電站管理系統設計研究

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1船舶電站管理系統功能

船舶電站管理系統為動力系統提供穩定的能量管理及供給，由自動控制系統、數據采集監控及報警三大功能組成，管理系統對船舶動力系統各功能（柴油機組自動控制、勵磁轉速調節、頻率調制、動力系統并聯運行）進行自動控制，整個系統的功能如圖1所示。

2基于云平臺的電站管理系統設計

2.1管理系統硬件電路設計。電站管理系統對信號的采集、檢測是系統的關鍵，在此以并行S7-300PLC為核心控制器設計信號采集電路[2]。并行信號采集傳輸控制電路，同時對發電機、柴油機及電網信號進行采集，通過A/D轉換后傳輸至S7-300PLC，實現動力系統的調速器、啟動執行單元及是否脫網進行控制。基于S7-300PLC的控制電路如圖2所示。電網采集信號有電壓、電流及功率以及與船舶動力系統開關的狀態；發電機信號采集除了電壓、電流及功率，還有繞組溫度及相位差；柴油機采集信號為冷卻水溫度、滑油壓力、排煙溫度及壓力大小[3]。采集信號由于混入噪聲及多徑干擾等因素，會產生波形失真及精度下降，在進行A/D轉換前，為了提高原始信號精度，需要進行如下步驟：①信號調制。為了減少海上多徑信道干擾，選擇QPSK調試方式；②信號放大。由于通過各類傳感器采集的模擬信號幅值較小，模數轉換會產生轉換誤差，在傳輸前需要進行信號放大。③濾波及信道均衡。海上混入噪聲為高斯白噪聲，頻率具有高頻特性，通過高頻濾波器過濾；信道均衡則減少多徑信道產生的碼間干擾。最后將采集的各類信號通過A/D轉換傳輸至控制器，實現S7-300PLC自動準同步并聯運行控制；自動調頻調載控制功率，在此重點研究了自動準同步并聯運行控制，有如下功能：①實現船舶發電機與傳輸電網電壓、電流及相位同步，若不同步，關閉電網與發電機開關。②發電機與電網出現電壓差、電流差及相位差，調節發電機轉速，S7-300PLC同步并聯運行控制電路根據檢測的頻率差調節發電機轉速，直至電壓差、電流差及相位差控制在閥值內。③若電壓差、電流差及相位差控制在閥值內，S7-300PLC分析ACB運行時間，提前發出電網與船舶發電機之間的開關閉合信號，實現自動準同步并聯運行控制[4]。自動準同步并聯運行控制原理如圖3所示。對于閥值設置，根據實際情況電壓差、電流差及相位差范圍控制在5%～15%，頻率差小于0.5Hz；由于電網與船舶發電機開關（ACB）閉合需要一定時間，自動準同步并聯運行控制發出的閉合命令需提前200～500ms[5]。2.2管理系統軟件設計本文設計基于。S7-300PLC自動準同步并聯運行控制軟件，主流程如下：①初始化階段：對采集電壓進行檢測，判斷電網電壓及船舶發電機電壓是否小于閥值，小于閥值進入步驟②，否則發送電壓告警；②檢測電網頻率是否為額定值，若超過則進行調節；③檢測船舶發電機頻率與電網頻率差是否在閥值內，若超過閥值則調整轉速進行頻率調整。④最后進行相位檢測，提前閉合命令實現發電機的并聯運行。自動準同步并聯運行控制流程如圖4所示。在實際的電站自動準同步并聯運行控制中，電網的負載會引起發電機頻率波動，造成閉合命令的提前量出現偏差，為了保障電路的穩定，需要進行負載均衡，并設頻率差閥值為0.5Hz；本文的自動同步并聯運行控制不能實現電壓自動調節，但電壓差超過閥值，則不允許發送閉合命令，并發出告警信息。同時，閉合是否成功返回至S7-300PLC，作為其他功能模塊的控制信號。

3基于云平臺的電站管理系統仿真

根據前2節的描述可知，本文設計的基于云平臺的船舶電站管理系統中的自動準同步并聯運行控制可實現柴油機、發電機及電網的各類數據的并行采集及分析，有效提高了并聯運行中開關閉合的實效性，最后對并聯開關閉合準確性及閉合消息提前量進行仿真，并與傳統單控制器管理系統進行比較，各閥值設置如下：頻率差為0.5Hz，電壓差為10%～15%，相位差為5%。仿真結果如表1所示。

4結語

本文分析了船舶電站管理系統功能，在此基礎上重點研究了自動準同步并聯運行控制的軟硬件實現，最后給出了仿真結果。

參考文獻：

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[3]解源,楊國豪,王恒,等.船舶電站自動并車裝置信號檢測原理與實現[J].傳感器技術,2001,(20)3:42–44.

[4]黃麗卿,楊國豪,俞萬能.船舶電站可編程序自動頻載調節裝置[J].中國航海,2002(3):64–66.

作者:程勇兵 張羽 鄧淇中 單位:1.新鄉職業技術學院電子信息系 2.國網重慶市電力公司電力科學研究院 3.國網重慶市電力公司江津供電分公司