第十一章船舶電力管理系統(tǒng)

隨著20世紀(jì)90年代PLC控制技術(shù)的快速發(fā)展。PLC控制系統(tǒng)的可靠性已被世人所共識(shí)，其產(chǎn)品因通用性且僅需少量備件且易在世界各地購置而得到廣大客戶的青睞，在這一點(diǎn)上SIEMENS公司以其世界著名大公司的氣魄于90年代初首先在機(jī)艙自動(dòng)化控制設(shè)備中采用了通用性的PLC作為控制核心器件，淘汰了其80年代聞名于世的微機(jī)控制系統(tǒng)，如SIMOS32.DIF41等系列產(chǎn)品，而代之基于PLC的新一代控制系統(tǒng)，如SIMOSPMA52、SIMOSRCS51、SIMOSIMA32等系列產(chǎn)品。近年來，隨著船舶大型化和自動(dòng)化以及電子信息技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，船舶自動(dòng)化程度越來越高，對船舶電站自動(dòng)化程度的要求也越來越高，因而船舶電站自動(dòng)化近幾十年來發(fā)展十分迅速。特別是近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的發(fā)展，船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大變化，逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的船舶電站自動(dòng)化控制、管理信息系統(tǒng)，目前船舶上已出現(xiàn)集監(jiān)、控、管于一體的網(wǎng)絡(luò)型船舶電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，即船舶電力管理系統(tǒng)（PowerManagementSystem,PMS）。索引第一節(jié)概述

PMS主要由發(fā)電系統(tǒng)管理模塊、配電系統(tǒng)管理模塊、用電設(shè)備管理模塊、系統(tǒng)監(jiān)測報(bào)警管理模塊、電力優(yōu)化分配和管理模塊組成，PMS組成框圖參見圖11-1所示。

第二節(jié)船舶電力管理系統(tǒng)組成

狹義的PMS專指船舶發(fā)電控制和發(fā)電計(jì)劃，一般PMS應(yīng)包括數(shù)據(jù)收集、船舶電力管理和網(wǎng)絡(luò)分析三大功能，廣義的PMS還應(yīng)該包括船舶電子員培訓(xùn)系統(tǒng)功能。PMS的具體功能按其組成分別描述如下：3.1發(fā)電系統(tǒng)管理模塊3.1.1發(fā)電機(jī)組操作方式的選擇3.1.2備用發(fā)電機(jī)組的控制3.1.3機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)3.1.4機(jī)組的自動(dòng)投入及負(fù)荷分配

第三節(jié)船舶電力管理系統(tǒng)功能系統(tǒng)由廢氣汽輪發(fā)電機(jī)TG和輔柴油發(fā)電機(jī)DG組成。系統(tǒng)的總負(fù)荷用PL表示，其中PTG-R表示TG額定輸出；PTG-O表示TG最大輸出功率；PTG-H表示使DG啟動(dòng)時(shí)TG的輸出功率；PTG-L表示設(shè)定的TG最低負(fù)荷極限；PDG-L表示設(shè)定的DG最低負(fù)荷極限。由圖11-2可見，系統(tǒng)的運(yùn)行方式按總負(fù)荷的變化范圍（及趨勢），可分為六個(gè)區(qū)域。

負(fù)荷分配控制器原理圖現(xiàn)代大型船舶上，單機(jī)功率達(dá)數(shù)百千瓦的動(dòng)力負(fù)荷已屢見不鮮，例如主推進(jìn)裝置，側(cè)推裝置、大型絞纜機(jī)、大型消防泵、大型提升機(jī)以及工程船舶上某些特殊用途的動(dòng)力負(fù)荷，其容量往往可與發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量相比擬。在需要使用任一這樣的大負(fù)荷時(shí)，都應(yīng)事先詢問一下船舶電站中已供電的發(fā)電機(jī)組，現(xiàn)有的功率儲(chǔ)備是否能滿足大負(fù)荷的啟動(dòng)和用電的要求，若不能滿足時(shí)，則應(yīng)先啟動(dòng)備用機(jī)組、并車，并經(jīng)確認(rèn)功率儲(chǔ)備足夠時(shí)，才允許該大負(fù)荷接入電網(wǎng)。這就是重載詢問功能，其基本原理如圖11-3所示。

3.3.1重載詢問功能以上敘述了3種不同的船舶電力優(yōu)化管理原則，可以看出，恒儲(chǔ)備功率增機(jī)管理原則和恒平均功率減機(jī)管理原則聯(lián)合使用，能達(dá)到較為理想的經(jīng)濟(jì)效果。

丹麥DEIF公司生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)并車及保護(hù)核心控制器PPU（GeneratorParallelingandProtectionUnit)是一個(gè)基于微處理器（16位單片機(jī)HBS/2655）實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行及保護(hù)功能的船舶電站核心控制器，目前廣泛應(yīng)用于船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)中。如果僅具有發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行控制器功能，則稱為GPC(GeneratorParallelingController)。可在現(xiàn)場操動(dòng)操作裝置完成，也可由電氣遙控操作完成。

第四節(jié)船舶電力管理系統(tǒng)實(shí)例索引PPU具有檢測發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)的電壓、電流信號(hào)的功能，檢測到的電壓、電流信號(hào)用于控制、顯示、保護(hù)等。索引1、PPU主要三相交流量測量電路

圖11-7為PPU測量發(fā)電機(jī)電壓、發(fā)電機(jī)電流以及電網(wǎng)電壓的外部接線圖。

b.負(fù)荷自動(dòng)分配

當(dāng)1#發(fā)電機(jī)主開關(guān)合閘后，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，此時(shí)1#和2#發(fā)電機(jī)的PPU控制器同時(shí)通過內(nèi)部繼電器，將PPU控制器本身自動(dòng)連接至有功功率負(fù)載分配線（PS）和無功功率負(fù)載分配線（QS），通過37、38、39號(hào)端子進(jìn)行負(fù)荷自動(dòng)分配。②軸帶發(fā)電機(jī)與柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行及負(fù)荷自動(dòng)分配由于某輪的推進(jìn)采用變距槳，主機(jī)轉(zhuǎn)速基本恒定，因此軸帶發(fā)電機(jī)的電源頻率恒定。只在切換發(fā)電機(jī)時(shí)，軸帶發(fā)電機(jī)才與柴油發(fā)電機(jī)作短暫并聯(lián)運(yùn)行，用以進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移。因此軸帶發(fā)電機(jī)的PPU控制器便無需控制其功率和頻率，只需對其進(jìn)行并車、負(fù)荷轉(zhuǎn)移及保護(hù)控制。4.3系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的顯示及保護(hù)參數(shù)的在線修改PPU控制器的顯示與操作單元通過9針的串行通信線與PPU控制器的主體部分通信并獲得電源，系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的顯示及操作界面如圖11-10所示。

1、電站正常運(yùn)行以后，按動(dòng)PPU控制器操作面板上的“左”“右”功能選擇鍵，使光標(biāo)（菜單下的短橫線）選中“V3”，即進(jìn)入了V3參數(shù)顯示界面，如圖11-11所示。V3菜單的顯示參數(shù)包括發(fā)電機(jī)相電壓的頻率值、發(fā)電機(jī)相電壓值、發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)，有功功率。（這些參數(shù)項(xiàng)是系統(tǒng)默認(rèn)的，操作人員無法改變。）索引4.3.3系統(tǒng)保護(hù)參數(shù)的在線修改