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自 动 化 电 站青岛远洋船员职业学院电气教研室船舶电站自动化 第一节 船舶电站自动化概述船舶电站自动化装置的发展，经历了从六十年代采用继电 器控制技术及其后来的晶体管分立元件控制技术到七十年代的 小规模集成电路及其后来的中大规模集成数字、模拟电路控制 技术，至八十年代的微处理机控制技术，九十年代的PLC控制 技术 进入八十年代世界各国都先后研制由单板机或单片机组成 的微机控制系统，由于船舶机舱环境的恶劣，使微机控制系统 在防电磁干扰上或多或少存在一些问题九十年代PLC控制系统的可靠性已为世人所共识，其产品的 通用性、仅需少量备件且易在世界各地购置而得到广大客户的 青睐，SIEMENS公司于九十年代初首先在机舱自动化中采用了通 用性的PLC作为控制核心器件，至目前PLC控制的电站、主机遥 控、集中监测报警等系统也已不断地更新换代作为电站的重要内容之一的自动电压调节，除早期系统外，现在一般 均未包含在自动电力管理（自动化电站）系统中这是因为调压装置是由 发电机制造厂家配套生产的，是属于发电机的一部分，通常安装在发电机 上，对于电子调节装置部分一般安装在发电机控制屏内发电机制造厂家 已保证发电机电压及并联运行时无功分配问题均得到令人满意的程度，通 常无需再作进一步的调整。

自动电力管理系统功能大致有：1.发电机组停机状态下的预润滑 2.发电机组的自动起动控制 3.发电机组的自动并车操作 4.并联运行中功率的自动分配、转移与电网频率的自动调整 5.取决于负荷大小的发电机组运行台数管理 6.大功率负荷投入管理 7.发电机组机、电故障的自动处理与报警 8.发电机组自动、故障状态下解列、停机控制 9.发电机的保护 10.运行状态显示及故障监视 11.运行中系统给定参数的监视与修改第二节 自动电力管理系统的结构、组成及种类一. 数字—模拟集成电路构成的自动电力管理系统基于可靠性、灵活性及在控制系统局部发生故障时，从能最大限度保留自动控 制功能等情况出发，世界各生产厂家大多是朝着模块化方向发展着的，随着模 块与模块间连接的构思不同，大致可分成两种类型的结构组成形式 1. 采用总体控制方式总体控制单元相当于人 的“大脑”，把来自各 台发电机组的机、电信 息及主开关、汇流排与 各大用户的必要信息给 以综合分析、判断，然 后发布相应命令，确保 电力系统安全、可靠且 经济运行，保证供电质 量 由图可见总体控制单元与各子单元间是直接联系的，而各子单元间是互不相连 ⑴.柴油发电机组的起、停控制器 每台机组各一套对柴油机组进行自动起动、自动停机与应急自动停机逻辑控制 操作。

因此某一套控制器发生故障，那末只影响该台机组，对其它机组无任何 干扰⑵.并联运行控制器 是由自动并车装置与频载调节器组成通常自动并车装置整个系统只需一套 即可，频载调节器是每台机组各需一套早期这两个装置是各自独立成体， 以后大多数厂家已将这二个装置合并成一个整体形式问世并联运行控制器进行将待并机组自动投入电网及并网后执行恒频与负荷分配操作 ⑷. 发电机组监视与电网监视器 是作为安全系统，监视电网电压、频率及机组的水温、油压等机、电参数是 否低于或超过允许值，供总体控制单元鉴别故障机组、起动备用机组投网并 使故障机组脱离船舶电网，保证电网供电的连续性⑶. 汇流排监测 是测量汇流排即电网的电压、电流等电气参数，供总体控制单元计算与判断电 网的功率余量，以决定起动备用机组投入电网还是解列一台多余在网机组⑸.备用机组准备工作单元每台柴油机组一套装置，机组处于停机状态时控制周期性预润滑系统⑺.重要负荷自动分级重合闸当运行机组发生严重机、电故障时会导致发电机组跳闸，电网将出现短暂断电状态，在电网自动恢复供电后，为了迅速地恢复整个电力系统的正常运行，在自动电力管理系统中可设置这一环节，主要用于控制为主机运行服务的各种辅机与舵机、冰机及其它各类泵浦等设备的再启动，分级起动目的是为了防止众多设备同时起动时的冲击电流可能会再次形成发电机假性短路而导致主开关跳闸，分级起动顺序按负荷的相对重要性排列，每一级起动之间的间隔时间约为4—8秒。

⑹.重载询问装置即对大功率负荷投入时进行管理当电网功率富裕量充足时大负荷可直接投入，当电网功率余量不富裕时需待备用机组起动投入电网并联运行后，才允许大负荷起动2.积木块式⑴.自动起动—停车装置作为安全系统监视电网电压和频率是否低于和超过允许值， 鉴别故障机组并使其脱离船舶电网，保证电网的继续供电，电网断电后电网监视器也有自动恢复供电的功能积木块式自动化电站主要由五种（或四种）功能块组成控制柴油机的起动（保证柴油机起动所需的润滑、起动空气和燃油等），监视柴油机运行中的所有重要运行参数当其参数超过规定极限时柴油机则立即或延迟（3分钟）停车因此本装置也是一个安全保护系统⑵.并车装置建立和检查发电机并入主汇流排的条件，执行并车功能⑶.电网监视器这些功能块是以独立装置或模块形式出现的，主 要是应用具有一定程度的集成功能块的模拟技术和数 字技术实现的大多厂家如前所述已将并车装置与功率分配器合 并成一个独立的并联运行控制器出现，故而系统就由 四个功能块组成⑸.功率分配器使运行中的柴油发电机组均匀地承担负荷，需要时也可实现频率调节 ⑷.负荷控制器保证机组运行在经济工况下，也就是使运行机组的台数与电站的负荷量相适应。

二. 基于微机或PLC控制的自动电力管理系统 1. 由一套微机控制的系统结构DO—数字量输出单元 DI—数字量输入单元 AI—模拟量输入变换器 SET—设定器 INT—中断输入单元 DISP—显示单元 DSI—数字量调节输入单元检测元件∶功率变换器W；频率变 换器f；脉动电压检测器；电压、电 流测量等 执行机构∶自动空气开关ACB、 MCB；继电器；伺服马达等该系统将来自检测元件的电站所 需的控制信息，经DI、AI送入RAM中 ，然后根据存放在ROM中的设计人员 编制的控制程序进行运算（算术或逻 辑），运算结果或存放在RAM中或直 接刷新DO，最后按时分原则由DO单元 输出至控制系统的执行机构，实现对 船舶电站的控制PLC∶主要承担发电机组起、停控制，机组故障处理，调频，并联运行控制，机组运行台数及大功率负荷投入管理等任务信号处理板 ∶产生PLC所能接收的系统所需的开关量、模拟量信号，如U、I、P、f、Us等参数2. PLC控制的系统结构PLC控制系统主要由PLC、信号处理板、电源板、操作控制显示板所组成系统配置是按每台发电机组一台PLC、一块信号处理板，整个系统配一块电源板，系统参数的监视与修改是通过PLC的编程器（若采用西门子公司PLC产品，则可用专为操作人员使用的操作器如OP393Ⅲ等）实现的。

电源单元 输入:DC 24V,AC 220V;输出∶DC 24V，+15V，-15V向系统所有单元、部件包括起动、停机电磁阀提供 工作电源 OP393 Ⅲ∶运行中可监视、修改系统给定各类参数 雷同于微机控制系统，来自于机组、主配电板的所有电站信息，经信号处理板加工后，送入PLC的DI、AI输入模块，PLC的CPU模块中存放在RAM内的设计人员编制的控制程序依DI、AI中的信息进行运算（算术或逻辑），其结果刷新DO，然后再输出至执行机构，实现对电站进行控制集散控制（DCS）形式上位机下位机下位机下位机集散控制形式系统结构图§ § 不同厂家的船舶电站不同厂家的船舶电站DCS(DistributedDCS(Distributed Control System) Control System)采用采用 各自专用的封闭形式，不具可互操作性，价格昂贵各自专用的封闭形式，不具可互操作性，价格昂贵 局域网（LAN）控制形式现场总线控制系统（FCS） 基于PLC和DEIF PPU的 PMSPLC控制的系统结构 系统实例§ 现代船舶电站自动化系统基于先进的网络通讯、自动化控制 、计算机、PLC技术以及模块化可靠产品，提供现代化的设 备监控管理和远程监测，确保船舶电站稳定、可靠、连 续供电以及最优化的电站负荷管理、灵活多样的高冗余的系 统结构。

§ 船舶电站自动化系统的结构形式有集中控制(总体控制)、集 散控制、分布式控制、局域网控制和模块化控制现代船舶 电站采用环形双冗余现场总线局域网络，开放的、灵活的网 络拓扑结构；分布式处理模块与现场设备直接连接，信号双 向传输下面几个所示为典型的船舶电站自动化管理系统(PMS)：本图为TAIYO PWC-GM集中型PMS TAIYO PWC-GM型PMS§ 该图为TAIYO PWC-PL分布式PMSPWC-GM采用一套 PLC和自动同步负荷分配装置管理整个电站系统，属 于简易型PMS；PWC-PL系统的发电机组各配一套PLC 和LCD触摸屏，每套机组的控制具有独立性，机组之 间经串行通讯相联，具有高冗余、高可靠性 TAIYO PWC-PL分布式 PMS§ 该图为每套发电机组配一个DEIF PPU控制器，PPU承担机组 的所有管理功能，将PMS扩展为一个独立的局部CAN网络 基于DEIF PPU的PMS基于PLC和DEIF PPU的 PMS§ 该图为每套发电机组配有DEIF PPU控制器，发电机组 再共用一套PLC，PPU仅承担机组的并车、保护和负荷 管理功能，PLC完成电站系统的逻辑程序控制。

§ 该图所示为寺崎株式会社微机型GAC船舶电站自动化 管理系统，在远洋船舶上应用较多 § 它的控制系统与安全、保护系统，报警系统及其它 重要系统相隔离或分离，这样处理使船舶电力系统 运行得更安全它的整个系统分为三块：手动控制 块，信号传输块和GAC主机 § GAC主机分为电源电路、CPU与存储器、接口电路与 自动同步控制电路等四大部分 § GAC系统功能分为GAC-UMS发电机控制功能和GAC-PMS 管理功能GAC具有系统故障自检功能，当检测到系 统发生故障时，通过触点输出故障报警信号，在GAC 主机面板及内部相关插件板上红色故障指示灯亮 按故障类型通过GAC提供的故障检查流程图来检修微机型GAC PMS第三节 自动电力管理系统功能及相应控制流程一.母线电压自动控制（AVC）二.发电机无功功率自动控制（ARPC）三.母线频率自动控制（AFC）四.发电机有功功率自动控制（APC）五.发电机自对准同步并车控制（ASYC）六.故障机组自动解列（ACC）七.故障分级切除（PTC）八.运行台数控制（ARC）九.原动机组自动启动（EASC）十. 故障监视及报警（MONTT）一、母线电压自动控制（AVC） 及发电机无功功率自动控制（ARPC ）§ 同步发电机的电压调整 特性是指发电机端电压 UG随无功负载电流IQ 变化的规律。

通常用 UG =  (IQ ) 的曲线表 示 § 电压调整特性的性能用调差系数Ku（或用kQ ）来衡量Ku的含义是当无功电流由零增至它 的额定值IQN = IN SinN时，发电机电压产生 的相对变化量，即 § § 当kQ > 0时，U U0，呈上翘的调压特性两台发电机并联运行时无功负荷分配的情况IQ2IQ1I`Q2I`Q1IQUGUU`1#2IQ1IQ2I`Q2I`Q1IQ1#2#UGU02U01`空载电压不同时无功负荷的分配1、空载电压对无功负荷分配的影响 § 系统中无功负荷较小时1#机组承担的无功较 少；当系统中无功较大时1#机组承担的无功 却较多在这种情况下，改变电压调整特性 的斜率也实现不了两台机组无功负荷在任意 场合下的均分即使两台机组的特性被调整 至完全相同，这时两条特性曲线呈平行状态 ，无功分配显然是不均衡的 § 两台发电机组并联运行时无功分配情况1# 机组的调压调差系数ku1小于2#机组的ku2， 在电压U下两台机组各自承担IQ1与IQ2，IQ1 > IQ2；负荷增加后，电网电压降至U`，此时 两台机组承担的无功分别为I`Q1与I`Q2， I`Q1 > I`Q2。