含轴带发电机的船舶电站协调控制.docx

船舶电站系统由主发电机提供电源，通常情况下几台发电机并联运行，无论是它的单机容量，还是电站的总装机容量都远远小于陆地电站。

同时，船舶电力系统运行工况复杂多变，对电站系统的协调控制要求较高。

船舶轴带发电系统是船舶主机驱动发电机供电的装置，它利用主机的富余功率来均衡船舶电站的功率分配。

含有轴带发电机的船舶电站系统优先采用轴带发电机供电，辅机可以不常开，这使得机舱噪声及机舱温度明显下降，辅机的维修周期延长，因此具有较好的经济、节能及环保效果。

本文对含轴带发电机的船舶电站协调控制策略进行研究，考虑轴带发电机频率电压随主机的波动性，结合某船复杂的运行工况和机组特性，制定出整船电站系统协调控制策略，以满足电站不同工况下的运行需求，保证系统的安全可靠性。

一、轴带发电机工作原理

船舶电力系统是有限电网，船舶负载的变化对电网电压和频率有较大的影响。

轴带发电机的输入工作参数(如功率、转速)受制于主机螺旋桨的工况，而其输出工作参数(如电压、电流以及频率)要满足用电设备的要求。

当采用轴带发电机时，为了能够与船舶柴油发电机并网运行，轴带发电机系统必须能够根据电网电压频率的变化对输出有功功率和无功功率进行调节。

对于电压的波动，可使用自动稳压器，这是一种根据发电机端电压变化自动调节励磁电流而保持输出电压稳定的可控硅电子装置。

对于交流发电机的稳频问题，这需要比较复杂且昂贵的装置来解决，一般用液压控制的恒频齿轮箱或电气控制的电磁滑差离合器的机械恒频装置以及可控硅逆变器的电子恒频装置，这些装置都可以在主机转速为75％～100％的额定转速变化时使发电机全功率输出，且频率稳定，可以与其它辅发电机组共同长期地并入电网运行。

二、含轴带发电机

的船舶电站协调控制策略

1、电站系统概述

某渔船采用双跨接线干馈式配电网络结构，其电站系统图如图1所示。

为了避免双跨接线同时闭合时形成环流，增大短路电流，将两条跨接线设置联锁装置，使不能同时闭合。

该船电站系统发电机组配置为:

2台1200kW大功率轴带发电机组,2台1230kW柴油机和交流发电机组成辅助发电机组，以及1台400kW应急发电机组；系统的电压等级为400V，采用交流50Hz电制。

该渔船电站系统有5种运行工况：

海上航行工况、进出港工况、停泊工况、作业工况以及应急航行工况，需满足以下要求：

?1)作业工况下采用分区供电的方式，一台轴带发电机组供网机液压站负荷，一台轴带发电机组供其他负荷；或者一台轴带发电机组供网机液压站负荷，一台柴油发电机组供其他负荷，也可以两台柴油发电机组并车供全船负荷。

2)2台主发电机相互可以长期并车运行，柴油发电机组和轴带发电机组之间、轴带发电机组与轴带发电机组之问可以短时并车进行负载转移，但不能长期并车使用。

3)当在由2台柴油发电机组供电的情况下，其中一台发生故障时，非重要负载自动断开。

4)海上航行工况下任意一台轴带发电机组或者柴油发电机组供电，任意一台轴带发电机组可以与一台柴油发电机组或两台轴带发电机组短时并联，进行负载转移。

5)进出港工况时，任意一台轴带发电机组或柴油发电机组供电。

6)停泊工况时，一台柴油发电机组供全船用电。

2、电站系统协调控制

为满足上述运行特性要求，对应于单线图1，该船电站系统有如下控制策略：

1)根据电站系统电网电压频率的变化对发电机组输出有功功率和无功功率进行协调控制，轴带发电机与辅助发电机组的并网控制系统结构如图2所示，其中，AVR为电压调节器；AFR为频率调节器；FG为频率特性函数发生器；FD、PD、VD、ID分别为频率、功率、电压、电流检测。

图2中，柴油发电机组DG并网断路器是一个电动开关，控制柴油发电机与电网连接，变频器通过检测柴油发电机组并网断路器和电网的状态决定自己工作在并网模式还是独立运行状态。

轴带发电机的控制系统中，逆变器输出电压闭环控制器用于保持轴带发电机输出电压的恒定，其电压调节器的输出为PWM逆变器的解耦控制的无功功率给定id﹡。

船舶负载变化引起发电机的转速变化，从而引起电网频率变化。

轴带发电机的控制系统通过检测电网频率控制输出功率。

频率调节器的输出为PWM逆变器解耦控制的有功功率给定id﹡。

为了保证与船舶柴油发电机并网运行的稳定性，频率调节器的输入增加了频率特性函数发生器，以实现轴带发电机有差频率特性。

轴带发电机与柴油发电机并网运行时能够实现功率的平均分配。

轴带发电机的控制系统中，PWM整流器采用与PWM逆变器一样的解耦控制，不同的是无功功率给定id﹡为零,这样轴带同步发电机的输出功率因数为1。

有功功率给定值由电压调节器设定，电压调节器实现逆变器直流侧电压的控制。

2)通过设置发电机组馈电主开关之间的联锁控制装置，确保电站系统有序、连续地供电。

该渔船各种工况下机组主开关的