[发明专利]一种船舶自动化电站开发平台

说明书

技术领域：

本发明涉及船舶电力系统控制与开发平台构建的系统集成技术，特别涉及 一种船舶自动化电站开发平台。

背景技术：

我国是世界航运大国和造船大国，目前船舶工业产量规模已稳居世界第 三，并呈现出加速赶超韩、日之势，船舶自动化电站及其电力系统方面的控制 方法、关键技术需求量很大。科技实力和创新能力将是今后船舶工业国际竞争 力的决定性因素，要完成从世界造船大国/航运大国到世界造船强国/航运强国 的转变，在船舶工程领域的研究必须进行创新。船舶电力推进使电力系统日趋 复杂；在海洋上，船舶在风/水流的不确定环境下要求定向与定速航行；在天 气恶劣的情况下，船舶摇摆剧烈，推进螺旋桨的水动力负荷变化大；船舶在进 出港/靠离码头时，大功率推进电机的操控与负载变化频繁发生，这些工况都 使电力系统受到大的不确定负荷作用，使系统进入了严重的非线性与饱和状 态，参数的变化范围大，暂态过程呈现明显的非线性与不稳定特性；然而目前 船舶发电机控制还是建立在单输入单输出的简单闭环反馈控制方式上，电力系 统控制质量比较低，不能满足船舶电力系统用于船舶电力推进等容量快速增长 的要求。因此，在提高船舶供电质量上，对船舶自动化电站及其电力系统的控 制研究与功能开发有重要的意义。

船舶自动化电站及其电力系统的控制方法与结构形式多样，目前基于现场 总线的系统集成技术得到广泛的应用，为船舶电力系统高效、可靠、安全运行 提供了有效手段与方法。船舶电力系统的基于现场总线网络技术、能量优化控 制方法与多变量神经网络的控制方法的研究成为探索的热点之一。

发明内容：

本发明的目的是根据船舶电力系统动态分析与控制原理，针对船舶自动化 电站及其电力系统需要分析和解决的问题，构建了适合于船舶自动化电站及其 电力系统分析、控制与功能开发研究的实验平台。由该实验平台所构建的系统 将3台柴油发电机组、电网与负载作为控制对象，以现场总线网络为控制基础 进行实验平台的构建；发电机组控制单元分散独立配置，控制器与监测仪表配 置灵活方便，集中监视与分散控制互补，检测数据集中记录与分析，数据具有 网络共享功能；对于船舶发电机的控制采用神经网络智能多变量控制方法，结 合自动化电站能量管理完成系统控制功能；开发系统依靠支撑软件、通过以太 网进行电站控制软件的开发。系统适合于船舶自动化电站的高效、安全、节能 运行与控制方法研究，方便船舶自动化电站及其电力系统深入研究与功能开 发。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

由这种船舶自动化电站开发平台所构成的系统以船舶柴油发电机组、电阻 负载、电感负载与电力网组成的基本船舶电力系统为控制对象；控制系统采用 现场总线网和以太网构成的两层网络进行构架，船舶能量管理单元、监视PC 机、开发PC机之间组成以太网为基础的控制与管理上位机系统；发电机控制 单元、PLC控制器、发电机组测量仪表等组成现场总线为基础的设备控制网络。

整个平台系统由五个子系统组成，分别是：基本船舶电力系统、基于现场 总线的PLC与发电机控制单元的控制系统、检测传感器及其仪表系统、数据 记录与分析系统、基于以太网的控制软件开发系统；形成完整的船舶自动化电 站及其电力系统研发平台。各系统的组成与基本工作方式如下：

1.基本船舶电力系统组成与控制方式

(1)系统组成

基本船舶电力系统包括：3台船舶柴油发电机组、电阻负载、电感负载与 电力网组成。3台柴油发电机组配置方式，便于进行发电机并网、备用、应急 工况实验。配置的电阻负载与电感负载均为电动连续可调负载，便于为电网提 供测试所需的电力负荷量；各发电机与负载由容量足够的电力电缆与控制开关 及其保护单元联接成实验电力网。

(2)控制方式

发电机的控制包括发电机励磁闭环控制与柴油原动机转速(发电机频率) 闭环控制两个回路，以及本发明新提出的双闭环解耦控制回路。

①励磁闭环控制过程：当给定发电机输出电压后，测得发电机实际输出 电压与实际电流输出信号，通过矢量计算后与该给定电压进行比较，测得电压 偏差量，励磁控制器根据电压偏差进行控制。

②频率(转速)闭环控制过程：当给定发电机输出频率(转速)后，测 得发电机实际输出频率(转速)与该给定频率(转速)进行比较，测得转速偏 差量，控制器根据频率(转速)偏差进行控制。