电站管理系统设计研究

1船舶电站管理系统功能

船舶电站管理系统为动力系统提供稳定的能量管理及供给，由自动控制系统、数据采集监控及报警三大功能组成，管理系统对船舶动力系统各功能（柴油机组自动控制、励磁转速调节、频率调制、动力系统并联运行）进行自动控制，整个系统的功能如图1所示。

2基于云平台的电站管理系统设计

2.1管理系统硬件电路设计。电站管理系统对信号的采集、检测是系统的关键，在此以并行S7-300PLC为核心控制器设计信号采集电路[2]。并行信号采集传输控制电路，同时对发电机、柴油机及电网信号进行采集，通过A/D转换后传输至S7-300PLC，实现动力系统的调速器、启动执行单元及是否脱网进行控制。基于S7-300PLC的控制电路如图2所示。电网采集信号有电压、电流及功率以及与船舶动力系统开关的状态；发电机信号采集除了电压、电流及功率，还有绕组温度及相位差；柴油机采集信号为冷却水温度、滑油压力、排烟温度及压力大小[3]。采集信号由于混入噪声及多径干扰等因素，会产生波形失真及精度下降，在进行A/D转换前，为了提高原始信号精度，需要进行如下步骤：①信号调制。为了减少海上多径信道干扰，选择QPSK调试方式；②信号放大。由于通过各类传感器采集的模拟信号幅值较小，模数转换会产生转换误差，在传输前需要进行信号放大。③滤波及信道均衡。海上混入噪声为高斯白噪声，频率具有高频特性，通过高频滤波器过滤；信道均衡则减少多径信道产生的码间干扰。最后将采集的各类信号通过A/D转换传输至控制器，实现S7-300PLC自动准同步并联运行控制；自动调频调载控制功率，在此重点研究了自动准同步并联运行控制，有如下功能：①实现船舶发电机与传输电网电压、电流及相位同步，若不同步，关闭电网与发电机开关。②发电机与电网出现电压差、电流差及相位差，调节发电机转速，S7-300PLC同步并联运行控制电路根据检测的频率差调节发电机转速，直至电压差、电流差及相位差控制在阀值内。③若电压差、电流差及相位差控制在阀值内，S7-300PLC分析ACB运行时间，提前发出电网与船舶发电机之间的开关闭合信号，实现自动准同步并联运行控制[4]。自动准同步并联运行控制原理如图3所示。对于阀值设置，根据实际情况电压差、电流差及相位差范围控制在5%～15%，频率差小于0.5Hz；由于电网与船舶发电机开关（ACB）闭合需要一定时间，自动准同步并联运行控制发出的闭合命令需提前200～500ms[5]。2.2管理系统软件设计本文设计基于。S7-300PLC自动准同步并联运行控制软件，主流程如下：①初始化阶段：对采集电压进行检测，判断电网电压及船舶发电机电压是否小于阀值，小于阀值进入步骤②，否则发送电压告警；②检测电网频率是否为额定值，若超过则进行调节；③检测船舶发电机频率与电网频率差是否在阀值内，若超过阀值则调整转速进行频率调整。④最后进行相位检测，提前闭合命令实现发电机的并联运行。自动准同步并联运行控制流程如图4所示。在实际的电站自动准同步并联运行控制中，电网的负载会引起发电机频率波动，造成闭合命令的提前量出现偏差，为了保障电路的稳定，需要进行负载均衡，并设频率差阀值为0.5Hz；本文的自动同步并联运行控制不能实现电压自动调节，但电压差超过阀值，则不允许发送闭合命令，并发出告警信息。同时，闭合是否成功返回至S7-300PLC，作为其他功能模块的控制信号。

3基于云平台的电站管理系统仿真

根据前2节的描述可知，本文设计的基于云平台的船舶电站管理系统中的自动准同步并联运行控制可实现柴油机、发电机及电网的各类数据的并行采集及分析，有效提高了并联运行中开关闭合的实效性，最后对并联开关闭合准确性及闭合消息提前量进行仿真，并与传统单控制器管理系统进行比较，各阀值设置如下：频率差为0.5Hz，电压差为10%～15%，相位差为5%。仿真结果如表1所示。

4结语

本文分析了船舶电站管理系统功能，在此基础上重点研究了自动准同步并联运行控制的软硬件实现，最后给出了仿真结果。

参考文献：

[1]MCMAHONRA,ROBERTSPC,WANGX.PerformanceofBDFMasgeneratorandmotor[J].IEEProceedingsofElectricPowerApplications,2006,153(2):289–299.

[2]SHASTEENM,DAVEYK,LONGORIAR.IEEEelectricshiptechnologiessymposium,ESTS2007,IEEEelectricShipTechnologiesSymposium,ESTS2007:196–200.

[3]解源,杨国豪,王恒,等.船舶电站自动并车装置信号检测原理与实现[J].传感器技术,2001,(20)3:42–44.

[4]黄丽卿,杨国豪,俞万能.船舶电站可编程序自动频载调节装置[J].中国航海,2002(3):64–66.

作者:程勇兵 张羽 邓淇中 单位:1.新乡职业技术学院电子信息系 2.国网重庆市电力公司电力科学研究院 3.国网重庆市电力公司江津供电分公司