船舶电站运行的负载管理

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1、机电设备 2002 年第 3 期 31 船舶电站运行的负载管理 Management of Marine Power Station Loads 上海七 O 四研究所军代表室 于 亮 上海七 O 四研究所 王硕丰 摘 要 讲述了船舶电站运行的负载管理所包括的主要内容，并举例介绍了一些负载管理的方法和原则。 关键词 船舶电站 负载管理 有功功率 重载询问 Abstract The paper discusses major things concerning marine power station loads management and gives demonstrations on som

2、e of the management methods and principles. Keywords marine power station, loads management, active power, heavy load inquiry 1 前 言 一艘船舶就是一座水面上浮动的城市，船上大 量的用电负载是靠安装在船上的电站进行连续供电 的。一般船上的电站常由几台同容量、同型号的同 步发电机组组成。在早期，由于船上的用电总负荷 比较小，通常电站只设有两、三台发电机组，系统结构简单，且自动化程度较低，因此，电站运行负 载管理也比较简单，只进行调频调载，以保证多台 机组并联运行供电时，

3、系统的总负荷可以平均地分 配给并联运行的各机组。当由不同容量的发电机组组成的电站并联运行时，则将系统的总负载依照各 台发电机的容量按同一百分比进行分配。这样有利 于发挥并联运行各机组的容量。否则，当一台机组的功率接近额定值，另一台机组的功率比较小时，若系统的负载再增加，两台机组的负载功率都将增 加，这就可能使一台机组过载，而另一台机组离满载还较远，这显然是不利的，且负荷分配不均匀也不利于电站的经济运行。随着现代船舶吨位的不断 增加，自动化程度越来越高，各种装船设备越来越 多，整条船的用电总负荷也随之越来越大，对船舶电站运行的负载管理也提出了更高的要求。随着计算机科学与技术的飞速发展，各种以单片

4、机、 PLC、工控计算机等为核心控制部件的全自动电站监控系统已大量装船使用，网络型电站监控系统也已研制成功，并装船使用，这使船舶电站运行的负载管理 功能更加多样全面。 2 船舶电站运行的负载管理 现代船舶的自动化程度越来越高，船舶上的电 站都装有电站监控系统或装置，以实现整个电站运 行的检测、控制、管理和保护。其中，电站运行的 负载管理模块是电站监控系统的重要组成部分，它 主要实现对整个船舶电站的运行管理，保证电站在各种运行工况下自始至终连续、稳定、经济、可靠 地对全船用电设备供电。电站运行的负载管理模块 一般包括优先机的设定、 自动调频调载、 自动增机、 自动减机、跨接线电流的管理、重载询问

5、等几个方面的功能。 下面将结合一个船舶电站的实例，介绍电站监 控系统的各种负载管理功能。该电站由四台柴油发电机组组成，分为前、后两个电站，每个电站两台机组，通过跨接线相互连接。该电站的结构见图1。 图 1 船舶电站单线示意图 2.1 优先机设定 优先机设定也称值班机设定，该设定的主要目 32 机电设备 2002 年第 3 期 的是为自动控制程序设置柴油发电机组的优先启动顺序。在实船使用当中值班人员可以每过些时日变更一下值班机设定，以保证整个电站的各台机组得到平均的使用。 优先机的设定可以通过相互联锁的按钮进行，当其中的一个按钮按下时，其它原先按下的按钮就会弹起，即始终只有一个按钮设定有效。而且

6、，在设定一台机组为优先机时，应当人为规定剩余机组的优先级次序，例如： 1） 设定 1#机为优先机时，优先级从高到低依次为：1#2#3#4#； 2） 设定 2#机为优先机时，优先级从高到低依次为：2#3#4#1#； 3） 设定 3#机为优先机时，优先级从高到低依次为：3#4#1#2#； 4） 设定 4#机为优先机时，优先级从高到低依 次为：4#1#2#3#。 一般情况下，当电站监控系统根据全船负载的 大小情况需要启动机组时，会按照优先机设定的优 先级次序依次启动机组，直到满足电站的实际使用需要。 2.2 自动调频调载 调频调载的主要目的是为了保证电站运行机 组的频率能够稳定在额定值的规定范围内，

7、而并联 运行的各台机组的有功功率分配差度保持在规定的 范围内。例如，可以将运行机组的频率控制在 50 0.5Hz 范围内，控制并联运行的每台机组有功功率分配差度不大于该台机组额定功率的5%。 一般电站监控系统可以通过对并联运行的各 台发电机组有功功率和频率的测量和计算，决定是否需要对运行机组的有功功率分配和频率进行调整，并计算出各台机组相应的调速脉冲宽度，其计 算公式如下： Q=f+K1P W=K2Q 其中： f当前发电机组的实际频率与额定频率的频率差； P当前发电机组的实际功率与平均功率的 功率差； K1功率差转换系数； Q当前发电机实际频率和功率与额定频率和平均功率的频功差； K2脉冲宽度

8、系数； W调速脉冲宽度。 计算出各台机组的调速脉冲宽度 W 后，监控系统即可向各台机组发出相应的调速指令，进行自动调频调载。 2.3 自动增机 电站监控系统在保证电站长期稳定运行的基础上，还应根据电网的实际负载调整运行机组的台数，以保证电站运行的经济性。在网机组运行台数的管理除了应考虑电网的剩余功率之外，还应考虑流过跨接线电流的大小和方向。例如，按图 1 中所示的电站，当1#机组为优先机值班运行时，假设电网的负载大多由后主配电板供电且不断增加，这时如果由于电网的剩余功率小于增机设定值需要增机 的话，显然在按照优先级的顺序启动2#机组是不合 理的，因为，这时跨接线上的电流已经从前电站流 向后电站

9、且偏大。再启动前电站的机组，将可能使 流经跨接线的电流进一步增大，甚至导致跨接开关 过流，因此，这时应当启动后电站的机组，改善跨接电流流向不合理的情况。 当电网的剩余功率小于增机设定值时，电站监 控系统将向备用机组发出启动指令，具体的启动备 用机组号应由监控系统根据优先机的设定值和流过 跨接开关的电流大小和方向，经过运算确定，其中 流过跨接开关的电流为优先考虑因素，其计算公式为： P=Pe -Pi 其中： P当前电网的剩余功率； Pe当前在网机组的总额定功率； Pi当前在网机组的总功率。 设 Pmin 为增机剩余功率的设定值；Ic 为流过跨接线电流；Imin 为流过跨接线电流的下限设定 值；I

10、max为流过跨接线电流的上限设定值。则： 1) PPmin，IcImin 时，以功率原则确定是否增机，并以优先级的次序确定备用机组的启动 顺序。 2) PPmin，IminIcImax时，以功率原则确定是否增机，并以优先级的次序结合跨接电流的方向共同确定备用机组的启动顺序。 3) IcImax时，以电流原则确定是否增机，并机电设备 2002 年第 3 期 33 以优先级的次序结合跨接电流的方向共同确定备用机组的启动顺序。 2.4 自动减机 当多台机组并联运行时，若在网负载逐渐变小， 当用电负载小到在网运行机组减去一台机组后，剩余功率仍大于减机设定值时，电站监控系统将向运行机组发出减机指令，具体

11、的将被解列的运行机组号应由监控系统根据优先机的设定值和流过跨接开关的电流大小和方向，经过运算后确定，其中流过跨接开关的电流为优先考虑因素。 其计算公式为： P=Pe -Pi -Pab 其中： P当前电网若执行减机后的剩余功率； Pe当前在网机组的总额定功率； Pi当前在网机组的总功率； Pab当前拟减机组的额定功率。 设 Pmin 为若执行减机后电网剩余功率的设定 值；Ic 为流过跨接线的电流；Imin为流过跨接线电 流的下限设定值； Imax为流过跨接线电流的上限设定值。则： 1) PPmin，IcImin 时，以功率原则确定 是否减机，并以优先级的次序确定运行机组的解列 顺序。 2) PP

12、min，IminIcImax时，以功率原 则确定是否减机，并以优先级的次序结合跨接电流 的方向共同确定运行机组的解列顺序。 3) PPmin，IcImax时，以功率原则确定是否减机，并以优先级的次序结合跨接电流的方向 共同确定运行机组的解列顺序，且只允许跨接电流流出侧机组减机。 2.5 跨接线电流的管理 跨接线电流的管理目的主要是保证前、后电站之间跨接线电流的大小和流向安全合理，它要结合电站的机组运行组合状况和实际负载大小来进行管理，其原则已在自动增机、 自动减机中进行了介绍。 2.6 重载询问 由于电站一般运行在经济运行状态，只要保证电网的功率裕量大于增机设定值即可。因此，当船上的一些重载设

13、备起动前，应先自动询问一下电站当前运行机组的供电状况是否满足重载设备启用的需要。若能满足需要，则该重载设备可立即起动；若不能满足需要，则应先自动起动一台备用发电机组，待其并网运行并确认电网的功率裕量可以满足需要后，再允许该重载设备启用。 3 结束语 随着我国船舶综合电力系统 （IPS） 研究的深入， 船舶电力推进系统也将逐步得到应用，因此，未来 船舶综合电力系统的组成和结构将变得更加复杂和 多样。由于船舶的主动力采用电力推进，全船的用 电负载将比常规推进动力的船舶更大、更复杂，电 站的运行工况也变得越来越多。怎样更加科学、有效、经济、可靠地管理船舶电站的负载，是急需我 们进一步探讨和深入研究的

14、。 4 参考文献 1 黄伦坤、 朱正鹏、 刘宗德. 船舶电站及其自动装置. 北京：人民交通出版社，1994.5 2 唐石青、 邵众雷. 一种新型的船舶电站自动化装置. 机电设备，1998， （4） 3 章以刚. 船舶综合电力系统设计的若干问题. 机电设备，1999， （4） 4 王硕丰. DNC- I型船舶电站全自动监控系统. 机电设备，2000， （1） 有毒垃圾处理新装置 意大利博洛尼亚 ITEA 公司研制成不排放有害物质的新型有毒垃圾处理装置。传统处理有害垃圾的装置在垃圾处理过程中，因缓慢冷却会产生毒性极大的二口恶英，形成二次污染。但这种垃圾处理装置是在高温状态下对垃圾进行处理，同时用高压纯氧助燃，在这种状态下，有害垃圾的分子被分解，然后快速冷却，阻止了二口恶英的形成。且新装置处理过程比较干净，不会再排放出有害物质。据这家公司介绍，用这种装置 处理有害垃圾费用很低，由于装置体积小，使用十分方便。 转摘自科学时报