第1章 緒論
1.1 船舶電站的特點
船舶電力系統(tǒng)是獨立電網，一般船舶只有一個電站，電站的容量就是電網的容量。電網的容量相對負載來說是有限的。大容量負載啟動時的沖擊電流將引起電網電壓的急劇波動，因此對發(fā)電機調壓器和原動機調速器的動態(tài)性能有較高的要求。
在獨立的電網中，調節(jié)運行發(fā)電機的電壓或原動機的轉速，將直接影響電網的電壓和頻率，不像陸上的無窮大的電網，調節(jié)一臺發(fā)電機的電壓或頻率，無法左右電網的電壓或頻率，調節(jié)只能通過改變本身有功或無功功率的承擔取得平衡。建立在這個概念對調試發(fā)電機并聯運行的有功和無功功率分配是很有必要的。
船舶電力系統(tǒng)通常只有一個電站工作，任何導致斷電的事故都將危及船舶航行的安全?？紤]在無人看管的情況下運行，提出了船舶電站自動化的要求。要求在未釀成斷電事故之前限制事故擴大，啟動備用機組投入運行，替換故障機組，保證供電的連續(xù)性。即使斷電也應使斷電時間最短。
船舶電站只局限在船舶的小范圍內供電，線路距離短，阻抗低，而供電發(fā)電機的臺數又隨船舶運行工況的不同而有所變化，因此在保護配合方面有較高的要求。
1.2 船舶電站自動化概述
海上運輸的不斷發(fā)展客觀上推動著船舶向大型化，高速化和自動化方向發(fā)展，自六十年代以來對船舶電站提出了自動化的要求。船舶電站自動化的好處有：維持電站供電的持續(xù)性和可*性，增強船舶運行的生命力；提高船舶電站供電的質量；改善船員工作條件，減輕值班強度；提高勞動生產率，提高船舶運行的經濟指標。
船舶電站自動化通常包括以下功能：
1. 對相關的電氣參數和機械動作信號能夠進行自動監(jiān)測、報警、記錄、 顯示、打印，并有邏輯判斷功能去控制發(fā)電機組；
2. 根據負載的情況發(fā)電機自動啟動、投入運行和停車；
3. 能限制多臺機組同時接入及短路后的多次接入；
4. 發(fā)電機和主母線自動同步和自動并車；
5.發(fā)電機組自動調整電壓、自動調整各個機組之間的無功功率的分配；
6.發(fā)電機組自動調整頻率、自動調整各個機組之間的有功功率的分配；
7.自動分級卸載，指船舶電站超負荷時自動卸掉一部分非重要的負載，并可以實現多次卸載，以適應不同程度的過載條件，保證對船舶上的重要負載的連續(xù)供電；
8. 負載自動分級啟動，其含義包括：一是指船舶電網從斷電狀態(tài)恢復供電時，為了限制過大的沖擊電流，使負載自動的分級啟動，重要的負載先啟動；二是指自動分級卸載后，被卸去的負載在保證不引起發(fā)電機組重新過載的前提下再次投入運行；
9.電氣及機械故障時能夠自動保護；
10.發(fā)電機組自動解列，發(fā)電機并聯運行于輕載狀態(tài)下，按確定順序使運行機組逐步退出電網，直到其余運行發(fā)電機組脫離輕載狀態(tài)為止；
11. 重載查詢；
12. 主電站和應急電站供電的自動轉換。整個功能框圖如圖1.1所示。
為了實現上述功能，早期采用的是以繼電器、接觸器為代表的有觸點控制系統(tǒng)，后來逐漸被以晶體管分立元件和集成元件為核心的無觸點系統(tǒng)所代替。七十年代，伴隨著集成電路的集成度日新月異的提高，微處理器誕生了。微處理器剛一出現便以它強大的運算能力、超常的運行速度以及操作的簡易贏得了工業(yè)界的青睞。一時間，微處理器在工業(yè)領域的普及成為業(yè)界的一件大事，它的影響是深遠的，直接導致了生產力的大幅度提高，從而推動了社會經濟的發(fā)展。八十年代以來，由微處理器控制的船舶電站也開始出現，然而相形之下，微處理器在船舶工業(yè)中的應用還不及其它行業(yè)深入，現有的船舶電站仍以分立元件的運用為主。所以從各方面看，研究微處理器在船舶電站中的應用在今天仍具有相當的現實意義。
1.3 現代船舶電站的發(fā)展趨勢
船舶電站自動化設備盡管種類繁多，但按功能和自動化程度，大致可以分為以下三類：
第一類：單機運行，其余各發(fā)電機作為備用。當產生電氣或是機械的故障時，運行機組脫離電網斷電并停機，備用機組按預定順序啟動，當電壓和頻率正常后自動合閘供電。
第二類：投入電網運行的發(fā)電機組數量按電站運行的實際功率或是電流來決定。負載的用電量大時，運行機組數量就越多，當電站運行功率比較富裕（即用電量較少）時，將多余的機組按預定順序停機。當發(fā)生電氣的或是機械的故障時，按預定的順序啟動備用機組，投入電網后，再將發(fā)生故障的發(fā)電機組切除停機，所以在故障處理過程中，這種控制能使電網不斷電，只有出現嚴重的故障時，先將故障機組停下，同時啟動備用機組合閘供電，這中間過程才出現短時的斷電現象。顯然，第二類較第一類有兩個突出的優(yōu)點：經濟指標提高，使運行機組與供電量相適應；可*性提高，使電網斷電的可能范圍大大減小，但第二類自動化系統(tǒng)更復雜些。
第三類：使用計算機控制的電站自動化系統(tǒng)。這類自動化系統(tǒng)的應用在國內外自動化船舶中逐年增多，它的技術指標、經濟指標和可*性指標更高，實現船舶電站自動化的功能及組合手段可以是有繼電器、接觸器組成的有觸點控制系統(tǒng)；也可以是由晶體管分立元件或集成元件組成的邏輯控制系統(tǒng)；還可以是微型控制器系統(tǒng)。60年代初生產的自動電壓調節(jié)器大部分采用有觸點控制系統(tǒng)；60年代中后期生產的一些單元自動裝置大多是采用分立元件構成的有觸點和無觸點混合系統(tǒng)；70年代至今，船舶電站自動化裝置主要由集成電路構成的邏輯控制系統(tǒng)組成；80年代中期以來，隨著計算機技術特別是微型計算機技術的飛速發(fā)展，計算機在自動化領域中的應用越來越廣，PLC（Programmable Logical Controller) 可編程控制器控制、單片機控制、STD和PC工業(yè)總線控制等工業(yè)控制途徑都能夠較好的用于工農業(yè)生產。新技術的發(fā)展，加上實踐經驗的總結，人們已經將這些新技術推廣到船舶上。船舶電站自動化技術的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方向：
1. 從常規(guī)的繼電器、分立元件形式的控制發(fā)展到無觸點控制，大規(guī)模集成電路，結構化、模塊化。采用了微機，包括可編程控制器，使控制部分的體積重量大大減小、工作可*性大大提高，控制方式也由硬件控制變成以軟件控制為主，使功能的組合、擴展或修改變的很容易。維護方便，模塊通用性好。
2. 計算機控制由大型機集中控制方式發(fā)展到多微機分散控制方式，使工作的可*性大大提高，進而出現由多級計算機構成的分布式控制系統(tǒng)、應用光纖通訊和網絡技術。對過流、欠壓、逆功率等多數參數的監(jiān)測報警和控制；電壓、頻率、功率、電流、功率因數等參數及主開關通斷狀態(tài)等也在軟配電板上有指示?？呻S時實現全部點或選定點的召喚打印記錄，這些記錄可代替?zhèn)鹘y(tǒng)日志。當被檢測的參數值超出允許范圍，則發(fā)出聲光報警并自動打印記錄，被測量參數值的上下限可方便地整定和修改。
3. 信號處理由模擬量信號處理發(fā)展到盡可能多的使用數字量信號處理和通訊。
4. 由就地人工分散控制發(fā)展到集控站控制，特別是對機艙的遙控，實現了無人值班機艙。
5. 機電一體化程度加強。
6. 從運行的經濟性和可*性出發(fā)，船舶電站出現了以下一些新特點：
1）采用不同容量的發(fā)電機組成電站，以提高不同工況下的發(fā)電機負荷率。
2）除柴油機以外，還同時采用不同種類的原動機，如主機（軸帶發(fā)電機）、廢氣鍋爐渦輪機——軸帶發(fā)電復合系統(tǒng)等，可以降低噪聲，提高機動性和節(jié)約能源。
3）大型船舶采用雙電站前后布置方式，通過對電站間跨接線的控制，可以使兩電站各自獨立供電或聯合供電，提高供電可*性。
4）船電能與岸電并聯，以實現兩者之間可以實現不斷電的轉移負荷。
以上特點使得電站的控制復雜化，因而需要先進的技術手段作保證。隨著科學技術的發(fā)展，電站自動化的范圍和內容必將更為廣泛和深入，船舶計算機的控制核心由單片的微控制器發(fā)展到工業(yè)控制機，監(jiān)控系統(tǒng)正在經歷著從集中型計算機監(jiān)控系統(tǒng)向離散微機監(jiān)控系統(tǒng)方向發(fā)展。此時，國外陸續(xù)推出了采用局域網絡的船舶控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)包括電站計算機控制子系統(tǒng)，也就是說在這些代表發(fā)展方向的系統(tǒng)中，電站都是計算機直接控制的，WOODWRAD公司95年推出了專用于電站控制的計算機分布式控制系統(tǒng)，完成了柴油機組控制、同步并車、頻率控制和系統(tǒng)監(jiān)測等全部自動化任務，美國ONAN公司也推出了智能化電站控制系統(tǒng)POWERCOMMAND，可以實現全部電站自動化任務。
（轉載）
