船舶電站并車失敗原因分析及處理

前言在國際經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程中，海上航運(yùn)業(yè)也得到了不斷的發(fā)展，為了適應(yīng)現(xiàn)代航運(yùn)發(fā)展的要求，船舶在設(shè)計和建造時，將船舶貨運(yùn)量、航行經(jīng)濟(jì)安全和船舶電站自動化的提高作為目標(biāo)，這時船舶電力系統(tǒng)供電的品質(zhì)、連續(xù)性和可靠性，將直接影響到船舶的經(jīng)濟(jì)效益和航行安全。船舶電站的相較于陸地電站容量較小，在船舶正常航行工況下，通常只需要單臺發(fā)電機(jī)組向船舶電網(wǎng)供電，就可滿足運(yùn)行設(shè)備的用電需求；但當(dāng)船舶處于進(jìn)出港、離靠碼頭或進(jìn)出狹窄水道、用船吊裝卸貨等工況時，負(fù)載變化頻繁，只用一臺發(fā)電對電網(wǎng)進(jìn)行供電已經(jīng)不能滿足供電需求，而且容易使發(fā)電機(jī)過載而損壞，這就要求起動備用發(fā)電機(jī)組，并將備用機(jī)組并入船舶電網(wǎng)運(yùn)行,兩臺或多臺發(fā)電機(jī)組同時向電網(wǎng)供電的操作過程稱為并車，并車提高了發(fā)電機(jī)組的工作效率，使得維護(hù)、檢修發(fā)電機(jī)組方便，保障船舶電網(wǎng)供電的可靠性和連續(xù)性，在現(xiàn)代船舶電站供電中起著重要的作用。

1船舶電站三相交流發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行為了滿足船舶供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，在設(shè)計建造船舶的時候會在船舶電站裝設(shè)有兩臺或兩臺以上的同步發(fā)電機(jī)組作為主電源進(jìn)行供電，并配有應(yīng)急發(fā)電機(jī)組在主電站發(fā)生故障時向應(yīng)急電網(wǎng)進(jìn)行供電。船舶電站相比于陸地電站，船舶電站的容量比較小，電力系統(tǒng)負(fù)載變化更加頻繁，電源與用電設(shè)備之間的距離很近，線路的阻抗也很小，短路時的電流很大，工作在惡劣的海上環(huán)境容易發(fā)生故障。這就要求至少設(shè)置兩臺船舶主發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電，兩臺或兩臺以上的發(fā)電機(jī)通過公用母線向全船負(fù)荷同時供電，這就是通常所說的船舶發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行。把船舶發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)運(yùn)行同時向電網(wǎng)供電的操作過程稱為并車。1.1需要并車操作的情況為了滿足電網(wǎng)負(fù)荷的需求，當(dāng)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組所帶的負(fù)荷到達(dá)其80％左右額定容量時，且負(fù)荷仍有可能增加，這時就需要考慮并聯(lián)一臺或多臺發(fā)電機(jī)同時向船舶電網(wǎng)供電以確保電網(wǎng)負(fù)荷的正常運(yùn)行。當(dāng)船舶處于進(jìn)出港、靠離碼頭或進(jìn)出狹窄水道等的機(jī)動航行狀態(tài)，此時船舶電力系統(tǒng)負(fù)載變化頻繁，為了保障航行的安全，需要兩臺或更多發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行向船舶電網(wǎng)進(jìn)行供電。當(dāng)準(zhǔn)備檢修正在運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組，需要用備用機(jī)組替換運(yùn)行機(jī)組時，為了保證不中斷供電，需要先通過并車操作將備用機(jī)組投入電網(wǎng)供電，才能將原來的運(yùn)行機(jī)組解列后進(jìn)行檢修。1.2船舶同步發(fā)電機(jī)多機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)提高了發(fā)電機(jī)組的工作效率。船舶電力負(fù)荷隨船舶工況的變動而經(jīng)常變動，例如航行工況與停泊無裝卸工況的負(fù)荷差別很大，用電量可能相差數(shù)倍。發(fā)電機(jī)在接近滿負(fù)荷使用時具有最高的效率，因此，船舶電站總是設(shè)計成兩臺或兩臺以上的發(fā)電機(jī)組成，在小負(fù)荷時，適宜于單機(jī)運(yùn)行；而大負(fù)荷時，則采用兩臺或兩臺以上的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，這樣能保證在各種不同工況下，使運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)經(jīng)常處于高效率的工作狀態(tài)。維護(hù)、檢修發(fā)電機(jī)組方便。船舶電站設(shè)備有備用發(fā)電機(jī)組，當(dāng)要檢修運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組時，先將備用機(jī)組啟動投入電網(wǎng)并聯(lián)，將要檢修的運(yùn)行機(jī)組的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到備用機(jī)組上，再將其從電網(wǎng)解列，這樣可以保證不停電檢修運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組，保證方便、安全地維護(hù)檢修發(fā)電機(jī)組。保證供電的高可靠性。從基本保障船舶電力系統(tǒng)供電的角度看，船舶同步發(fā)電機(jī)采用多機(jī)組設(shè)計，可以實(shí)現(xiàn)只有一臺發(fā)電機(jī)正常工作，船舶電力系統(tǒng)就能保證正常工作的基本要求。因此，船舶電站多機(jī)組設(shè)計屬于可靠性工程中的并聯(lián)冗余系統(tǒng)設(shè)計，可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單機(jī)組。顯然，這種多機(jī)組設(shè)計保證了供電的高可靠性。1.3并車的條件及分析1.3.1理想的并車條件當(dāng)進(jìn)行并車操作時，不能隨意將代并發(fā)電機(jī)的開關(guān)與電網(wǎng)接通，操作不當(dāng)會導(dǎo)致并車失敗，嚴(yán)重時會導(dǎo)致全船失電，機(jī)組也將受到電磁和機(jī)械的有害沖擊。并車時要求合閘沖擊電流最小，合閘后應(yīng)能很快進(jìn)去同步運(yùn)行。為此，并車必須滿足一定的條件。如果需要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同步并車，必須滿足下列三個條件：待并發(fā)電機(jī)的電壓與運(yùn)行發(fā)電機(jī)（或電網(wǎng)）的電壓大小相等。待并發(fā)電機(jī)的頻率與運(yùn)行發(fā)電機(jī)（或電網(wǎng)）的頻率數(shù)值相等。待并發(fā)電機(jī)的初相位（初相角）與運(yùn)行發(fā)電機(jī)（或電網(wǎng)）電壓的相位（初相角）一致。如果完全滿足上述三個條件，則待并發(fā)電機(jī)的電壓相量與電網(wǎng)的電壓相量完全重合，而且同步運(yùn)行。此時并車，沖擊電流為零，是最理想的情況。把電壓相等、頻率相等和相位完全一致稱為理想的并車條件。并車操作就是檢測和調(diào)整待并發(fā)電機(jī)的電壓、頻率和相位,使之在滿足上述三個條件的瞬間通過主開關(guān)的合閘投入電網(wǎng),這樣就可以保證在并車合閘時沒有沖擊電流，并且并聯(lián)后能保持穩(wěn)定的同步運(yùn)行。另外，對于新安裝的發(fā)電機(jī)或檢修后重新安裝的發(fā)電機(jī)，還應(yīng)滿足待并發(fā)電機(jī)與運(yùn)行發(fā)電機(jī)（或電網(wǎng)）的相序一致的要求。通常情況下由于船舶電站在建造時，三相相序已正確接好，各機(jī)組的三相相序已分別通過主開關(guān)與電網(wǎng)的三相相序分別對應(yīng)接好，只要不是人為的錯誤換接，那么船舶發(fā)電機(jī)并聯(lián)時要求相序相同的條件，事實(shí)上已經(jīng)得到滿足。因此，三相同步發(fā)電機(jī)的三相相序一旦接好后，不得改動，無須檢查。1.3.2并車條件的分析按電壓相等、頻率相等和初相位相同的并車條件，分析如果這些條件不滿足的情形及產(chǎn)生的影響：（1）假設(shè)待并發(fā)電機(jī)G2與運(yùn)行發(fā)電機(jī)G1的頻率相等，初相位一致，但電壓大小不等，并設(shè)待并發(fā)電機(jī)電壓大于運(yùn)行發(fā)電機(jī)G1電壓，即f1＝f2，δ1＝δ2，但U2＞U1。X〃1，X〃2分別為并發(fā)電機(jī)與發(fā)電機(jī)的超瞬變電抗，如圖1.1所示。此時，在待并發(fā)電機(jī)G2主開關(guān)QF2的動、靜觸點(diǎn)之間有電壓差ΔU=U2-U1，如果將主開關(guān)QF2合閘，在兩臺發(fā)電機(jī)之間就會產(chǎn)生環(huán)流IPH，并聯(lián)運(yùn)行時的等值電路圖如圖1.1所示，向量圖如1.2所示：圖1.1U2＞U1等值電路圖圖1.2U2＞U1向量圖Fig1.1U2＞U1EquivalentCircuitDiagramFig1.2U2＞U1VectorDiagram發(fā)電機(jī)電樞的電阻極小，可忽略。滯后ΔU90°，為無功性質(zhì)的電流，下面分析可知，這一無功性質(zhì)的電流對兩臺發(fā)電機(jī)將產(chǎn)生均壓的作用。①由圖1.1所示可知，環(huán)流IPH與待并發(fā)電機(jī)G2的輸出電流I2同相。由電樞反應(yīng)的理論可知，發(fā)電機(jī)G2相當(dāng)于增加了一個感性的負(fù)載電流IPH，它產(chǎn)生去磁性質(zhì)的電樞反應(yīng)，使發(fā)電機(jī)G2的端電壓U2的大小較并聯(lián)之前有所減小。②對于運(yùn)行發(fā)電機(jī)G1來說，IPH與發(fā)電機(jī)G1的輸出電流I1反相，即-IPH與I1同相，由圖1.1可知，-IPH超前U190°，相當(dāng)于使發(fā)電機(jī)G1增加了一個容性電流輸出，由電樞反應(yīng)的理論可知，其電樞反應(yīng)的性質(zhì)是増磁效應(yīng)，這使的端電壓的大小較并聯(lián)之前有所增大，最終使兩臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行于同一電壓U，且U1＜U＜U2。綜上所述，當(dāng)頻率相同、初相位一致、電壓不等時，兩臺發(fā)電機(jī)并車將在兩機(jī)組間產(chǎn)生一無功性質(zhì)的環(huán)流，這一環(huán)流對兩臺發(fā)電機(jī)起均壓的作用，固又稱其為平衡電流。但是，由于發(fā)電機(jī)在并車的瞬間呈現(xiàn)的等值電抗很小，又稱超瞬變電抗，因此當(dāng)電壓差較大時進(jìn)行并車操作，在合閘瞬間會產(chǎn)生很大的沖擊電流。它幣穩(wěn)定后的環(huán)流大得多，這是因?yàn)榉€(wěn)定后的環(huán)流基本上由兩臺發(fā)電機(jī)的同步電抗所確定，同步電抗比發(fā)電機(jī)在并車瞬間呈現(xiàn)的等值電抗大得多。過大的沖擊電流對于發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)都是很不利的，因?yàn)椋孩匐姶帕正比于環(huán)流的大小，巨大的電磁力容易損壞匯流排等設(shè)備；②環(huán)流過大引起發(fā)電機(jī)跳閘，造成并車失敗，甚至造成全船失電。（2）假定待并發(fā)電機(jī)與運(yùn)行發(fā)電機(jī)的電壓相等，頻率相等但初相位不一致，并設(shè)待并發(fā)電機(jī)電壓U2的初相位超前運(yùn)行發(fā)電機(jī)電壓U1的初相位，即f1=f2，U2=U1=U，但相位差δ=δ2－δ1>0，相位不一致時的并車向量分析圖，如圖1.2所示，圖1.2δ2>δ1并車向量分析圖Fig1.3δ2>δ1VectorDiagramOfParallel從相量圖可知，盡管兩電壓的大小相等、頻率也相等，但由于初相位一致，仍然會在主開關(guān)QF2的動、靜觸點(diǎn)之間產(chǎn)生電壓差ΔU=U2-U1，其大小可從三角函數(shù)得知:ΔU=2Usinδ/2?？梢?，當(dāng)δ=180°時，則ΔU的大小等于2U,此時電壓差最大；當(dāng)δ=0°時，ΔU的大小等于零。由于電壓差的存在，在兩臺發(fā)電機(jī)之間仍會產(chǎn)生滯后ΔU90°的環(huán)流IPH，但I(xiàn)PH與電壓相量U1和電壓相量U2的夾角不再為90°，而是δ/2,因此這一平衡電流IPH不再是純無功性質(zhì)的電流。對待并發(fā)電機(jī)G2而言，超前相位的發(fā)電機(jī)輸出有功功率有所增加，產(chǎn)生發(fā)電機(jī)作用，其軸上的阻力矩有所增大,使其轉(zhuǎn)速有下降的趨勢。但對運(yùn)行發(fā)電機(jī)G1而言，滯后相位的發(fā)電機(jī)在并車的瞬間從電網(wǎng)吸收有功功率，產(chǎn)生電動機(jī)的作用，即會在其軸上產(chǎn)生加速力矩，使其轉(zhuǎn)速有增加的趨勢?？梢姡胶怆娏鞯挠泄Ψ至渴钩跋辔坏陌l(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生阻力矩,使其轉(zhuǎn)速有下降的趨勢，而滯后相位的發(fā)電機(jī)其軸上產(chǎn)生了加速力矩，使其轉(zhuǎn)速有增加的趨勢,U2和U1的相位差逐漸減小，最終使得并聯(lián)運(yùn)行的兩臺發(fā)電機(jī)達(dá)到相位一致而進(jìn)人同步運(yùn)行，這一過程稱“牽入同步”過程。發(fā)電機(jī)由于相位差或頻差的存在,在并車過程中出現(xiàn)的這種“牽入同步”作用叫做自整步作用，在各自發(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生的力矩稱自整步力矩。兩機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時需對它們的相位差角進(jìn)行限制，一般并車操作時要求相位差δ不大于15°。（3）假定待并機(jī)G2與運(yùn)行機(jī)G1電壓相等，初相位相同,但頻率不相等。即U1=U2,δ1=δ2，f1≠f2時并車，此時并車時的向量圖，如圖1.4所示圖1.4f2>f1并車分析向量圖Fig1.4f2>f1VectorDiagramOfParallel并車時的相量圖假定待并機(jī)f2大于運(yùn)行機(jī)f1。由于電壓相等，初相位一致，在合閘瞬間(t=0時刻),不會出現(xiàn)電壓差，也就沒有環(huán)流。但由于f2＞f1,隨時間后移,待并機(jī)就會超前，使得出現(xiàn)相位差，只要相位差一出現(xiàn)，環(huán)流IPH也會產(chǎn)生，出現(xiàn)整步轉(zhuǎn)矩,使G2減速,G1加速。只要頻率差不大,最終依靠整步轉(zhuǎn)矩都能“牽入同步”。若頻差太大，往往難以拉人同步，同時合閘后環(huán)流也增大,對發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)都不利，應(yīng)避免這種情況的發(fā)生。一般并車操作要求頻差小于0.5Hz,通常以0.25Hz最好。由上述可見，并車操作的三大條件只要有一個不滿足，就會產(chǎn)生沖擊環(huán)流。環(huán)流的無功分量起均壓作用，有功分量起整步作用。只要環(huán)流不大，對并車操作是有利的。若環(huán)流很大，會產(chǎn)生很大沖擊電動力，使系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生變化，對發(fā)電機(jī)和船舶電力系統(tǒng)均不利。

2.船舶電站并車失敗原因的分析發(fā)電機(jī)組并車時，只要按操作要求及步驟進(jìn)行，一般都其原因可能有下列幾方面：2.1電網(wǎng)參數(shù)波動造成并車失敗并車時，若負(fù)載劇烈變動(例如多臺起貨機(jī)正在工作)，引起電網(wǎng)功率(電流)，頻率、電壓大幅度波動，就難以使待并發(fā)電機(jī)電壓、頻率、相位與電網(wǎng)的電壓、頻率、相位一致。因此，當(dāng)并車合閘時，會產(chǎn)生巨大的沖擊電流而使主開關(guān)跳閘。有時由于負(fù)載變化太大，各臺發(fā)電機(jī)無法及時合理分配負(fù)載，而使逆功率繼電器動作，造成并車失敗。因此，應(yīng)當(dāng)避免在負(fù)載劇烈波動時并車，或者并車時斷開劇烈波動的負(fù)載，待并車完畢后再接通負(fù)載。2.2操作不當(dāng)造成并車失敗在粗同步并車中，常誤以為采用并車電抗器就可以隨意并車。實(shí)際上當(dāng)相位差大于90°合閘時，雖有并車電抗器限制電流，但沖擊電流仍可使發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘。因此，采用粗同步法并車時，應(yīng)將待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的頻差限制在0．5Hz之內(nèi)、相位差在90°以內(nèi)。實(shí)際操作時，最好使待并發(fā)電機(jī)的頻率稍高于電網(wǎng)頻率，其電壓相位超前電網(wǎng)電壓相30°之內(nèi)合閘。2.3空載并車電網(wǎng)上原有發(fā)電機(jī)處于空載狀態(tài)時，若再并上一臺發(fā)電機(jī)，它們難以穩(wěn)定工作，電網(wǎng)稍有波動，就會形成逆功率運(yùn)行，引起發(fā)電機(jī)跳閘。另外，從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)來看，也應(yīng)避免兩臺發(fā)電機(jī)空載并聯(lián)運(yùn)行。一般來說，電網(wǎng)上運(yùn)行的發(fā)電機(jī)應(yīng)帶50％以上額定負(fù)載時方可并聯(lián)另一臺發(fā)電機(jī)。2.4并車裝置或均壓線不正常有時可能由于并車裝置有故障或均壓線接錯而使并車失敗。對于新建造或經(jīng)過大修的發(fā)電機(jī)，要重新檢查相序及均壓線的極性是否正確，所有接線端處是否緊固；對于已經(jīng)工作一段時期的電站，則應(yīng)檢查并車裝置，如電抗器、電抗器接觸器、均壓線接觸器、主開關(guān)的主副觸頭的接觸是否良好。經(jīng)過檢查，確認(rèn)完全正常后再進(jìn)行并車。2.5負(fù)載轉(zhuǎn)移不及時對于無自動調(diào)頻調(diào)載裝置的船舶電站，發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)之后，應(yīng)及時轉(zhuǎn)移負(fù)載，否則會因電網(wǎng)波動出現(xiàn)逆功率而跳閘。2.6逆功率跳閘分析2.6.1頻率差造成逆功率如果兩臺機(jī)組的頻率不等，相差較大時，在儀表上（電流表、功率表）顯示出，轉(zhuǎn)速高的機(jī)組電流顯示正值，功率表指示為正功率，反之，電流指示負(fù)值，功率指示負(fù)值。這時調(diào)整其中一臺機(jī)組的轉(zhuǎn)速（頻率），視功率表的指示進(jìn)行調(diào)整，把功率表的指示調(diào)整為零即可。使兩臺機(jī)組的功率指示均為零，這樣兩臺機(jī)組的轉(zhuǎn)速（頻率）基本上一致。但是，這時電流表仍有指示時，這就是電壓差造成的逆功現(xiàn)象了。2.6.2電壓差造成逆功率當(dāng)兩臺機(jī)組的功率表指示均為零時，而電流表仍然有電流指示（即一反一正指示）時，可調(diào)整其中一臺發(fā)電機(jī)組的電壓調(diào)整旋鈕，調(diào)整時，觀察電流表與功率因數(shù)的指示進(jìn)行。將電流表的指示消除（即調(diào)整為零），電流表無指示后，這時視功率因數(shù)表的指示，把功率因數(shù)調(diào)至滯后0.5以上即可，一般可調(diào)整至0.8左右，為最佳狀態(tài)。

3.避免并車失敗的相應(yīng)措施隨著微電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，船舶電站的自動化程度也得到了不斷的發(fā)展，越來越多的船舶電站都配備了微機(jī)控制裝置或者可編程邏輯控制器ProgrammableLogicController（PLC）自動控制系統(tǒng)，這使得自動并車不再作為一個獨(dú)立裝置，而是船舶電站自動控制系統(tǒng)的一個單元或部分?，F(xiàn)代的船舶電站通過配備GeneratorParallelingandProtectionUnit（PPU）、自動調(diào)頻調(diào)載、自動調(diào)壓器等自動并車裝置，實(shí)現(xiàn)了對發(fā)電機(jī)組頻率和電壓以及相位的調(diào)節(jié)，為船舶發(fā)電機(jī)并車的成功提供了保障。但是只通過優(yōu)化自動并車裝置還不足以保證并車的成功性，因?yàn)椴斑\(yùn)行過程中，由于受到設(shè)備啟動時的沖擊、浪涌沖擊、負(fù)荷的變化以及電網(wǎng)諧波的影響，會引起電力負(fù)載與船舶發(fā)電機(jī)組之間的相互影響；為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全操作、能量傳輸損耗最小、能源消耗最少的目標(biāo)，并且由于船舶噸位的增加，船舶電站容量的增大，對大功率電能的需求越來越大。因此，有必要對船舶的發(fā)電系統(tǒng)和電力負(fù)載進(jìn)行綜合控制。把發(fā)電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)綜合成為一個單元，由電源能量系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測、控制、管理。這個電源能量系統(tǒng)就是功率管理系統(tǒng)(PMS)。3.1自動并車的基本功能判斷待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的電壓差、頻率差和相位差，當(dāng)任一條件不符合并車要求時，實(shí)現(xiàn)閉鎖，不允許發(fā)出合閘指令。檢測待并機(jī)與電網(wǎng)的頻率差，并根據(jù)頻差的大小和方向，自動對待并發(fā)電機(jī)組發(fā)出調(diào)頻信號，使頻差縮小，直到滿足頻差條件。當(dāng)電壓差(電壓條件不滿足時，由電壓調(diào)整裝置手動調(diào)整)、頻率差在允許范圍內(nèi)時，自動捕捉相位條件,相位條件滿足后才允許發(fā)出合閘指令。發(fā)出合閘指令要有提前量，提前量為發(fā)電機(jī)主開關(guān)的固有動作時間，以保證合閘瞬間有最小的合閘相位角，使并車沖擊電流最小。3.2船舶自動調(diào)壓器因?yàn)榇吧洗蠖鄶?shù)負(fù)荷都是感性負(fù)載，在負(fù)荷變化時，其負(fù)載電流會對交流同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生去磁作用，電流大小和功率因數(shù)的變化都會引起發(fā)電機(jī)端電壓的變化，這不論對發(fā)電機(jī)本身還是負(fù)載，甚至對整個電力系統(tǒng)都是很不利的。負(fù)荷變化導(dǎo)致電壓偏高或偏低，都會使發(fā)電機(jī)的電流增大，發(fā)電機(jī)發(fā)熱，嚴(yán)重影響了發(fā)電機(jī)的使用壽命，并且當(dāng)電網(wǎng)波動較大，電壓不穩(wěn)定的時候容易造成發(fā)電機(jī)并車失敗，所以必須對船舶發(fā)電機(jī)安裝自動調(diào)壓器來對端電壓進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。我們知道，發(fā)電機(jī)端電壓變化的主要原因是發(fā)電機(jī)電流發(fā)生變化，根據(jù)公式3.1，我們可以看出，發(fā)電機(jī)的電壓大小和發(fā)電機(jī)磁通Φ的大小成正比，所以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)磁通的大小即可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓的大小。3.2.1船舶自動調(diào)壓器的功能在船舶正常航行時，維持發(fā)電機(jī)端電壓在允許的范圍之內(nèi)，從而保障船舶電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。船舶單機(jī)負(fù)荷大，進(jìn)出港或狹窄水域時，為了提高船舶的機(jī)動性，發(fā)電機(jī)需要并聯(lián)運(yùn)行，船舶自動調(diào)壓器可以合理的分配各發(fā)電機(jī)承擔(dān)的無功功率。船舶自動調(diào)壓器具有一定的強(qiáng)行勵磁能力，在發(fā)電機(jī)負(fù)載突然增大或電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，電壓會下降的很大，而船舶自動調(diào)壓器可以在最短的時間內(nèi)，將勵磁電流升高到超過額定狀態(tài)是的最大值，從而使發(fā)電機(jī)電壓迅速恢復(fù)正常，提高了發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性，從短路保護(hù)的選擇性要求看，船舶自動調(diào)壓器保證了保護(hù)裝置動作的準(zhǔn)確性。3.2.2船舶自動調(diào)壓器的分類及基本工作原理開環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)開環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)是按發(fā)電機(jī)負(fù)載電流If的大小和功率因數(shù)進(jìn)行勵磁電流調(diào)整的調(diào)節(jié)裝置,類屬于按擾動控制的相復(fù)勵調(diào)壓裝置,又稱不可控相復(fù)勵調(diào)壓器，開環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)原理如圖3.1所示，圖3.1開環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)Fig3.1Open-LoopVoltageRegulatingSystem被測量是發(fā)電機(jī)負(fù)載電流和功率因數(shù)，經(jīng)船舶自動調(diào)壓器，去調(diào)節(jié)被調(diào)量發(fā)電機(jī)端電壓。因?yàn)楸粶y量和被調(diào)量不同，所以構(gòu)成的是一個開環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從原理上講，它的靜態(tài)特性比較差，靜態(tài)電壓調(diào)整率相對較大，一般在+2.5%左右。發(fā)電機(jī)負(fù)載電流和功率因數(shù)的變化，是發(fā)電機(jī)端電壓變化的重要而且直接的原因。由發(fā)電機(jī)負(fù)載電流和功率因數(shù)的變化而引起發(fā)電機(jī)端電壓的變化和由發(fā)電機(jī)負(fù)載電流和功率因數(shù)的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)端電壓的變化，這幾乎是同時發(fā)生的，相復(fù)勵裝置是前饋調(diào)節(jié)，負(fù)載變化時勵磁電壓變化有超前作用，故可直接啟動與發(fā)電機(jī)容量相接近的異步電動機(jī)。因此，從原理上講，不可控相復(fù)勵調(diào)壓器的動態(tài)特性特別好，而且，不可控相復(fù)勵調(diào)壓器具有較大的強(qiáng)行勵磁能力，強(qiáng)勵倍數(shù)比較大。此外，不可控相復(fù)勵調(diào)壓器還具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。不可控相復(fù)勵調(diào)壓器可分為電流疊加型、磁勢疊加型、帶電壓曲折繞組的磁勢疊加型等幾種形式，這里就不再做一一介紹。（2）閉環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)按負(fù)反饋原理設(shè)計，是按發(fā)電機(jī)輸出實(shí)際電壓與給定值電壓(發(fā)電機(jī)額定電壓)的差值即電壓偏差信號的大小調(diào)整勵磁電流的自動裝置，如圖3.2所示，圖3.2閉環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)Fig.3.2ClosedLoopVoltageRegulatingSystem被測量是發(fā)電機(jī)端電壓，經(jīng)船舶自動調(diào)壓器，去調(diào)節(jié)被調(diào)量發(fā)電機(jī)端電壓。從原理上講，被測量和被調(diào)量都是發(fā)電機(jī)端電壓，構(gòu)成了一個閉環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)。閉環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)一般多采用改變可控硅的導(dǎo)通角，調(diào)整發(fā)電機(jī)的勵磁電流，因此又稱可控硅自勵恒壓系統(tǒng)或可控硅調(diào)壓器。由于該裝置各環(huán)節(jié)一般都采用半導(dǎo)體元件構(gòu)成，因此慣性很小，該勵磁系統(tǒng)具有很好的靜態(tài)特性和比較好的動態(tài)特性，并且具有體積小、重量輕等一系列優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)實(shí)船試驗(yàn),這類勵磁裝置的靜態(tài)電壓調(diào)整率可達(dá)±1%左右，反應(yīng)速度不大于0.01s?？煽毓枳詣詈銐合到y(tǒng)的不足之處是短路時強(qiáng)勵倍數(shù)小，可靠性不高，無線電干擾較大。整個勵磁系統(tǒng)仍屬于滯后調(diào)節(jié)，典型的可控硅自勵恒壓系統(tǒng)如波蘭產(chǎn)TUR型可控硅調(diào)壓器。（3）復(fù)合控制調(diào)壓系統(tǒng)復(fù)合控制調(diào)壓系統(tǒng)又稱可控相復(fù)勵調(diào)壓器，如圖3.3所示，圖3.3復(fù)合控制調(diào)壓系統(tǒng)Fig3.3CompoundControlVoltageRegulatingSystem被測量同時引人發(fā)電機(jī)負(fù)載電流和功率因數(shù)以及電壓偏差信號,既按發(fā)電機(jī)負(fù)載電流和功率因數(shù)的大小，又按電壓偏信號的大小綜合調(diào)整勵磁電流以維持發(fā)電機(jī)輸出電壓恒定。它主要由兩大部分構(gòu)成,相復(fù)勵部分和自動電壓校正器AVR部分，相復(fù)勵部分按負(fù)載電流和功率因數(shù)的擾動控制勵磁，其作用與開環(huán)相復(fù)勵調(diào)壓器的調(diào)壓過程樣。一般情況下相復(fù)勵運(yùn)行在過激狀態(tài)，如果相復(fù)勵部分單獨(dú)工作，會使發(fā)電機(jī)的端電壓高于額定值，高出的電壓偏差則由自動電壓校正器AVR部分來校正。AVR的輸出將改變發(fā)電機(jī)的勵磁電流的分流大小，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整發(fā)電機(jī)的勵磁電流，保證發(fā)電機(jī)端電壓維持額定值的目的?？煽叵鄰?fù)勵調(diào)壓器的主體相復(fù)勵部分負(fù)責(zé)進(jìn)行動態(tài)調(diào)壓，電壓校正器部分負(fù)責(zé)靜態(tài)調(diào)壓。因此，可控相復(fù)勵調(diào)壓器具有上述兩種類型自動調(diào)壓器的優(yōu)點(diǎn)，在原理上可使動、靜態(tài)特性都比較好。目前在船舶上得到廣泛的應(yīng)用，許多無刷發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)多采用這種裝置。典型可控相復(fù)勵調(diào)壓器如日本電產(chǎn)CRB型可控相復(fù)勵調(diào)壓器。3.3柴油機(jī)調(diào)速器通過對船舶電站并車條件的分析介紹，我們知道待并發(fā)電機(jī)的頻率在等于運(yùn)行發(fā)電機(jī)頻率時并車不容易失敗，而發(fā)電機(jī)的頻率可以通過調(diào)整帶動發(fā)電機(jī)的柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制。柴油機(jī)的不同轉(zhuǎn)速是通過改變噴油量來實(shí)現(xiàn)的，改變柴油機(jī)的油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可以將柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在規(guī)定的范圍內(nèi)的裝置就是調(diào)速器。調(diào)速器通過實(shí)際轉(zhuǎn)速值與給定值之間的偏差對原動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，將船舶發(fā)電機(jī)的頻率穩(wěn)定在船舶電力系統(tǒng)要求的頻率內(nèi)，使用調(diào)速器有助于并車的成功。3.3.1調(diào)速器的必要性船舶柴油機(jī)主要用作船舶主機(jī)帶動螺旋槳和作為船舶副機(jī)帶動發(fā)電機(jī)。由于被驅(qū)動負(fù)荷的工作特性不同、運(yùn)轉(zhuǎn)條件不同，因而對調(diào)速的要求也不同。船舶發(fā)電柴油機(jī)要求能在外界負(fù)荷變化時保持恒定的轉(zhuǎn)速，以保證發(fā)電機(jī)的電壓與頻率恒定，即柴油機(jī)應(yīng)按負(fù)荷特性工作。這就要求柴油機(jī)的有效功率能隨外界負(fù)荷(電功率)的變化而變化，并保持平衡。當(dāng)外界用電量增加時，柴油機(jī)的有效功率小于外界負(fù)荷，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降，若不能相應(yīng)增加供油量而提高柴油機(jī)的有效功率，則在轉(zhuǎn)速下降的同時，柴油機(jī)的有效功率相應(yīng)降低，使柴油機(jī)與外界負(fù)荷間的功率更加不平衡。如此相互作用而導(dǎo)致柴油機(jī)自動停車;反之,外界用電量減少時,柴油機(jī)將增速，若不能根據(jù)轉(zhuǎn)速的增加而降低供油量，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速將進(jìn)一步繼續(xù)增高，最后導(dǎo)致發(fā)生飛車。發(fā)電柴油機(jī)自身沒有自動調(diào)速性能，欲使其在外界負(fù)荷變化時仍保持恒速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，必須在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速隨外界負(fù)荷變化時相應(yīng)地調(diào)節(jié)柴油機(jī)的供油量，以使其有效功率與外界負(fù)荷的變化相適應(yīng)，即在發(fā)電柴油機(jī)上必須裝設(shè)調(diào)速器，以保證柴油機(jī)始終能以規(guī)定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。3.3.2調(diào)速器的類型調(diào)速器因原理、結(jié)構(gòu)和用途不同而有不同的類型。按執(zhí)行機(jī)構(gòu)分類，船舶柴油機(jī)所使用的調(diào)器主要有以下類型。(1)機(jī)械式(離心式)調(diào)速器直接利用飛重產(chǎn)生的離心力去移動油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以調(diào)節(jié)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。(2)液壓(間接作用式)調(diào)速器利用飛重產(chǎn)生的離心力控制一個功率放大元件(稱伺服器)，再利用其液壓作用所產(chǎn)生的更大動力去移動油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。(3)電子調(diào)速器信號監(jiān)測或執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電氣方式的調(diào)速器。3.3.3調(diào)速器的調(diào)速特性調(diào)速器的調(diào)速特性是指柴油機(jī)調(diào)速器的自動調(diào)解下，機(jī)組的頻率與柴油機(jī)輸出功率的關(guān)系，可以分為靜態(tài)調(diào)速特性和動態(tài)調(diào)速特性。（1）船舶發(fā)電機(jī)組調(diào)速器的靜態(tài)調(diào)速特性，如圖3.4所示，圖3.4靜態(tài)調(diào)速特性Fig3.4StaticSpeedRegulationCharacteristics從圖3.4中可以看出，曲線1的頻率不受輸出功率的影響，這種被稱作無差調(diào)速特性；曲線2的頻率隨輸出功率的增加而下降，所以調(diào)速器的靜態(tài)調(diào)整特性成為下傾的有差調(diào)速特性，現(xiàn)代船舶為了使發(fā)電機(jī)組能夠穩(wěn)定的并聯(lián)運(yùn)行，船舶發(fā)電機(jī)組調(diào)速器的調(diào)速特性一般采用有差調(diào)速特性。（2）船舶發(fā)電機(jī)組調(diào)速器的動態(tài)調(diào)速特性船舶發(fā)電機(jī)組調(diào)速器的動態(tài)調(diào)速特性是指在有功功率發(fā)生突變時，運(yùn)行發(fā)電機(jī)組能在調(diào)速器的自動調(diào)節(jié)下，快速的恢復(fù)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)的一個過程?，F(xiàn)代船舶的瞬態(tài)頻率變化率一般都不大于額定頻率的10%，并且恢復(fù)時間（從頻率突變到重新恢復(fù)到額定頻率的1%范圍內(nèi)所用的時間）不超過5s，基本上能夠滿足并車操作時對發(fā)電機(jī)組的頻差要求，使用調(diào)速器對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，大大提高了并車的成功率。3.4自動調(diào)頻調(diào)載裝置在船舶同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，其調(diào)速特性為有差特性，在負(fù)荷變化時，雖然有調(diào)速器進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，但電網(wǎng)的頻率仍會不穩(wěn)定，這時就需要調(diào)頻調(diào)載裝置來協(xié)助原動機(jī)的調(diào)速器對電網(wǎng)電壓的頻率和有功功率進(jìn)行調(diào)整。自動調(diào)頻跳載裝置在現(xiàn)代船舶自動化中成為了不可缺少的部分，它與自動并車裝置一起組成了自動并聯(lián)運(yùn)行控制器。3.4.1自動調(diào)頻調(diào)載裝置的功能（1）維持船舶電力系統(tǒng)的頻率在固定的范圍內(nèi)（2）在發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的時候，按照各發(fā)電機(jī)組的容量占比，合理的將有功功率的自動分配。（3）在接到“解列”操作指令的時候，能夠自動的把待解列發(fā)電機(jī)組上的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到運(yùn)行發(fā)電機(jī)組，等到待解列的發(fā)電機(jī)組上的負(fù)荷接近零的時候，再關(guān)閉待解列發(fā)電機(jī)組的主開關(guān)，完成解列操作。3.4.2自動調(diào)頻調(diào)載的方法現(xiàn)代船舶自動化電站中的自動調(diào)頻調(diào)載方法有很多種，主要的方法包括虛有差調(diào)節(jié)法和主調(diào)發(fā)電機(jī)法。（1）虛有差調(diào)節(jié)法虛有差調(diào)節(jié)法是在并聯(lián)運(yùn)行的每一臺發(fā)電機(jī)上，都裝設(shè)按頻差和功率分配差進(jìn)行調(diào)整的控制系統(tǒng)，包括有功功率變換器和調(diào)整器，整套裝置只裝一臺頻率變換器。采用虛有差調(diào)節(jié)法調(diào)頻調(diào)載，每一臺發(fā)電機(jī)所裝設(shè)的調(diào)速器的特性仍是有差的，但調(diào)整的結(jié)果可使電網(wǎng)的頻率恒定，功率均分(或按比例分配)，是無差的，故稱為虛有差調(diào)節(jié)法，此方法目前在船舶電站應(yīng)用最廣泛。（2）主調(diào)發(fā)電機(jī)法主調(diào)發(fā)電機(jī)法是在并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)中選擇一臺作為“主調(diào)發(fā)電機(jī)”,任務(wù)是當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷變化出現(xiàn)頻差時，只改變主調(diào)發(fā)電機(jī)的油門，調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率維持額定值，并承擔(dān)負(fù)荷的變化量。此時，自動調(diào)頻調(diào)載裝置只作為主調(diào)發(fā)電機(jī)的調(diào)頻器，它只需檢測電網(wǎng)的頻率差，并將相應(yīng)的信號送至主調(diào)發(fā)電機(jī)的調(diào)整器，平移主調(diào)發(fā)電機(jī)的調(diào)速特性來實(shí)現(xiàn)自動調(diào)頻。其余的機(jī)組總是保持運(yùn)行在接近額定負(fù)荷，稱為基載發(fā)電機(jī)。所有基載發(fā)電機(jī)只在有差特性的調(diào)速器控制下運(yùn)行，且調(diào)速特性的工作點(diǎn)經(jīng)一次整定于額定頻率，達(dá)到接近額定負(fù)荷后，就不再受調(diào)速器的控制。3.5發(fā)電機(jī)并車及保護(hù)核心控制器PPU3.5.1PPU簡介GeneratorParallelingandProtectionUnit（PPU）即發(fā)電機(jī)并車及保護(hù)核心控制器，PPU控制器采用了模塊化的設(shè)計思想，使用標(biāo)準(zhǔn)配置電路板通過串行通訊的方式來實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行及保護(hù)功能，目前在船舶自動化電站中得到了廣泛地應(yīng)用。PPU控制器和PLC相互配合使用，可以實(shí)現(xiàn)對船舶電站的自動控制。它采用模塊化的設(shè)計思想，使每個模塊不但能完成各自不同的功能，而且可以通過串行通信接口與其他的控制器交換數(shù)據(jù)，簡化了輪機(jī)操作員的工作量，提高了船舶電站工作的效率。3.5.2PPU的主要功能（1）自動同步并車功能自動同步并車功能是PPU控制器的主要功能之一。PPU控制器可以自動進(jìn)行頻率、電壓調(diào)節(jié)，并可通過軟件程序進(jìn)行編程，設(shè)定模擬主開關(guān)固有動作的時間，使得待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)同步時刻準(zhǔn)確合間，實(shí)現(xiàn)自動控制船舶發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同步并車操作。（2）功率和頻率控制功能PPU控制器可以按照四種模式控制發(fā)電機(jī)的功率和頻率，模式的選擇可通過二進(jìn)制數(shù)字輸入，也可通過串行通信選擇，從而實(shí)現(xiàn)在各種不同的應(yīng)用環(huán)境下對發(fā)電機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?。具體可分為:模式一：恒頻率模式，即控制發(fā)電機(jī)的頻率保持恒定(適用于單機(jī)運(yùn)行)；模式二：恒功率模式，即控制發(fā)電機(jī)的負(fù)載保持恒定(適用于發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行)；模式三:頻率下傾模式，即控制發(fā)電機(jī)負(fù)載變化時頻率的變化值，以保證負(fù)載變化時頻率的基本恒定；模式四：負(fù)載分配模式(適用于發(fā)電機(jī)之間并聯(lián)或解列運(yùn)行時進(jìn)行負(fù)載分配和轉(zhuǎn)移)，這也是一般船舶電站的控制模式。(3)保護(hù)及顯示功能PPU控制器具有標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)電機(jī)保護(hù)功能，如過流保護(hù)、逆功率保護(hù)等，這些標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)功能均可設(shè)置成反時限特性，并可通過對相應(yīng)的繼電器輸出進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)報警或斷開主開關(guān)等功能。此外，還可通過上位機(jī)軟件選擇發(fā)電機(jī)及匯流排進(jìn)行過壓、欠壓、過頻、欠頻等其他保護(hù)功能。PPU控制器可以通過串行通信將檢測到的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)送至LCD液晶顯示屏，使得在操作的過程中可實(shí)時獲取和監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。3.6船舶電力管理系統(tǒng)3.6.1船舶電力管理系統(tǒng)的構(gòu)成PMS功率管理系統(tǒng)是一個包含網(wǎng)絡(luò)通信、控制調(diào)節(jié)、信息處理等先進(jìn)技術(shù)的集控制、監(jiān)測、保護(hù)于一體的綜合管理系統(tǒng)。船舶電力系統(tǒng)各部件的控制器通過電線或現(xiàn)場總線連接，為實(shí)現(xiàn)全船控制功能提供了硬件條件。功率管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為二層冗余計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系。其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成如圖3.5所示。上層為雙冗余以太網(wǎng)絡(luò)，下層為CAN現(xiàn)場總線雙冗余網(wǎng)，將中央控制中心互連，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電自動化、監(jiān)測報警、輸配電監(jiān)控保護(hù)、主要用電設(shè)備監(jiān)控管理等功能。它主要由發(fā)電管理系統(tǒng)、負(fù)載管理系統(tǒng)、配電管理系統(tǒng)組成。如圖3.6所示：發(fā)電管理系統(tǒng)：機(jī)組并網(wǎng)后，電網(wǎng)中的所有發(fā)電機(jī)組都將參與頻率、電壓、有功功率和無功功率的自動調(diào)控，發(fā)電機(jī)組的啟停取決于負(fù)荷。負(fù)載管理系統(tǒng)：PMS系統(tǒng)可以監(jiān)測負(fù)載功率的波動及可用功率的大中央控制中心中央控制中心網(wǎng)關(guān)配電監(jiān)控模塊設(shè)備監(jiān)控模塊保護(hù)模塊網(wǎng)關(guān)機(jī)組控制模塊分區(qū)管理站中央控制中心中央控制中心網(wǎng)關(guān)配電監(jiān)控模塊設(shè)備監(jiān)控模塊保護(hù)模塊網(wǎng)關(guān)機(jī)組控制模塊分區(qū)管理站測量模塊網(wǎng)關(guān)分區(qū)管理站機(jī)組控制模塊測量模塊網(wǎng)關(guān)配電監(jiān)控模塊設(shè)備監(jiān)控模塊保護(hù)模塊Fig.3.5CompositionofPMSNetworkforelectricpropulsionships發(fā)電管理系統(tǒng)柴油機(jī)速度控制發(fā)電機(jī)電壓控制報警與處理發(fā)電管理系統(tǒng)柴油機(jī)速度控制發(fā)電機(jī)電壓控制報警與處理失電恢復(fù)功率管理系統(tǒng)全船電能管理負(fù)載管理系統(tǒng)推進(jìn)及定位控制實(shí)時功率需求分析負(fù)載限制及快速減載配電管理系統(tǒng)母線分段管理變壓管理負(fù)載預(yù)測圖3.6PMS結(jié)構(gòu)框圖Fig.3.6StructureblockdiagramofPMS（3）發(fā)電管理系統(tǒng)：機(jī)組并網(wǎng)后，電網(wǎng)中的所有發(fā)電機(jī)組都將參與頻率、電壓、有功功率和無功功率的自動調(diào)控，發(fā)電機(jī)組的啟停取決于負(fù)荷。3.6.2船舶電力管理系統(tǒng)的功能考慮到燃油的消耗、運(yùn)動部件的磨損和機(jī)械設(shè)備的修理等問題，柴油機(jī)的最佳工作條件通常設(shè)定在其最大連續(xù)輸出功率的85%，柴油機(jī)應(yīng)能滿足在大負(fù)荷條件下運(yùn)行。通過控制接入電網(wǎng)的柴油發(fā)電機(jī)組數(shù)量，從而滿足電力負(fù)載的功率需求，使柴油發(fā)電機(jī)組具有更好的運(yùn)行性能和經(jīng)濟(jì)性能。然而當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)帶大負(fù)載運(yùn)行時，系統(tǒng)發(fā)生故障的機(jī)率會增大，此時更容易發(fā)生發(fā)電機(jī)組過載問題。因此能量管理系統(tǒng)必須具備故障保護(hù)功能，能夠提供足夠的功率儲備，防止突然的電力供應(yīng)中斷，保證船舶正常航行。總之能量管理系統(tǒng)應(yīng)該具備以下功能，其功能如圖3.7所示。PMSPMS功率管理系統(tǒng)能量優(yōu)化分配和管理發(fā)電自動化系統(tǒng)監(jiān)測報警用電設(shè)備監(jiān)控管理輸配電監(jiān)控保護(hù)圖3.7PMS系統(tǒng)功能框圖Fig.3.7FunctionalBlockDiagramOfPMS電網(wǎng)失電監(jiān)測與恢復(fù)：電力中斷是電力推進(jìn)船舶最嚴(yán)重的故障，為保證船舶正常運(yùn)行，PMS系統(tǒng)應(yīng)有失電恢復(fù)功能，控制發(fā)電機(jī)組順序啟動。功率儲備：PMS系統(tǒng)是根據(jù)負(fù)載變化和電網(wǎng)功率儲備來完成啟動停車功能的，控制發(fā)電機(jī)組按照預(yù)設(shè)的方案啟動停車。實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，確保向?qū)嶋H負(fù)載不間斷供電。功率限制功能：為了防止大功率負(fù)載設(shè)備運(yùn)行時造成船舶發(fā)電組過載，有必要在船舶電力系統(tǒng)中設(shè)置功率限制功能。如果負(fù)載增加并達(dá)到電力系統(tǒng)的上限，應(yīng)對相應(yīng)的電力負(fù)載進(jìn)行功率限制。優(yōu)先脫扣：當(dāng)船舶發(fā)電系統(tǒng)電能迅速喪失(例如發(fā)電機(jī)脫扣)時，僅設(shè)置失電自啟動功能達(dá)不到斷電保護(hù)的要求。需要卸載保護(hù)功能完成更深層次的斷電保護(hù)。當(dāng)可用功率低于預(yù)設(shè)值時，次要負(fù)載優(yōu)先斷開。當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障或突然跳閘時，可用功率會迅速降低，需要對推進(jìn)系統(tǒng)的功率進(jìn)行限制。如果可用功率繼續(xù)下降并達(dá)到預(yù)設(shè)下限時，次要負(fù)載將被卸載，只保留保證船舶正常運(yùn)行的電力負(fù)載，以防止電力供應(yīng)中斷。重載啟動詢問功能：大功率負(fù)載直接啟動時（如推進(jìn)電機(jī)），由于啟動電流很大，會引起電網(wǎng)電壓突降、瞬時過載等問題，這就需要對重載設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、查詢。當(dāng)滿足所需電源條件后立即啟動。如果不滿足電源條件，控制備用發(fā)電機(jī)組入網(wǎng)，并在電源條件滿足后再次啟動。

4.并車失敗后的應(yīng)急處理根據(jù)上述并車失敗原因分析可知，造成并車失敗的原因有很多種，不論是什么原因造成的并車失敗，為了船舶電力系統(tǒng)供電的連續(xù)性，都必需要采取并車失敗后的應(yīng)急處理，目的就是為了在最短時間內(nèi)向電力系統(tǒng)的恢復(fù)供電。4.1船舶發(fā)電機(jī)過載引起的并車失敗并聯(lián)運(yùn)行時，其中一臺發(fā)電機(jī)因機(jī)電故障保護(hù)而立即跳閘，而運(yùn)行機(jī)組的自動分級卸載裝置失靈，這時電網(wǎng)上的所有負(fù)荷完全由運(yùn)行機(jī)組供電，導(dǎo)致運(yùn)行機(jī)組發(fā)生過載保護(hù)而跳閘。這種情況下引起的發(fā)電機(jī)過載，應(yīng)先進(jìn)行應(yīng)答報警（消聲、消閃），立即將運(yùn)行機(jī)組合閘供電，并優(yōu)先啟動為主機(jī)服務(wù)的重要負(fù)荷，當(dāng)發(fā)電機(jī)帶上一定負(fù)荷后，再啟動另一臺備用機(jī)組進(jìn)行并車操作，并車均功后，之后再啟動大負(fù)荷，并調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率，然后檢修故障機(jī)組，使其投入備用。4.2船舶發(fā)電機(jī)逆功率引起的并車失敗在手動并車操作時，如果輪機(jī)操作員在并車時未能夠完全根據(jù)手動并車操作流程進(jìn)行并車操作，容易造成逆功率引起并車失敗，具體情況如下：（1）在并車操作時，待并發(fā)電機(jī)組的電壓頻率小于運(yùn)行發(fā)電機(jī)組的電壓頻率；（2）并車后負(fù)荷功率轉(zhuǎn)移操作調(diào)節(jié)方向反了；（3）解列操作時，將待解列發(fā)電機(jī)組的功率轉(zhuǎn)移過零；（4）兩臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時，其中一臺柴油機(jī)調(diào)速器損壞或供油不足。上述前四種失敗原因是由于并車操作不當(dāng)引起的逆功率跳閘，應(yīng)先進(jìn)行應(yīng)答報警，然后復(fù)位逆功率繼電器和過流繼電器，觀察機(jī)組的電壓和頻率，如果兩者都正常，即可將其中的任意一臺運(yùn)行機(jī)組的主開關(guān)合閘供電，之后按功率大小及重要性逐級啟動各類負(fù)荷，當(dāng)在網(wǎng)發(fā)電機(jī)組帶上一定的負(fù)荷之后，再將另一臺機(jī)組按并車條件正確地進(jìn)行并車操作，并車均功之后將剩余負(fù)荷啟動運(yùn)行。4.3船舶發(fā)電機(jī)外部短路故障造成的并車失敗對于常規(guī)電站，當(dāng)發(fā)電機(jī)外部短路時，會造成發(fā)電機(jī)組主開關(guān)跳閘，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行失敗時，首先要檢查主配電板匯流排是否短路，排除短路故障后或確認(rèn)主配電板沒有發(fā)生短路故障時，即可合閘供電，再按功率大小及重要性逐級啟動負(fù)荷，投入運(yùn)行。4.4自動化船舶電站并車失敗的應(yīng)急處理當(dāng)除了因短路保護(hù)導(dǎo)致主開關(guān)跳閘斷電外，對于其他各種機(jī)電故障導(dǎo)致發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘，自動電力管系統(tǒng)均能自動處理，不需要值班論及人員的干涉，值班輪機(jī)人員僅需按照報警指示故障進(jìn)行相應(yīng)的檢查、排除故障即可。如果電網(wǎng)突然失電，除報警聲外所有設(shè)備均停止工作。此時，值班人員切忌啟動發(fā)電機(jī)組、合閘供電，首先查看報警指示。報警指示為發(fā)電機(jī)短路，則控制模式會自動切換到自動功能閉鎖狀態(tài)。應(yīng)答報警后，到主配電板排除短路故障后或確認(rèn)主配電板沒有發(fā)生短路故障時，才可以按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)恢復(fù)至自動狀態(tài)，同時解除阻塞，此時自動并車裝置會自動啟動發(fā)電機(jī)組，重新向電網(wǎng)供電。

結(jié)論現(xiàn)代船舶多向著大噸位、自動化以及強(qiáng)動力的方向發(fā)展，為了保障供電的可靠性和連續(xù)性，船舶電站通過并聯(lián)操作的方式不僅能夠?qū)崿F(xiàn)最佳供電還能在維護(hù)、檢修發(fā)電機(jī)組時實(shí)現(xiàn)不間斷供電，在保證船舶供電中十分重要。船舶電站并車操作需要在電壓相等、頻率相等和初相位相同的并車條件下才能進(jìn)行合閘操作。通過對這三個要求的分析，在任意一個條件不滿足時都會造成并車失敗，但是由于機(jī)械誤差、人為因素的干擾不能做到并車條件的完全一致，所以在一定的范圍內(nèi)是可以進(jìn)行并車操作的。通過對并車失敗原因的分析得知，應(yīng)當(dāng)盡量避免在電網(wǎng)參數(shù)波動大或發(fā)電機(jī)組空載運(yùn)行時進(jìn)行并車操作，在并車后要及時轉(zhuǎn)移負(fù)載注意均功，在解列時切忌將待解列機(jī)組功率過零。為了避免并車失敗，現(xiàn)代船舶電站中多采用自動調(diào)頻調(diào)載和自動并車裝置一起控制并車方式。在自動并車裝置中自動調(diào)壓器負(fù)責(zé)對發(fā)電機(jī)電壓進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)和無功功率的分配；使用調(diào)速器和自動調(diào)頻調(diào)載裝置共同控制發(fā)電機(jī)頻率調(diào)節(jié)和有功功率的自動轉(zhuǎn)移；通過PPU對并車進(jìn)行自動控制和保護(hù)，使用船舶電力管理系統(tǒng)PowerManagementSystem（PMS）對電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和發(fā)電機(jī)組的分配使用。在并車失敗后，要根據(jù)報警顯示或失敗的現(xiàn)象，首先要找出導(dǎo)致并車失敗