[发明专利]通过检测船舶主配电板电网频率快速限制负载功率的方法

说明书

技术领域

本发明属于船舶电力技术领域，涉及一种通过检测船舶主配电板电网频率快速限制负载功率的方法。

背景技术

船舶电网是船舶电力系统的一个重要的组成部分。电能从船舶主电网及应急、停泊船舶电网，通过电缆的传输，经过中间的分配电装置，包括区域船舶电网、分配电箱等，送往船舶上各种电气装置，形成的电力网络即为船舶电网。船舶电网，由发电机通过主船舶电网直接供电，供给船舶各种重要设备(如驱动推进器的电动机即推进电机)和各种辅助设备用于驱动设备的电机。船舶主电网是船舶电网中的一个重要环节，电能从船舶主电网通过电缆，经过中间分配电装置(区域船舶电网、分配电箱等)，送往各用电设备。这就要求电网在发生故障或局部破损等情况下，电网仍能保证对负载(尤其是大功率负载推进电机和推进变频器)的连续供电，保证船舶航行的安全，并限制故障的进展和将故障的影响限于最小范围之内。

随着电力电子技术和变频调速技术的发展，带大功率推进电机和推进变频器的大功率负载的船舶已成为未来船舶发展的重点方向。由于船舶较大的功率负载，以及新型大功率用电负载的增加，对船舶能量的管理提出了更高的要求。功率限制是对大功率负载的船舶进行能量管理最重要的关键技术之一。

现有的限制负载功率的方法主要有四种：一、负载变化时，将负载的功率限制在设定值以下，如负载运行功率限制在不大于50％的额定功率；二、按给定功率的设定百分比来限制负载功率，如给定功率为100KW，设定限制系数为70％，那么负载的运行功率只能是70KW；三、设定负载功率小于电站的可用功率，如电站可用功率为100KW，负载的功率必须小于100KW；四、是通过开关量和模拟量来限制负载功率。以上四种方法，逻辑简单，实施方便，但功率限制的能力有限，在实际应用中均达不到功率限制的效果。

目前常用的限制负载功率的方法是第三种和第四种方案。第四种方案是在第三种方案的基础上做了优化补充，增加了一个开关量信号。第四种方案限制功率的做法如下(信号的流程如图1所示)。

开关量限制功率的做法如下(信号的流程如图1所示)：

开关量限制功率由推进控制系统完成；电站管理系统PMS将电网可用功率(模拟量)和开关量功率限制信号发送给推进控制系统(也叫远程控制系统RCS，或遥控系统)；当电网可用功率小于等于100kW，开关量功率限制功能激活，系统进入维持状态(可减速不可加速)；如发生电网可用功率小于0kW时，系统自动会对负载进行减速，降低电站负荷；如推进控制系统接收到功率限制信号命令，开关量限制功率功能激活，系统进入维持状态(可减速不可加速)。

模拟量限制功率的做法如下(信号的流程如图1所示)：

模拟量功率限制由推进变频器(简称变频器)自身来完成；PMS将电网可用功率(模拟量)和功率限制(开关量)信号发送给变频器；当电网可用功率小于等于-50％的变频器功率，模拟量功率限制功能激活，变频器进入快速减速至额定转速的1/3，并维持1-2分钟，稳定电站功率，之后再根据变频器的给定值进行自动加速或减速。

上述方法中，开关量限制的依据来源于电站可用功率的模拟量，理论上是可以实现的，而在实际应用中，系统在发出信号前需要对电站的剩余功率进行采集、判断、逻辑运算后才可以发出一个开关量功率限制命令给推进控制系统，电站管理系统从采集到发出信号所用时间至少需要5000毫秒；推进控制系统收到开关量信号后要重复以上的换算才开始降负载功率，这两个过程所需要的时间已经远远超过了发电机过载能力所要求的时间。此时，发电机可能因为过载或超载已经跳闸，同时导致全船失电。从现场的案例来验证，也是如此，当船舶电站所有负荷同时满功率运行，由于外部环境的不确定性及负载的异常出现，可能会造成在网发电机组的瞬时超负荷运行，在这种状态的反复出现可能会引起整个船舶电站的振荡甚至崩溃。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种可实现快速功率限制，确保船舶电站供电的连续性，避免船舶动力丧失的通过检测船舶主配电板电网频率快速限制负载功率的方法。

本发明的构思如下：为了确保船舶电站的稳定和安全，避免出现在恶劣海况下造成船舶颠覆等重大海难，必须要通过推进控制系统RCS、推进变频器(简称变频器)、电站管理系统PMS、船舶电网设备之间进行协调控制，其主要控制策略就是引入检测电网频率来实现快速功率限制的功能。该控制策略通过基于可用功率的推进功率限制技术，配合发电机机组异常跳闸等异常事件监测为基础，进行快速功率挟制的设计，可确保船舶电站供电的连续性，避免船舶动力丧失。