发电机组（1）的负荷率，不断调节变频器（4）输出功率的限幅值，确保柴油发电机组（1）安全运行；所述的控制器（3）检测当前负荷率最大的发电机组（1），当该机组负荷率大于95%时，控制器（3）进入动态功率限制模式，开始逐步减小当前变频器（4）的输出功率限幅值以降低推进功率，直到该机组负荷率降低到85%的相对安全水平；

c）、在快速功率限制过程中，控制器（3）实时监测柴油发电机组（1）的负荷率及相应主开关状态，当有发电机组发生故障导致主开关断开，控制器（3）能够快速限制变频器（4）的输出功率，确保剩余发电机组安全运行；

所述的动态功率限制步骤为：控制器（3）在增加功率限幅值的过程中，限幅值按照一定斜率上升，确保推进功率增加的平稳性，控制器（3）在减小功率限幅值的过程中，限幅值直接减小到计算值，确保推进功率限制的快速性；控制器（3）将功率限制状态发送给操控系统，用于提示船员增机、降低车钟转速给定或者卸载非重要设备；

所述的快速功率限制步骤为：根据发生故障停机的严重程度，即故障停机导致的功率损失率，对快速降负荷进行分级处理；当功率损失率较小时，快速功率限制的幅度较小，当功率损失率较大时，快速功率限制的幅度相应较大；在兼顾机组安全的前提下，最大限度减少因快速降负荷而导致的推进转速跌落。

2.根据权利要求1所述的一种推进功率动态自适应控制方法，其特征在于，所述的柴油发电机组（1）为普通三相船用柴油发电机组，所述的功率管理系统（2）包含并车及保护单元和可编程逻辑控制器及其控制程序，所述的控制器（3）为嵌入式处理器，所述的变频器（4）为电压源型变频器。

3.根据权利要求2所述的一种推进功率动态自适应控制方法，其特征在于，所述的柴油发电机组（1）为中压或低压发电机组。

4.根据权利要求2所述的一种推进功率动态自适应控制方法，其特征在于，所述的控制器（3）具有开关量输入接口、开关量输出接口、模拟量输入接口、模拟量输出接口和可编程接口。

5.根据权利要求2所述的一种推进功率动态自适应控制方法，其特征在于，所述的变频器（4）为中压或低压变频器。