[发明专利]一种船舶区域配电系统及其监控系统

说明书

技术领域

本发明属于船舶工程领域，涉及一种船舶区域配电系统及其监控体系设计方法。

背景技术

随着船舶综合电力系统（IPS）概念的提出，全船电力系统、电力推进技术应用于船舶的紧迫需要，船舶电力系统的系统容量将以几何曲线上升，从而使电缆布置成为一个突出的问题：一是传统的船舶电网的形式已经成为制约船舶可靠性的一大难题，当船舶受损时，船舶电网容易崩溃，影响供电质量、生命力低；或者当船舶中某一大型负载启动或发生故障时，也会影响电网的供电质量。总之，传统船舶电网已无法适应未来船舶的要求；二是电缆数量的增加，使得船舶建造成本上升；三是如果不能合理地布置电缆，将会导致穿过隔舱壁的电缆数目增加，不利于提高船舶电力系统的可靠性。

以辐射式配电系统和交流电机组成的电力系统是目前船舶电力系统的主流，电力系统的负载由船舶上少数几个集中式配电中心通过电缆馈送，这样造成全船数十根电缆在船上各部位穿插，尤其是大量的穿舱电缆不仅布置上有困难，而且会造成船舶耐压隔壁开孔密封问题。随着船舶电力系统容量的日趋增大，集中式配电逐渐成为船舶设计和建造成本中一个十分突出的问题，局部的电气隔离变得很困难，同时在出现故障的时候，也很难隔离故障，局部故障有可能直接影响整个电力系统。

采用区域供电网络是解决这一问题的良好途径，区域配电技术可通过将全船的电力系统进行区域划分，达到降低电力系统建造成本，提高船舶生命力的目标。采用区域配电技术后，船舶可以在建造各舱段时就独立进行电缆布置，在此分段连接到船舶的其他分段之前，将所有本分段的设备连接好并供电。在进行舱段集成前完成设备的安装和调试，最后通过两条母线连接各供电区域即可，这样可以大大提高工作效率，降低费用。同时，在区域的入口，环形供电网的母线上具有多个断路器，在某区域出现故障后，可以通过这些断路器切断部分母线，或切除某个区域，可以有效的防止故障蔓延。美国以“阿利克伯”级（DDG-51）导弹驱逐舰平台为研究对象，将目前采用的常规配电系统与区域配电系统在重量和造价上进行了对比，结果表明，采用区域配电结构可以减少电缆的使用，同时造价也大大降低了。

交流区域配电网络结构是一个相对复杂的网络结构，其对船舶电力系统的规划和安全运行是一种挑战。设备故障、大功率设备的起停、误操作等都会使故障处理、电能调度等变得更加困难，这就对电力监控系统提出了更高要求。

智能型船舶电力监控系统是现代化船舶发展的必然趋势，是现代化船舶综合平台管理系统的重要组成部分。船舶电力监控系统对于提高船舶电力系统的稳定性、可靠性具有重要的作用，传统的船舶监控系统是建立在干馈式电网结构的基础上的。随着现代船舶的规模越来越大，以及新型电力系统的使用，原来的船舶电力监控系统已不能发挥其作用。因此，设计针对新型船舶电力网络的智能型船舶电力监控系统是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，将环形供电网络与区域配电技术有机结合起来，设计了船舶综合电力系统。

本发明一种船舶区域配电系统，两条电力母线从船舱的两舷通过，连接船头、船尾的两组发电机组，形成一个环形网络；将整个配电系统分成n个区域，每台发电站机组保障一个或几个区域的负载供电，在区域的入口，环形供电网的母线上具有多个断路器。

一种船舶区域配电系统的监控系统包括：

第一层是位于区域现场的总线节点，这些节点包括：智能断路器、电动机保护模块、PLC；这些总线节点连接在区域内的CAN总线上，向区域监控系统或上层监控设备提供负载以及供电网络的相关实时参数，同时，接收上层监控设备的信息，对负载以及供电网络进行控制；

第二层是区域控制站，它是由区域监控计算机和智能测控模块组成：

区域监控计算机位于操作室，监视、控制区域内所有设备的状态，并作为系统的显示和输出终端，可独立对区域现场进行控制；智能测控模块位于区域现场，作为监控计算机的备份，独立对区域现场进行控制；如果上层网络出现故障或区域站与系统主站断开连接，该区域会由区域控制站进行独立控制，同时，监控计算机和智能测控模块通过CAN总线连接，互为备份；

第三层是系统网络，中央计算机和各区域站通过工业以太网连接：中央计算机负责接收各个区域信息，根据船舶所处工况，进行设备控制，电能调配，系统监控，故障恢复