摘要：船舶电站运行工况复杂，采用轴带发电机，技能保证安全性，同时节能性也比较突出。当轴带、辅助发电机并网运行，有效协调馈电主开关，持续为船舶电站供电。本篇文章基于此，探讨轴带发电机的船舶电站协调控制，以某船作为研究对象，观察其运行工况和机组特性，由此提出船舶电站的协调控制策略。希望本文的研究能够为读者提供有益参考。
关键词：船舶电站；发电机；轴带；协调控制
前言：船舶电站在整个发电系统中，发挥为主发电机提供电源的作用，采取数台电机并联运行的模式。与陆地电站相比，无论是它的单机还是总装机容量，都更小。但是船舶电站运行工况较为复杂，因此需要通过一定的设置，实现协调控制。轴带发电机，船舶主发电机的主要供电装置，利用主机赋予功率，均衡船舶电站的功率。因此安装轴带发电机的船舶电站，将其作为优先供电的发电机，所以辅机可以减少开启频率，有效降低机舱噪音和温度，经济性、节能性效果突出。
1轴带发电机基本运行原理
船舶采用有限电网的电力系统，船舶负载变化会影响其电网的电压和频率。发电机的输入受到功率、转速的影响，呈现的主机螺旋桨工况也不一样。为了实现轴带发电机与柴油发电机并联运行，前者需要在运行过程中动态调整自身电网的电压和频率，从而实现有功、无功功率调节。
为了有效调节发电机运行的电压波动，采用自动稳压器根据端电压的变化，调节励磁电流，保持电压稳定输出。关于交流发电机的稳频问题，可以采用恒频齿轮箱（液压控制）或电磁滑差离合器（电气控制）的装置，在主机转速为75%~100%转速之间保持全功率稳定输出，与其他辅机并网运行[1]。
2协调控制策略
2.1运行工况策略
某一捕鱼用船，其船舶电站系统结构为双跨接线干馈式配电网络结构，为了避免其结构环流增大短路电流，将跨接线设置联锁装置，从而防止同时闭合的问题。电站系统配备的发电机组有2台，功率为1200KW；柴油发电机、交流发电机组各1台，功率为1230KW，这两台作为辅机；应急发电机组，则配备1台，功率为400KW；船舶电站系统的电压等级为400V，频率为50Hz。
运行工况根据使用场景，分为海上航行、进出港、停泊、作业、应急航行工况五种。在运行时间最久的作业工况，电站系统采用分区供电的模式，各一台轴带发电机组供应液压站和其他负荷；或是轴带发电机工液压站负荷，其他负荷则由功率为1230KW的柴油发电机供应；若是作业有较大工况的需要，还可采用两台柴油发电机组，供应船舶作业工况的负荷。
2台发电机组的并行模式，可以是2台轴带发电机组，或是1台轴带发电机与柴油发电机组。需要特别注意的是，2台轴带发电机组同时运行的模式只能满足短时负载转移的需要，不建议此模式长时运行。同时2台柴油发电机组同时运行，也会在发生故障时因为负载自动断开。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆海上航行工况下，轴带、柴油发电机组各1台的供电模式，或是2台轴带发电机组的方式进行供电，实现运行工况负载转移。
当船舶进入进出港工况时，通常只需要1台轴带或柴油发电机组对船舶供电即可，当船舶进入停泊工况后，由1台柴油发电机组的供电。
2.2船舶电站系统协调控制
利用电站系统的电压和频率变化，实现对船舶发电机组的有功、无功功率进行调节和控制。当轴带发电机与辅机并网运行时，以电压调节器（AVR）、频率调节器（AFR）、频率特性函数发生器（FG），以此对系统中的频率、功率、电压和电流进行检测。控制柴油发电机组与电网连接，以变频器检测柴油发电机组并网断路器和电网状态，以此检测状态来决定是以并网还是独立运行的模式[2]。
为了确保轴带发电机组保持稳定的输出电压，利用逆变器输出电压闭环控制器进行调节，通过这样的设置使得经由电压调节器输出的PWM无功功率给定。为保持轴带、柴油发电机组并网运行的稳定，通过AFR的输入增加FG，从而让轴带发电机组实现有差频率特性。两种机组并网运行的模式，能够平均分配发电机组的功率，保持连续的运行稳定。
以轴带发电机为主的控制系统，PWM整流器、逆变器的解耦控制保持一致，两者的差异体现在无功功率给定，与因数为1的轴带同步发电机输出功率相比，前者因数给定为0。在此控制系统中，以AVR设定有功功率给定值，直接控制逆变器直流侧电压。
2.3不同船舶运行工况下的馈电开关闭合
为了实现发电机组馈电主开关联锁控制，将轴带发电机1、2（SG1、SG2）作为主开关。以BTH1作为发电机的联络开关，BTH2和BTH3分别作为网机1、网机2的主开关。DG1和DG2分别作为柴油发电机1、发电机2的主开关。
在海上航行工况，SG1、BTH2、BTH3、DG2保持着开启的状态，以BTH2、BTH3形成联锁控制，运行过程中应避免同时合闸操作。发电机组并车运行，增大了主机负荷，在此情况下会加重频率不稳定的情况，继而影响船舶电站的运行稳定和安全[3]。
进出港工况下，SG1、SG2同时开启，BTH和DG的开合状态与前一种运行工况一样，同样开启应急发电机主开关。作业工况下，SG1和BTH2不允许同时合闸，从而让轴带发电机向网机以及其他设备提供负荷，满足此工况的运行需求。若是SG1和BTH2同时合闸，容易引起轴带发电机故障，继而影响船舶的负荷供电。
结论：综合上述，为了保证轴带发电机在船舶电站运行稳定和安全，要确保馈电主开关开合的合理性，避免轴带发电机的主开关、联络开关、网机和柴油发电机主开关，出现矛盾的合闸操作，以此让发电系统保持稳定的电压和频率，从而满足船舶各运行工况的功率分配要求，促进船舶电站协调控制。
参考文献：
[1]钱琨,马红军.船舶轴带发电机系统海试程序解析[J].船舶设计通讯,2017(02):87-91.
[2]李寒晖.轴带发电机搭配稳频稳压电源在绿色船舶产业中的前景[J].南方农机,2017,48(22):44.
[3]付文秀,杨帆,高玮.含轴带发电机的船舶电站协调控制[J].船舶工程,2016,38(02):69-73.
论文作者:唐文峰,沈思蒙
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/14
标签：发电机论文; 船舶论文; 工况论文; 电站论文; 机组论文; 功率论文; 电压论文; 《防护工程》2018年第30期论文;