CN110829422B - 船舶智能电源系统、装置和协调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种船舶智能电源系统、装置和协调方法，涉及船舶应用的技术领域，包括：电源管理单元、线路监测单元和负荷管理单元；电源管理单元，用于根据负荷数据库建立船舶电网的系统模型，对船舶电网进行功率预测，并调整发电机的输出功率；负荷管理单元，用于获取负载测量参数，根据负载测量参数得到船舶预测负荷，并通过船舶预测负荷控制相应负载启停；线路监测单元，用于获取船舶电网的线路状态以及故障定位信息进行线路检测，分别从电源系统的“源‑网‑荷”动态平衡出发，实现三者之间的协调管理，以降低船舶的能耗，提高电能的质量。
Description
技术领域
本发明涉及船舶应用技术领域，尤其是涉及一种船舶智能电源系统、装置和协调方法。
背景技术
目前船舶上的电站由电源装置和配电装置组成，通过电站管理系统将船舶发电与船舶用电统一调度和集中控制，从而保证船舶电网的连续、可靠以及稳定。但是其控制方式较为被动，电源系统往往根据负荷情况以及电网状态再进行负荷以及发电机的相应调整，并未形成互动关系，是一种被动的调整，具有一定的滞后性，同时未能实现能源资源利用的最大化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船舶智能电源系统、装置和协调方法，分别从电源系统的“源-网-荷”动态平衡出发，实现三者之间的协调管理，以降低船舶的能耗，提高电能的质量。
第一方面，实施例提供一种船舶智能电源系统，包括：电源管理单元、线路监测单元和负荷管理单元；
所述电源管理单元，用于根据负荷数据库建立船舶电网的系统模型，对船舶电网进行功率预测，并调整发电机的输出功率；
所述负荷管理单元，用于获取负载测量参数，根据所述负载测量参数得到船舶预测负荷，并通过所述船舶预测负荷控制相应负载启停；
所述线路监测单元，用于获取所述船舶电网的线路状态以及故障定位信息进行线路检测。
在可选的实施方式中，所述电源管理单元包括模型建立模块、协调控制管理模块和功率预测模块；
所述模型建立模块，用于根据负荷数据库建立船舶电网的系统模型，所述负荷数据库包括所述船舶在不同运行工况下的电力负荷；
所述功率预测模块，用于根据所述系统模型对船舶电网系统进行功率预测；
所述协调控制管理模块，用于根据预测功率情况调整发所述电机的输出功率。
在可选的实施方式中，所述协调控制管理模块还用于在所述船舶的负荷发送变化的情况下，对所述发电机的输出功率进行调节。
在可选的实施方式中，所述负荷管理单元包括负荷预测模块、负荷管控模块和量测模块；
所述量测模块，用于测量负载参数，所述负载参数包括负载电压、负载电流和负载功率；
所述负荷预测模块，用于根据所述负载参数，得到所述船舶的负荷预测情况；
所述负荷管控模块，用于根据负载预测情况控制相应负载的开启或停止。
在可选的实施方式中，所述量测模块还包括湿度传感器、三通阀；
所述负荷管控模块，还用于在所述量测模块测量到环境温度、环境湿度变化的情况下，控制相应负载开启或停止。
在可选的实施方式中，所述线路监测单元包括线路参数获取模块和故障定位模块；
所述线路参数获取模块，用于获取所述船舶电网的线路状态；
所述故障定位模块，用于通过震动传感器获取震动频谱，并根据所述震动频谱定位故障点，得到故障定位信息。
第二方面，实施例提供一种船舶智能电源装置，包括主控单元、船舶功率控制系统、量测单元和控制器；
所述量测单元，用于获取负载测量参数；
所述主控单元，用于根据负荷数据库建立船舶电网的系统模型，对船舶电网进行功率预测，根据所述负载测量参数得到船舶预测负荷，并获取所述船舶电网的线路状态以及故障定位信息进行线路检测；
所述船舶功率控制系统，用于根据预测功率调整发电机的输出功率；
所述控制器，用于通过所述船舶预测负荷控制相应负载启停。
在可选的实施方式中，还包括服务器，所述服务器用于存储并分析所述负载测量参数、所述预测功率、所述船舶预测负荷。
在可选的实施方式中，所述主控单元还用于在环境变化和工况变化中的一种或多种情况下，控制所述控制器和所述船舶功率控制系统调节相应负载和发电机。
第三方面，实施例提供一种船舶智能电源协调方法，包括：
根据负荷数据库建立船舶电网的系统模型，对船舶电网进行功率预测，并调整发电机的输出功率；
获取负载测量参数，根据所述负载测量参数得到船舶预测负荷，并通过所述船舶预测负荷控制相应负载启停；
获取所述船舶电网的线路状态以及故障定位信息。
本发明实施例提供一种船舶智能电源系统、装置和协调方法，通过电源管理单元从“源”方向建立船舶电网的系统模型，并对船舶电网进行功率预测，以调整发电机的输出功率，防止过多能源对电网的影响以及能源损耗，负荷管理单元从“荷”方向通过采集获取的负载测量参数预测船舶负荷，并根据预测的船舶负荷控制负载的启停，以达到从电网中接入或断开相应负载，降低对电网的影响，线路监测单元再从“网”方向通过对线路状态和故障定位信息的获取实现对船舶电网的线路状态进行监测。本发明实施例通过对“源-网-荷”三位一体的监测控制，实现能量从“源”到“荷”的能量优化配置与动态平衡以及减轻负荷波动对电源系统的冲击与扰动，达到降低船舶能耗、提高船舶电网质量的目标。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的船舶智能电源系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的船舶智能电源系统的功能模块示意图；
图3为本发明实施例提供的船舶智能电源装置的硬件结构示意图；
图4为本发明实施例提供的船舶智能电源协调方法流程图。
图标：100-电源管理单元；200-线路监测单元；300-负荷管理单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前的电站管理系统，其工作方式较为单一，对系统的调整方式是被动的，电网的控制也仅仅是电源端，因此船舶的电网存在一定的波动，能耗管理也较为粗犷。
一般船舶往往采用自动电站管理，其根据船舶负载的功率需求，实时监测和控制发电机的在网运行数量，自动处理电能分配，供电系统出现故障时，应能采取措施，尽可能的保证对负载的连续供电。控制系统一般采用可编程逻辑控制器(Programmable LogicController，PLC)+并车与保护单元((Paralleling and Protection Unit，PPU)为核心，实现对发电机组的并车、负载转移、负荷分配、解列和调频等功能。
此种船舶电站系统是传统的被动控制，是出现问题、解决问题，缺乏预见性，没有全局化的概念。
基于此，本发明实施例提供的一种船舶智能电源系统、装置和协调方法，可以分别从电源系统的“源-网-荷”动态平衡出发，实现三者之间的协调管理，以降低船舶的能耗，提高电能的质量。
下面通过实施例进行详细描述。
图1为本发明实施例提供的一种船舶智能电源系统的结构示意图。
参照图1，本发明实施例提供的一种船舶智能电源系统，包括：电源管理单元100、线路监测单元200和负荷管理单元300；
所述电源管理单元100，用于根据负荷数据库建立船舶电网的系统模型，对船舶电网进行功率预测，并调整发电机的输出功率；
所述负荷管理单元300，用于获取负载测量参数，根据所述负载测量参数得到船舶预测负荷，并通过所述船舶预测负荷控制相应负载启停；
所述线路监测单元200，用于获取所述船舶电网的线路状态以及故障定位信息进行线路检测。
在实际应用的优选实施例中，通过电源管理单元从“源”方向建立船舶电网的系统模型，并对船舶电网进行功率预测，以调整发电机的输出功率，防止过多能源对电网的影响以及能源损耗，负荷管理单元从“荷”方向通过采集获取的负载测量参数预测船舶负荷，并根据预测的船舶负荷控制负载的启停，以达到从电网中接入或断开相应负载，降低对电网的影响，线路监测单元再从“网”方向通过对线路状态和故障定位信息的获取实现对船舶电网的线路状态进行监测。本发明实施例通过对“源-网-荷”三位一体的监测控制，实现能量从“源”到“荷”的能量优化配置与动态平衡以及减轻负荷波动对电源系统的冲击与扰动，达到降低船舶能耗、提高船舶电网质量的目标。
可以理解的是，与被动控制相反，本发明实施例采用主动控制预先分析目标偏离的可能性，并拟定和采取一系列的预防性控制措施，通过提前感知加以干预，达到统筹优化的目的，同时起到降低能耗的作用，通过该系统舱室辅机平均节能5％以上。
需要说明的是，本发明实施例主要功能还是按“发电机跟踪负荷”的方式，对电源端进行控制管理。
如图2所示，在可选的实施方式中，所述电源管理单元包括模型建立模块、协调控制管理模块和功率预测模块；
所述模型建立模块，用于根据负荷数据库对船舶电网系统模型进行建立，所述负荷数据库包括所述船舶在不同运行工况下的电力负荷；
所述功率预测模块，用于根据所述系统模型对船舶电网系统功率进行预测；
所述协调控制管理模块，基于协调控制根据预测功率情况调整发所述电机的输出功率。
这里，电源管理系统通过基于船舶不同运行工况下电力负荷的数据库，结合整船电网的系统模型，对电网系统进行综合性的需求分析以及预测，基于该分析结果，相应的调整发电机功率的输出，降低负载对整个电网的影响，保证电网的健康。
在可选的实施方式中，所述协调控制管理模块还用于在所述船舶的负荷发送变化的情况下，对所述发电机的输出功率进行调节。
同时，还能够基于负荷主动管理进行调节，当负荷发生变化，如由于气温、海水温度发生变化，变频海水泵功率升高，能量管理系统能够主动的去调整输出功率。
在可选的实施方式中，所述负荷管理单元包括负荷预测模块、负荷管控模块和量测模块；
所述量测模块，用于测量负载参数，所述负载参数包括负载电压、负载电流和负载功率；
所述负荷预测模块，用于根据所述负载参数，对所述船舶的分类负荷情况进行预测；
所述负荷管控模块，用于根据负载预测情况控制相应负载的开启或停止。
这里，负荷管理系统包括对负载的电压、电流、功率等参数的监测；对负载的开闭控制；对变频设备的控制。首先，对整船的负荷情况的监测，是能量管理系统的控制的基础，通过对功率数据的收集，能够了解到目前整船的运行状态，目前大负载的类型和数量，以及对负荷的预测。
比如在航行时，空压机作为一个大负荷，是一个间歇性负载，当空气瓶的压力低了，空压机自动启动，因此可以通过空气瓶压力信号的采集，预测出空压机开启的时间，在其开启前调整输出功率，可以降低开启时对电网的影响。其次，还能够对负载进行远程启停控制，当某个负载持续异常高负荷时，能够自动关闭，保证电网健康，同时也能够根据需要，开启某负载，比如海况不好的时候，需要满负荷运行时，能够自动开启相应负载；最后，能够对变频设备进行控制，达到节能的作用，安装了各种类型的传感器以及三通阀，根据环境温度、湿度等等参数，根据数据库历史数据及控制逻辑相应调整机舱风机、主海水泵、空调等。
在可选的实施方式中，所述量测模块还包括湿度传感器、三通阀；
所述负荷管控模块，还用于在所述量测模块测量到环境温度、环境湿度变化的情况下，控制相应负载开启或停止。
在可选的实施方式中，所述线路监测单元包括线路参数获取模块和故障定位模块；
所述线路参数获取模块，用于获取所述船舶电网的线路状态，其中，船舶电网指船舶配电网；
所述故障定位模块，用于通过震动传感器获取震动频谱，并根据所述震动频谱定位故障点，得到故障定位信息。
配电系统线路监测是用于保障整个电网传输系统的稳定，通过对线路状态的绝缘监测，能够及时发现电缆的故障并进行维护。同时在设备上设有震动传感器，通过设备的震动频谱，定位设备故障点，以及对设备运行状态进行检测，能够对设备进行及时的运维。
本发明实施例提出一种基于协调控制的能量策略，通过分析各类电源的出力特性以及各类船舶设备在不同工况下的负荷特性，在此基础上根据不同工况下与不同运营模式下对各个设备的采用不同的优化运行方案，以及运用潮流优化控制负载负荷的主动控制，最终达到对船舶设备的能量优化管理。另外，在设备控制层，通过构建电量与非电量参数获取的智能量测系统，实现对电源、电缆、负荷相关数据信息的分布式智能化采集，并形成智能电源的信息流，为系统决策做信息支撑，尤其是电力电缆绝缘监测、电能质量监测、发电功率预测、负荷波动预测等。从而在整个智能电源系统中实现信息流对能量流的监测与控制，达到船舶设备的综合节能以及电能优化调度的目的。
进一步的，如图3所示，实施例提供一种船舶智能电源装置，包括主控单元、船舶功率控制系统(POWER MANAGEMENT SYSTEM，PMS)、量测单元和控制器；
所述量测单元，用于获取负载测量参数；
所述主控单元，用于根据负荷数据库建立船舶电网的系统模型，对船舶电网进行功率预测，根据所述负载测量参数得到船舶预测负荷，并获取所述船舶电网的线路状态以及故障定位信息进行线路检测；
所述船舶功率控制系统，用于根据预测功率调整发电机的输出功率；
所述控制器，用于通过所述船舶预测负荷控制相应负载启停。
在可选的实施方式中，还包括服务器，所述服务器用于存储并分析所述负载测量参数、所述预测功率、所述船舶预测负荷。
在可选的实施方式中，所述主控单元还用于在环境变化和工况变化中的一种或多种情况下，控制所述控制器和所述船舶功率控制系统调节相应负载和发电机。
本发明实施例将采集的参数信息存储在服务器上，并进行数据分析，建立船舶不同运行工况下源荷功率分配的专家数据库，通过该数据库结合系统的数学模型，控制船舶在不同运行模式下的能量最优配置。同时通过该模型可以对电网系统进行综合性的需求分析及预测，在船舶不同运行模式下，采用不同能量配置、调配、管理策略。本发明实施例通过计算机技术、网络技术以及高级量测技术，采集大量数据进行数据分析，建立模型，指导船舶电站的运行。
如船舶发电系统的起停投切、传输线路的波动、负荷的间歇性变化会对船舶电网系统的稳定造成较大影响。因此，基于功率预测，通过合理的能量管理技术对能源的出力、负荷的分配进行精准的控制，减小源网荷波动对船舶电网的影响，从而保证船舶电力系统的可靠、安全以及经济。
进一步的，如图4所示，本发明实施例提供一种船舶智能电源协调方法，包括以下步骤：
步骤S102，根据负荷数据库建立船舶电网的系统模型，对船舶电网进行功率预测，并调整发电机的输出功率；
步骤S104，获取负载测量参数，根据负载测量参数得到船舶预测负荷，并通过船舶预测负荷控制相应负载启停；
步骤S106，获取船舶电网的线路状态以及故障定位信息。
本发明实施例对船舶电源控制采用系统性的优化策略，加强源荷间的互动，让可控的负荷成为电网调节的重要手段，以及通过计算机信息技术，基于系统模型控制船舶电站运行于能量最优状态。通过信息采集，分析船舶设备在不同航行模式，不同气候条件，不同航速下的功率配置，对电站系统的负荷功率进行预测，提高电网质量。
本发明实施例提供的船舶智能电源协调方法，与上述实施例提供的船舶智能电源系统和装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种船舶智能电源系统，其特征在于，包括：电源管理单元、线路监测单元和负荷管理单元；
所述电源管理单元，用于根据负荷数据库建立船舶电网的系统模型，对船舶电网进行功率预测，并调整发电机的输出功率；
所述负荷管理单元，用于获取负载测量参数，根据所述负载测量参数得到船舶预测负荷，并通过所述船舶预测负荷控制相应负载启停；
所述线路监测单元，用于获取所述船舶电网的线路状态以及故障定位信息进行线路检测；
所述电源管理单元包括模型建立模块、协调控制管理模块和功率预测模块；
所述模型建立模块，用于根据负荷数据库建立船舶电网的系统模型，所述负荷数据库包括所述船舶在不同运行工况下的电力负荷；
所述功率预测模块，用于根据所述系统模型对船舶电网系统进行功率预测；
所述协调控制管理模块，用于根据预测功率情况调整所述发电机的输出功率。
2.根据权利要求1所述的船舶智能电源系统，其特征在于，所述协调控制管理模块还用于在所述船舶的负荷发生变化的情况下，对所述发电机的输出功率进行调节。
3.根据权利要求1所述的船舶智能电源系统，其特征在于，所述负荷管理单元包括负荷预测模块、负荷管控模块和量测模块；
所述量测模块，用于测量负载参数，所述负载参数包括负载电压、负载电流和负载功率；
所述负荷预测模块，用于根据所述负载参数，得到所述船舶的负荷预测情况；
所述负荷管控模块，用于根据负载预测情况控制相应负载的开启或停止。
4.根据权利要求3所述的船舶智能电源系统，其特征在于，所述量测模块还包括湿度传感器和三通阀；
所述负荷管控模块，还用于在所述量测模块测量到环境温度、环境湿度变化的情况下，控制相应负载开启或停止。
5.根据权利要求1所述的船舶智能电源系统，其特征在于，所述线路监测单元包括线路参数获取模块和故障定位模块；
所述线路参数获取模块，用于获取所述船舶电网的线路状态；
所述故障定位模块，用于通过震动传感器获取震动频谱，并根据所述震动频谱定位故障点，得到故障定位信息。
6.一种船舶智能电源装置，包括主控单元、船舶功率控制系统、量测单元和控制器；
所述量测单元，用于获取负载测量参数；
所述主控单元，用于根据负荷数据库建立船舶电网的系统模型，对船舶电网进行功率预测，根据所述负载测量参数得到船舶预测负荷，并获取所述船舶电网的线路状态以及故障定位信息进行线路检测；其中，所述负荷数据库包括所述船舶在不同运行工况下的电力负荷；
所述船舶功率控制系统，用于根据预测功率调整发电机的输出功率；
所述控制器，用于通过所述船舶预测负荷控制相应负载启停。
7.根据权利要求6所述的船舶智能电源装置，其特征在于，还包括服务器，所述服务器用于存储并分析所述负载测量参数、所述预测功率、所述船舶预测负荷。
8.根据权利要求6所述的船舶智能电源装置，其特征在于，所述主控单元还用于在环境变化和工况变化中的一种或多种情况下，控制所述控制器和所述船舶功率控制系统调节相应负载和发电机。
9.一种船舶智能电源协调方法，其特征在于， 包括：
根据负荷数据库建立船舶电网的系统模型，对船舶电网进行功率预测，并调整发电机的输出功率；
获取负载测量参数，根据所述负载测量参数得到船舶预测负荷，并通过所述船舶预测负荷控制相应负载启停；
获取所述船舶电网的线路状态以及故障定位信息；
根据负荷数据库建立船舶电网的系统模型，所述负荷数据库包括所述船舶在不同运行工况下的电力负荷；
根据所述系统模型对船舶电网系统进行功率预测；
根据预测功率情况调整所述发电机的输出功率。
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