船舶电站数字式并车方法研究
基于S7_1200PLC的船舶电站并车装置的设计与实现
Abstract: The automatic parallel operation set is designed by taking account of the technical requirements and characteristics of automatic parallel operation for marine power station. On the basis of mainly discussing the principle of parallel signal testing, a new S7-1200 PLCof Siemens is chosen as the core controller, and the design of relevant software programming and hardware circuit based on the platform of marine power station physical simulation system is accomplished. Through experimental validation, the set fully realizes the function of automatic parallel operation for marine power station with high reliability and high successful rate. Keywords: marine power station; automatic parallel operation; signal testing; S7-1200 PLC; constant lead time
Vol.34 No.11 2014.11 恒定超前时间，其最高的计数频率为 30 kHz 。 HSC6 的组态和配置如图 5 所示。
船舶同步发电机的并联运行
同步发电机自动并车装置的基本原理 Basic principles
自动准同步并车原理 频率预调
自动并车装置需要有一个频差符号自动检 测和调速控制电路来取代上述手动操作， 称为频率预调
同步发电机自动并车装置的基本原理 Basic principles
自动准同步并车原理
自动并车 装置分为
✓ 频率预调 ✓ 合闸控制
同步发电机自动并车装置的基本原理 Basic principles
自动准同步并车原理
同步发电机自动并车装置的基本原理 Basic principles
自动准同步并车原理 频差脉动电压与相位检测原理
同步发电机自动并车装置的基本原理 Basic principles
U = U2 – U1
并车的条件及分析 Conditions and analysis of parallel operation
两台发电机并联运行
频率和初相位相同，电压有效值不相同
• 环流IPH滞后U2对G2去磁效应 • 环流IPH超前U1对G1增磁效应
两机并联运行于同一电压
并车的条件及分析 Conditions and analysis of parallel operation
自动准同步并车原理 频率预调
检测频差方向 移相法
当待并机频率低于电网频率（即f <0）
U S 到达最大值时间较 U S 提前
利用两个鉴幅器即可检测出频差方向
U S UW U S
UW
Uf
频率高
UW U S
UW US
频率低
同步发电机自动并车装置的基本原理 Basic principles
实验三 船舶电站模拟器发电机并车及调整
实验三船舶电站模拟器发电机并车及调整一、实验目的熟悉发电机组单机手动起动运行以及主开关合闸供电操作熟悉发电机组手动并车与解列操作熟悉发电机组自动起动运行、主开关合闸供电操作和自动卸载、分闸和停机操作。
二、实验仪器山东交通学院船舶电站模拟器系统三、实验原理同步发电机理想并车条件应为同步发电机与待并电网（1）相序应一致（2）频率应与电网相同E 应与电网电压U 大小相等，相位相同（3）发电机的激磁电动势在此情况下，待并机组与电网间不会产生冲击电流，这是准整步的理想情况在实际并车条件下，由于理想并车条件不能完全满足，因此应根据手动准同步并车的步骤，根据同步表的显示及发电机调速按钮，控制同步发电机的并车。
四、实验步骤起停机实验1．1#机组先运行，合闸并加上80%负载，并保持COSφ为0.8；检查汇流排的电压、频率是否为额定值（440V、60H Z）以及作出相应调节；2．在2号发电机组的控制屏上起动发电机组。
3．将2号发电机组电压频率调整至440V、60H Z左右。
4．把并车屏上并车选择开关扳至待并发电机上，同时观察同步表指示器S的转向；5．调节待并发电机的频率，使同步表按顺时针转且以3～5秒转一圈时，当转到11点钟时按下待并机合闸按钮，机组合闸并列运行。
6．并车成功后，把并车屏上并车选择开关扳至OFF位置；7．调节2号发电机组（待并机组）调速开关使其往增速方向转动，同时1号发电机组调速开关往减速方向转动，这样将1号发电机组一部分功率转移到2号发电机组（这种调节方法只转移功率而频率能保持不变），最后使两机组功率按额定容量比例分配（各机组所分配的功率比例=该机组额定功率/并联机组额定功率总和）。
8．如果要解列1号发电机组，则将1号发电机组调速开关使其往减速方向转动，同时将2号发电机组调速开关使其往增速方向转动，这样将1号发电机组大部分功率转移到2号发电机组，当1号发电机组功率减小到10%的额定功率时，就可以将1号发电机组分闸。
基于PLC的船舶电站自动并车系统的设计
基于PLC的船舶电站自动并车系统的设计船舶电站自动并车系统是一种基于PLC（可编程逻辑控制器）的自动化系统，用于实现船舶电站的并车操作。
本文将介绍船舶电站自动并车系统的设计原理和实施方案。
一、设计原理船舶电站自动并车系统的设计原理是通过PLC控制器控制各种电气设备的运行，实现船舶电站的并车操作。
主要包括以下几个步骤：1.传感器检测：通过传感器检测船舶电站的各种参数，如电源输入电压、电流、频率等。
同时，也可以检测到电站的开关状态、发电机的运行状态等。
2.PLC控制：PLC控制器根据传感器检测到的参数，判断电站的工作状态，并根据需求控制各种电气设备的运行。
例如，当电源输入电压低于设定值时，PLC可以控制启动备用发电机。
3.并车流程：当电源输入电压、频率稳定且达到设定值时，PLC控制器可以启动各个发电机，并逐步将电负荷分配到各个发电机上，实现电站的并车操作。
在并车过程中，PLC可以根据实时的电流和电压信息进行调整，以保证电站的运行稳定。
4.报警和保护：在并车操作中，如果电站中一些电气设备出现故障或者工作异常，PLC可以及时发出警报，并执行相关的保护措施，以避免事故的发生。
二、实施方案船舶电站自动并车系统的实施方案主要包括以下几个方面：1.硬件设计：选择适合船舶环境的PLC控制器、传感器、开关等硬件设备，并进行合理的布置和连接。
同时，也需要根据电站的具体情况设计相应的电气回路，确保系统的安全可靠。
2.软件设计：根据并车系统的需求，编写PLC控制程序，实现各个电气设备的自动控制和并车流程的自动化。
在软件设计中，需要考虑到系统的鲁棒性、实时性和扩展性等方面，以确保系统的稳定运行。
3.测试和调试：在实际使用前，对船舶电站自动并车系统进行全面的测试和调试。
通过仿真和实际操作的方式，验证系统的功能和性能，并进行必要的优化和调整。
4.运行和维护：一旦系统正式投入使用，需要定期进行系统的运行和维护。
包括定期检查传感器的工作状态、PLC控制器的程序运行情况等，以确保系统的可靠性和稳定性。
第三章船船同步发电机的并联运行
第三章船船同步发电机的并联运行学习目标知识目标1．能正确叙述和理解船舶同步发电机的并联运行条件；2．能正确理解和掌握船舶同步发电机的并联运行方法；3．能简单叙述同步发电机的无功功率的调整的基本原理；4．能正确理解和掌握同步发电机的频率及有功功率的自动调整原理及工作特点。
能力目标1．会进行船舶同步发电机的手动和自动并车；2．会进行船舶同步发电机的同步调整；3．会进行船舶同步发电机的功率、频率调整。
第一节同步发电机并联运行的条件一、概述两台以上的发电机同时工作，通过共同的公共母线供电给全船的电力负荷称为并联运行。
(一)并联运行的优点因为并联运行有如下两个优点，所以船舶电站的发电机都采用并联运行的方式。
1．船舶电力负荷随船舶工况的变动而经常变动，例如航行工况与停泊无装卸工况的负荷差别很大，我们知道，对发电机来说，一般都设计成在接近满负荷使用时具有最高的效率，因此，船舶电站总是设计成两台以上的发电机组成，在小负荷时，适宜于单机运行，而负荷大时，则采用两台或两台以上发电机并联运行，这样能保证在各种不同工况下，运行中的发电机都能在高效率下工作。
2．为了保证供电的可靠性和连续性，船舶电站总设置有备用发电机组，当要检修运行中的发电机组时，先将备用机组起动并与电网并联后，再转移负载，将所检修的运行机组的负载转移在备用机组上后，再从电网解列，这样可以保证不停电的检修运行中的发电机组。
(二)同步发电机并联运行的条件为了使并联运行的交流同步发电机保持稳定地工作，每台并联运行的发电机必须满足如下的电气方面的条件:1．各发电机电压的相序应该一致。
2．各发电机的电压大小(有效值)应该相等。
3．各发电机电压的相位应该一致。
4．各发电机电压的频率应该一致。
由于船舶电站在建造时，三相相序已正确接好，各机组的三相相序已分别通过主开关与电网或汇流排的三相相序分别对应接好，只要不是人为的错误换接，那么船舶发电机并联时要求相序相同的条件，事实上已经得到满足，因此三相发电机的三相电流相序一旦接好后，不得改动。
浅谈船舶同步发电机的并联运行
一船舶同步发电机地并联运行地目地、意义现代船舶大多采用交流电站，随着船舶吨位、电气化、自动化程度地提高，电站容量也日益增加.为了满足船舶供电地可靠性和经济型，一般地船舶电站均配置了两台以上地同步发电机组作为主电源，并且这两台以上地发电机可以通过公用母线向全船负荷供电，这就是通常所说地发电机并联运行.文档收集自网络，仅用于个人学习为什么要采用并联运行地方式呢？这是一位船舶发电机在设计时，就考虑到发电机在额定负载下运行就有最高地效率.而船舶工况变化较大，因而用电量地变化也很大，例如船舶在停泊和装卸货两种不同地工况时，用电量可能相差倍甚至更多，采用两台以上较小容量地发电机可以根据负荷地大小改变运行地方式，使发电机经常处于最佳地运行状态.如果电站只采用一台大容量地发电机，使它满足最大负荷地需要，那么在小负载时，发电机降处于轻载而是效率大为降低，并且选择备用机组容量时也必须考虑和这台大容量地发电机容量相同，从而使投资费用和运行费用都会增加；另外，为了维护检修地方便，也需要采用并联运行地方式，要检修运行中地发电机组而不允许电站停电时，就必须先将备用机组投入并联运行，然后再从电网上切除欲检修地机组.文档收集自网络，仅用于个人学习在自动化要求较高地船舶中，还需设置自动并车地装置，使已经运行地发电机自动投入并联运行，以便提高船舶供电地可靠性.文档收集自网络，仅用于个人学习二发电机并联运行地特点船舶同步发电机地并联运行多位两台或多台同容量地发电机并联.以两台为例分析同容量发电机并联运行地一些特点.文档收集自网络，仅用于个人学习:两台发电机地有功功率和无功功率总是等于负载地有功功率和无功功率，即：由于发电机以及船舶电网地容量都不大，当有大容量地用电设备投入船舶电网或从电网中被切除时，会直接引起并联机组地有功功率和无功功率同时变化，同时也会引起电网电压和频率地变化.文档收集自网络，仅用于个人学习：当电网地用电负荷保持不变时，若单独增加一台发电机地输入机械功率，可使该发电机输出地有功功率增加；与此同时，将会引起另一台并联机组输出地有功率自动减少.此外，由于输入地机械功率地增加使转速升高，而另一台机组因输出地有功功率减少也使转速上升，结果将使电网地频率有所升高.如果单独减少一台机组输入地机械功率,则变化与上述相反.只有同时向相反方向调节两并联机组输入地机械功率时，才能保持电网地频率不变.文档收集自网络，仅用于个人学习：单独增加一台发电机地励磁电流时，该发电机输出地无功功率增加，而另一台发电机输出地无功功率将自动减少.此外，增加励磁电流使空载电动势增大，而另一台发电机输出地无功功率地减少使其去磁效应减少两者都使电网地电压有所上升.单独减少一台发电机地励磁电流，则变化与上述相反.只有同时反方向调节两台发电机地励磁电流，才能保持电网地电压不变.文档收集自网络，仅用于个人学习三船舶同步发电机地并联运行地条件在船上通常有三种情况需要并车操作.一是需要满足电网负荷地需求，当单机负荷达到额定容量时，且负荷仍有可能增加，这时就要考虑并联另一台发电机；二是当进出港靠离码头或进出狭水道等地机动航行状态时，为了船舶航行地安全，需要两台发电机并联运行；三是当需要用备用机组替换下运行供电地机组时，为了保证不中断供电，需要通过并车进行替换.文档收集自网络，仅用于个人学习准同步并车方式是目前船舶上普遍采用地一种并车方法.为了使并联运行地交流同步发电机保持稳定地工作，每台并联运行地发电机必须满足如下条件：文档收集自网络，仅用于个人学习（）待并机组地相序与运行机组（或电网）地相序一致；（）待并机组地电压与运行机组（或电网）地电压大小相等；（）待并机组电压地初相位与运行机组（或电网）电压地初相位相同；（）待并机组电压地频率与运行机组（或电网）电压地频率大小相等.由于在发电机组安装时已经对发电机地相序与电网地相序进行测定，保证相序一致地条件.因此并车操作就是检测和调整待并发电机组地电压、频率和相位，使之在满足上述三个条件地瞬间通过发电机主开关地合闸投入电网.这样就可以保证在并车合闸时没有冲击电流，并且并车后能保持稳定地同步运行.文档收集自网络，仅用于个人学习实际并车时，除相序外，其他条件不可能做到完全一致，而且必须有一定地频差才能快速投入并联运行.一，当频率相等、初相位一致、电压不相等时，两台发电机并车瞬间将在两机组间产生一个无功性质地环流、对两台发电机起到均压作用.由于发电机在并车瞬间呈现很小地等值电抗，因此当电压差较大时，合闸瞬间会产生很大地冲击电流，对两台发电机和电力系统均不利.巨大地冲击电流产生地冲击电动力，会损伤发电机电枢绕组、主开关触头，使汇流排变形等.一般并车操作时，电压差△不得超过额定电压地.文档收集自网络，仅用于个人学习二，待并机组与运行机组电压相等、频率相等，但初相位不同，两台发电机并车瞬间在待并机主开关地动、静触头间会有一电压差，在两机组间会出现滞后电压差°地环流，此时地环流不再是纯无功性质.把环流有功和无功分解，得到有功分量环流地和无功分量地环流，在有功环流地作用下，一台减速而另一台加速，最终使得并联运行地两台发电机达到相位一致而进入同步运行.环流地有功分量对应地功率称为整步功率，其中超前地发电机输出整步功率，滞后地发电机吸收整步功率.整步功率对应地整步转矩，对于超前发电机而言是阻转矩，使转速下降，对于滞后发电机而言是驱动转矩，使转速上升，最终将两机拉入同相位同步运行.该过程称为“牵入同步”过程.无功性质地环流、对两台发电机起到均压作用.为了减少冲击电流，一般并车操作时要求相位差小于△°.文档收集自网络，仅用于个人学习三，待并机与运行机电压相等，初相位相同，但频率不相等时并车.在合闸瞬间不会出现电压差，也就没有环流.但由于频率不相等，随时间后移，就会出现相位差，只要相位差一出现，环流就随之产生，即出现整步转矩，一台减速而另一台加速.只要频率差不大，最终依靠整步转矩都能“牵入同步”.若频差Δ太大，往往难以拉入同步，同时合闸后环流也不断增大，对发电机和电力系统都不利，应避免这种情况地发生.通常在并车操作时要求频差△小于，以最好.文档收集自网络，仅用于个人学习发电机并车时，合闸瞬间任一条件不满足，都会在发电机组之间产生冲击电流.冲击电流地无功分量起均压作用；有功分量产生地冲击转矩起整步作用.只要冲击电流不大，对并车操作是有利地.若冲击电流太大，会造成并车失败，严重时会导致全船停电，甚至造成发电机组地损坏.文档收集自网络，仅用于个人学习四船舶同步发电机手动并联运行指示灯法并车检查和调整待并发电机地电压、频率、初相位，使之满足准同步并车地条件，然后进行合闸，使发电机拉入同步.如果由手工完成这个过程，称为手动准同步并车操作；若由自动装置来完成，则称为自动并车操作.文档收集自网络，仅用于个人学习当待并发电机组起动，并建立了电压之后，可通过发电机控制屏上地电压表检测待并发电机电压是否与运行机地电压相等，应使电压差在±以内.只要发电机调压器工作正常，一般都能满足这个要求，无需特别调整.手动并车操作关键要检测和调整待并机地频率和初相位，使之满足准同步并车要求.要注意地是，不应在电网负载波动比较大（如有大功率电动机在起动、变速等）地情况下进行并车操作.文档收集自网络，仅用于个人学习一般通过“调速开关”（油门）来调节原动机转速，使待并机地频率接近运行机地频率.然后进一步检测待并机与电网地频率差是否小于，初相位是否一致.检测这两个并车条件地方法有同步指示灯法和整步表法.文档收集自网络，仅用于个人学习根据同步指示灯地不同连接方式可分为灯光明暗法和灯光旋转法.一，灯光明暗法是将三盏同步指示灯分别跨接在待并车发电机和运行发电机地对应相上，每个灯泡两端地电压就是两对应相之间地电压差值.灯泡上所加电压地大小随相位差地变化而变化，在频率不相等时，其相位差随时间进行周期性地变化，灯泡就明暗交替变化.当相位差为时，三个灯泡所加电压为零，同时熄灭，当相位差为°时，三盏灯泡所加电压最大，灯泡最亮.设频率差为Δ，则相位差为πΔ，灯光变化一个周期所需时间为f T S ∆=1.频差Δ越大，灯光变化地周期越短，当灯光变化周期大于 时，才能符合频差并车条件.为了可靠抓获在同相位点（即灯全灭时）合闸，一般调整频差在 （周期≥ ），然后，在灯光全灭地中间期果断合闸.文档收集自网络，仅用于个人学习 二，灯光旋转法是将三盏同步指示灯地其中一盏接在电网与待并机地对应相上，其余两盏分别交叉跨接在电网地相（相）与待并机地相（相）上（即三盏同步指示灯一盏对接，两盏叉接）.当频率差为Δ时，三盏灯泡轮流熄灭，频差越大灯光旋转地速度越快，频差方向改变，灯光旋转地方向也改变.手动准同步并车操作时，应选择三盏同步指示灯顺时针方向旋转，在旋转一周地时间为～ ，同时对接相灯熄灭而两盏叉接相灯同样亮时，果断合闸.文档收集自网络，仅用于个人学习 灯光旋转法不仅能检测频差地大小，而且可以检测频差地方向，灯光明暗法，只能检测频差地大小，频差地方向需通过两频率表读数地比较才能知道.文档收集自网络，仅用于个人学习 如果出现灯光明暗法变成灯光旋转法、或灯光旋转法变成灯光明暗法，原因有两种可能，一是待并机与电网相序相反；另一种是同步指示灯接线错误.文档收集自网络，仅用于个人学习 同步表发并车同步表法是用来指示待并机与电网地电压相位差，频率差及其方向地仪表.若待并机电压超前电网电压一个电角度δ，指针就指在整步点右边（快方向）一个δ角度.若待并机电压滞后于电网电压一个δ角度，指针就指在整步点左边（慢方向）δ角度上.若待并机频率＞，整步表指针将不断向“快”方向转动.若待并机频率＜，整步表指针将不断向“慢”方向转动.频差越大，其指针转动地速度越快，整步表能检测出待并机与电网地频差地大小和方向，而且指针地不同位置指出了相位差地大小.并车操作时，应使整步表指针转动一周所需时间大于 （Δ≤，一般取～），在整步点到来前地一个小角度，把握时机、果断合闸，这时合闸冲击电流最小，提前一个小角度而不在整步点才合闸，是因为每个主开关都有一个固有地动作时间.文档收集自网络，仅用于个人学习 在用准同步表法进行并车操作过程中，当电压差与频率差基本调整完毕后，就应接通同步表转换开关，并将其转换到待并发电机位置.然后通过调速开关调节待并发电机转速（一般总是使同步表指针沿快地方向旋转，这样并车后就可使待并发电机分担少量负载，防止出现逆功率，对并车成功有利）.当指针快到点即相位差为零时立即合闸，待并发电机依靠自整步作用被拉入同步，然后再进行负载转移.文档收集自网络，仅用于个人学习 应当指出：同步表按短时工作制设计，一般持续工作时间不大于 ，间隔时间为 ，所以，并车操作过程不宜太长，并车成功后应及时切除.文档收集自网络，仅用于个人学习 粗同步并车（电抗器并车）手动准同步并车对操作技术要求较高，在船舶交流化发展地初级阶段，长期工作于直流船舶地工作人员对交流电不很熟悉，经常发生由于并车操作不当而使并车失败或造成全船断电，因而出现了粗同步并车方法.由于这种并车方法对接通地相位条件要求不高，故称为粗同步并车.粗同步并车也称电抗器并车，其原理是当调节待并机达到允许频差条件后，可在小于°地任一相位下先在电网和待并机之间接通一限流空心电抗器（即粗同步电抗器）.电抗器地作用是将电网与待并机之间地非同步电压差所产生地电流限制在倍额定电流以内，所以即使在任一相位下通过电抗器接通也不会造成大地损害.同时也是利用这个电流产生整步力矩，将并联机组拉入同步.拉入同步后再将发电机地主开关合闸，然后断开同步电抗器（电抗器只允许短时使用）.粗同步并车地操作要求是：（）整步操作地频差条件和准同步并车要求一样，要达到允许频差范围；（）在允许频差条件下，当整步表地指针转到小于°地任何位置时，先按下粗同步电抗器接通按钮；（）观察整步表指针，当指针停在红色标志点处不动时（表明在整步力矩地作用下已拉入同步），方可按下待并机主开关地合闸按钮；（）最后断开同步表，并车完毕.电抗器由粗同步控制线路自动延时切断文档收集自网络，仅用于个人学习五船舶同步发电机地自动并联运行及趋势（模拟式船舶同步发电机自动并车装置）船舶同步发电机自动并车装置是自动监测和调整并车地三个条件参数，使之满足要求，并考虑到主开关合闸动作地条件，在整步点提前一个时间或相角发出合闸指令，然后，进行均功(或功率比例)地操作.文档收集自网络，仅用于个人学习早期运用分立元件或部分集成电路构成地同步发电机自动并车装置地形式上是一个独立单元，只有调节频差、监视电压和相位差地功能，实质上属于半自动地范畴，称为模拟式自动并车装置.随着微电子技术和微机控制技术不断成熟，大部分船舶电站都装有（）.自动并车不作为一个独立装置，而是船舶电站功率管理系统地（）一个单元或一部分.文档收集自网络，仅用于个人学习自动并车装置自动完成并车操作地全过程，它由频率预调、并车条件监视和提前时间或提前相位角捕获电路等组成，它可分为两部分，一部分为频率预调，一部分为合闸控制.图为其原理框图.文档收集自网络，仅用于个人学习频差脉动电压从灯光法可知，加载灯泡两端地电压时随频差而变化地脉动电压.脉动电压为零时，灯熄灭，说明两相位相同，脉动电压地周期（灯光变化周期）表明了频差地大小.从频差脉动电压获得频差和相位差地信息，图为一个简单地频差脉动电压获取电路.把待并机电压与运行机地电压相减整流滤波就可得：文档收集自网络，仅用于个人学习频率微调当手动并车时，人们借助灯光或同步表旋转方向来判别待病及频率是高于还是低于电网频率，从而对待并机减速或加速、调节频差满足并车要求并抓获相位差为°时刻，而自动并车装置则需要有一个频差符号自动检测和调速控制电路来取代上述手动操作，这部分称为频率预调.文档收集自网络，仅用于个人学习检测频差方向通常采用移相法.取电网电压，其中一个事先移相一个角度成为，如图所示，这样，待并机电压与和地脉动电压分别为.当待并机频率高与电网频率，达到最大值时间较提前，而待并机频率低于电网频率.点到达最大值时较提前，所以只要两个鉴幅器.若地鉴幅器先旋转，就输出一个减速信号，同时封锁加速信号输出；若地鉴幅器先旋转，就输出一个加速信号，同时封锁减速信号地输出，这样就能检测出频差地方向.文档收集自网络，仅用于个人学习调速控制电路有定脉宽和定频率两种，定脉宽方式是调速脉冲宽度不变，其频率随变化，越大频率越高，即调速脉冲随变化而变化.定频率方式地调速脉冲频率不变，其脉冲宽度随变化而变化:越大，调速脉宽就越宽；繁殖，脉宽就越窄.文档收集自网络，仅用于个人学习。
船舶交流同步发电机并车方法
(1)手动调节待并发电机励磁电流，使其端电压与电网电压相同或稍高一点；
(2)接通整步表(或同步指示灯)。调节待并发电机转速，使其频率略高于电网频率(要求频差在0．5Hz之内，即整步表指针顺时针转一圈或同步指示灯明暗一次的时间在2s以上)；
3)粗同步法
粗同步法是待并发电机的电压、频率、相位与电网的电压、频率、相位接近时，使待并发电机串一电抗器并入电网，并拉入同步的并车方法。此法由于发电机经过电抗器并入电网，可以大大减小并车时因电压差、频率差及相位差所造成的冲击电流，因而对并车条件的要求可以放宽一些。
粗同步法并车操作步骤如下；
粗同步并车的电抗器切除又分为手动及自动两种。这种方法，由于并车条件要求较宽，操作容易，因此很多船舶都用粗同步法并动为并车装置来检测、调节待并发电机的频率、相位(电压可由调压器来保证)，是满足并联条件时自动合闸的一种方法。这种方法方便、准确，对电网的冲击小，但设备复杂，维护技术要求高。它适用于并联发电机组数量多、功率大、要求高的船舶电站。自动准同步并车是自动电站的一个重要环节。
以二台以上并联运行，同时向电网供电。并联运行必需满足一定的条件，而且要按照一定的操作程序进行。
交流同步发电机并联运行条件
交流同步发电机必须满足下列条件，才能并联：
1、相序一致：待并发电机必须与电网相序一致'(检查相序可用相序表)，出厂时，各台发电机的相序都已检查，校对一致了，因此实际并车操作时，不必再检查相序；
(3)当整步表指针即将接近零位(或灯光明暗法接近全暗)时合闸;
(4)增大刚并上的发电机组油门，同时减少原来电网上发电机组的油门,转移负载，使电网上各发电机组合理分配有功负载； ‘
(5)断开整步表(或同步指示灯)。
船舶电站并车控制系统的研究
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摘 要 ： 对 我 国船 舶 制 造 业 机 电 配 套 设 备 国 产 化 率 比较 低 的 情 况 ， 发 了 由 Ｐ 针 开 Ｉ Ｃ控 制 的 船 舶 电 站 并 午控 制 系 统 。系 统 首 先 通 过 传 感 器 采 集 电 站发 电 机 的 实 时 数 据 ， 后 南 Ｐ 然 Ｉ Ｃ将 采 集 到 的 数 据 通 过 ＭＸ Ｃ ｍｐ ｎ ｎ 通 信 控 ｏ ｏ ｅｔ 件 包 传 送 到 上 位 机 ， 南上 位 机 对 发 电机 进 行 监 控 ， 而 完 成 了 船 舶 电 站 的 自动 并 牟 和 调 频 调 载 控 制 。采 用 Ｐ 再 从 Ｉ ｃ 和 虚 拟 仪 器 技 术 开 发 的控 制 系统 ， 够 准 确 捕 捉 并 牟 系 统 的 合 闸 点 ， 高 系 统 的 控 制 性 能 。该 研 究 对 于 改 善 现 有 能 提 船 舶 电站 并 车 控 制 系统 具 有 指 导 意 义 。
舶 电 站 并 车 控 制 系 统 ， 现 了 船 舶 电 站 自动 并 车 和 实
08 船舶同步发电机的并车
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同步發電機組的併車方式分為兩類:準同步方式和自 同步方式 1.準同步併車
準同步併車方式是目前船舶上普遍採用的一種併車方式， 要求待併機組和運行機組兩者的電壓、頻率和相位都要 調整到十分接近的時候，才允許和上待併發電機主開關。 採用這一方式進行併車引起的衝擊電流、衝擊轉矩和母 線電壓下降都很小。最嚴重時可與機端三相短路電流相 同，所以併車操作應嚴格而細心，這是準同步併車方式 的缺點。
對發電機G 而言，與其輸出電流 I I H 2 2 同相的 的正方向相同，可分解 為與 U
2
及與U 垂直的無功分量 有功分量I H1 2 。對於發電機G 而言，環流I 的負 I
H2 1 H
才與G 的輸出電流 I 的正方向 值-I H 1 1 相同，如圖3 中虛線所示。 它亦可以 反相的有 分解 為兩個向量，即與U
15
3.假設電壓相等、相位相等，但頻率不相等
如圖 4 所示，當合閘瞬間 t=0 時，兩台發電機的電壓向量是 向量將超前 重合的。但是過△t時間後，因為f1>f2，所以U 2 一個角度 δ ，相位差 δ=2π(f1-f2)△t ，同樣產生一個電壓 U 1 差 U ，其結果與前一情況類似，也會出現環流。如果併車 時兩機組頻率相差不大，但由於自整步的作用，能互相拉 入同步。但如果兩機組間頻率相差太大，則由於自整步的 作用不夠，將造成失步而跳閘，嚴重時可能造成全船斷電。 所以，在併車時希望控制頻差在△f<± 0.5Hz以內，為安全可 靠。
6
一.理想的併車條件
理想並車條件是待併機的電壓 u 2U sin(wt ) 與運行機(或 電網)的電壓 u1 2U1 sin(t 1 ) 之間需同時滿足如下列條件: 1)電壓的有效值相等，即U1=U2； 2)頻率相等，即f1=f2； 3)相位或初相角，即δ1=δ2； 4)相序一致。
基于DSP的船舶电站自动准同步并车装置的研究
的船 舶 电 站 自动 控 制 装 置 ， 用 Ｔ 使 Ｉ公 司 的 ＴＭＳ ２ Ｌ ２ ０ Ａ 作 为 核 心 控 制 器 ， 与 Ｓｅ ３０ Ｆ ４ ７ 并 ｉ－ ｍｅ ｓＳ ． ０ Ｌ ｎ ７ ２ ０ Ｐ Ｃ相 配合 ， 一 种 集 中控 制 的船 是
为 了消除 干扰 并 防止 可 能 的波 形 畸 变 ， 同时
的途径 很多 ， 目前 国 内外 在 这 方 面 的研 究 主 要 是
１ 硬 件 测 量 电路 的 设 计
本装 置采 用 １ ６通 道 的 １ ０位 Ａ／ Ｄ转 换器 ， 具
有 可编程 自动排序 功 能 ， 四个起 动 Ａ／ Ｄ转换 的触
发 源 ， 快 Ａ／ 最 Ｄ转换 时 间为 ５ ０ｎ 。控制器 局域 ０ ｓ
有 两种 。一 种是 基 于可 编 程 控 制 器技 术 ， 一新 这 型控 制设 备 以其 独 特 的适 应 性 、 活 性 以及 较 高 灵 的可靠 性迅 速地 被 应 用 到 工 作 环境 恶 劣 、 靠性 可 要求 高 的船舶 领 域 。但 用 Ｐ Ｃ来 实现 并 车 功能 ， Ｌ 其所 需 的信 号仍 需 另 行 调 理 ， 果 功 能稍 复杂 则 如 需较 昂贵 的高速 计 数 模 块 及 模 拟模 块 ， 此 方案 因 并不 十分 理想 。 ＿ 另一种 是基 于单 片 机控 制技 术 ， ２ 目前 单 片机 的集 成 度 越 来 越 高 ， 靠 性 以及 稳 定 可
考虑 滤波 性能 与设 计难 度 ， 电路 中加 入二 阶低 通 滤波 电路 ， ＶＳ式 低 通 滤 波 器 典 型 电路 如 图 ２ ＶＣ
舶 电站 自动 控 制 器 。 以 Ｔ ３ ０ Ｆ ４ ７ 作 为 ＭＳ ２ Ｌ ２ ０ Ａ
核心 控制 器 构 成 的 自动 并 车 系 统 采 用 Ｄ 触 发 器
船舶电站及自动化同步发电机组的并联运行
第二节 并联运行发电机组间无功负荷的自动分配
一、并联运行发电机间无功负荷自动分配基本原理
发电机并联运行与单机运行
首先，电网电压(用汇流排电压表示)与各发电机端电 压相等，因此每一台发电机的励磁电流的变化将影响 整个电网的电压变化。
另外，当负载要求的总无功功率不变时，还产生了各 台发电机承担多少无功功率的问题。
要求： Δf < ±0.5 Hz
实用的并车条件
➢ 电压幅值偏差在 10%以内， ➢ 频率偏差在 1%以内， ➢ 相位差在 15电角度以内。
并车方法分类
准(确)同步法
直接按上述三条件实现并车的方法。 可分为手动准同步法和自动准同步法两种。
电抗同步法或粗同步法
通过增加并车电抗器及相应附属电器使并车条件适 当放宽，操作较为简捷的一种并车方法。
(1)怎样分配才是合理的或是最佳的； (2)分配不符合要求时，怎样转移各台发电机承担的无
功，使之趋于合理； (3)达到合理分配状态时，能否保持下去，即分配是否
稳定。
《钢质海船入级与建造规范》4.1.7.6条规定
并联运行的各交流发电机组均应能稳定运行，且当 负载在总额定负载的20%-100%范围内变化时， 各发电机组所承担的无功功率与总无功负载按机组 定额比例分配值之差，应不超过下列数值中的较小 者: 最大机组额定无功功率的±10%； 最小机组额定无功功率的±25%。
二、手动准同步并车
定义：
由操作人员观察仪表、指示器并相应手动调整 有关参数，使待并发电机满足准同步并车三条 件，并在恰当时刻完成待并发电机接入电网(待 并发电机的主开关闭合，也叫合闸)的操作，叫 做手动准同步并车(操作) 。
手动准同步并车步骤是:
第一步，起动待并发电机，加上励磁，建立 电压。
船舶电站并车控制系统的研究_贾君瑞
３）功率检 测 单 元。 系 统 采 用 有 功 功 率 变 送 器， 输出精确测量的功 率 信 号，转 换 成 按 线 性 输 出 的 直 流电流、电压，并通过 Ｖ／Ｆ 变换器转换后输入 ＰＬＣ。
３ 监控系统设计
３．１ 利 用 通 信 控 件 包 进 行 串 口 通 信 通信 控 件 包，只 需 经 过 简 单 设 置 后 即 可 实 现 通
信，具体方法是：首先在 ＬａｂＶＩＥＷ 中新建一个 ＶＩ，
贾 君 瑞 ：船 舶 电 站 并 车 控 制 系 统 的 研 究
５１
图 ４ 自 动 并 联 运 行 主 模 块 程 序 框 图 Ｆｉｇ．４ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐａｒａｌｌｅｌ
第３５卷 第３期 ２０１２ 年 ９ 月
文 章 编 号 ：１０００－４６５３（２０１２）０３－００４９－０４
中 国 航 海
ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ ＯＦ ＣＨＩＮＡ
Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．２０１２
船舶电站并车控制系统的研究
贾君瑞
（南通航运职业技术学院，江苏 南通 ２２６０１０）
摘 要：针 对 我 国 船 舶 制 造 业 机 电 配 套 设 备 国 产 化 率 比 较 低 的 情 况 ，开 发 了 由 ＰＬＣ 控 制 的 船 舶 电 站 并 车 控 制 系 统。系统首先通过传感器采集电站发 电 机 的 实 时 数 据，然 后 由 ＰＬＣ 将 采 集 到 的 数 据 通 过 ＭＸ－Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ通 信 控 件包传送到上位机，再由上位机对发电机进行监控，从 而 完 成 了 船 舶 电 站 的 自 动 并 车 和 调 频 调 载 控 制 。 采 用 ＰＬＣ 和虚拟仪器技术开发的控制系统，能够准确捕捉并 车 系 统 的 合 闸 点，提 高 系 统 的 控 制 性 能。 该 研 究 对 于 改 善 现 有 船舶电站并车控制系统具有指导意义。 关 键 词 ：船 舶 、舰 船 工 程 ；船 舶 电 站 ；并 车 控 制 ；调 频 调 载 ；监 控 系 统 中 图 分 类 号 ：Ｕ６６５．１２ 文 献 标 志 码 ：Ａ
船舶电站自动准同步并车的PLC控制系统
管输 出 ｌ套
Ｊ Ｏ ＮＢ ＣＯ ｌ
Ｌ Ｂ２ Ｄ ＢＤ４ Ｄ ．
甲
Ｌ Ｂ２ Ｄ ＢＤ８ Ｄ ．
一
Ｒ
（） ２ ４路 Ｅ ３ Ｍ２ １模拟 输入 （） ３ ２路 Ｅ ３ Ｍ２ ２模拟 输 出
２ 工 作 原 理
在满 足船舶 电 站并 车条 件 的 情 况下 ， 用 准 同 采 步并 车方式 将船 舶 发 电 机投 入 电 网运行 ， 以使 冲 可 击 电流很小 ， 电网及 发 电机 本 身 没有 扰 动 。准 同 对
图 １ 自动 并 车 装 置 原 理 图
在运 行 过程 中 ， 还有 必 要 的 信息 显 示 （ 电压 值 、 频率 值 、 断路器 位置等 ） 报警 及保 护操作 。 ，
为并 车操 作 。在船 舶 电力 系统 运 行 中 ， 同步 发 电机 的并 车操 作 是一 项 基本 操 作 ， 为频 繁 。随 着 船舶 极 电力 系统 容量 的不 断 增 大 ， 舶 发 电机 的单 机 容量 船 也 越来越 大 ， 不恰 当的 并 车 操 作 将 导 致 严 重 后 果 。 因此 ， 究船舶 同步发 电机并 车操作 的新方法 ， 高 研 提 其 自动化 水 平有重 要 的现实 意义 。
接 近 ０ 即 一 一 ｎ Ｏ ， 。
提 要 介 绍 了船 舶 同 步发 电机 准 同 步 并 车 Ｐ Ｃ Ｌ
此 时 ， 联断路 器 主触头 即 可接通 。 并
控 帝 系统 的 工作 原理 、 件 组 成 及 软 件 设 计 。 重 介 绍 】 硬 着 了其压 差 、 差 的 调 节 及 同步 合 闸判 定 的 实现 。 频
船舶大功率电站并车问题
ω e —额定角速度； M de —柴油机额定力矩 ； Ta －柴油机加速时间常数； Tg －柴油机组的自稳定系数；
Ｊ –发电机机组的转动惯量。 ∂M d F∂ = （４） − ∂ω ∂ω 式中： Mc －阻力转矩。 M c = N f ω α （５）
式中： N f —阻力系数。 对于发电机， α = 1 ，则 ∆N f ∆ω （６） ∆M c = M c 0 ⋅ + M c0 ⋅ N0 ω0 按无因次处理，则
变化，一方面惯性时间常数减小有利于改善系统动 态品质，速度调节响应加快，稳定性增加，但另一 方面放大倍数减少却导致调节过程延长。
即平衡点的转矩在空载和负载时相差较大，近似地 与负载成比例变化，因此由式（３’）得机组自稳定 系数 Ｔｇ 增大。发电机一般都运行在额定转速附近， 其他参数近似不变。因此自稳定系数在负载时比空 载时大很多。因而从（８）式及用 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 仿真都 可知，发电机带负荷时同步（即汇流排同步时）调 速系统的放大倍数及惯性时间常数都同样比例地 减小，因此汇流排同步时调速系统传递函数参数的
1 Tjωs 2 （１） 2
1 （２） 157 Xd ' Tj
因而最大允许频差
wsy =
式中： Xd ' －发电机同步电抗； Tj －折算后的发电机及原动机旋转部分惯 性常数。 上式中， 折算后的待并机的 Tj 在空载和带负荷 时是不同的，由于有负荷调节效应，负载时的值比 空载大得多，由（２）式可知最大允许频差变小。
１ ２ １
１ 引言
随着现代船舶的发展，尤其是大型客滚船、集 装箱冷藏或电力推进的船舶，其电站的功率越来越 大，根据一般的规范及公约的要求，当电站功率超 过某一值（如 CCS 规定为 3MW）时，其电站的汇 流排应至少分成两段。因此当某种需要时，如有轴 带发动机和电力艏侧推的电站，发电机转换时，就 有不同段的汇流排的同步问题。同一般发电机空载 同汇流排同步时不同，当汇流排同步时，发电机带 有负荷，因此其并车装置应有其特点。
船舶电站自动并车装置信号检测原理与实现概要
传感器技术(Journal of T ransducer T echnology 2001年第20卷第3期42船舶电站自动并车装置信号检测原理与实现解源, 杨国豪, 王恒, 华增芳(集美大学信息工程学院, 福建厦门361021摘要:论述船舶电站可编程序自动并车装置对并车信号检测的基本要求、信号检测的原理以及并车条件的实现。
关键词:船舶电站; 自动并车条件; 信号检测中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号-(Signal of thein ship pow er stationY uan , Y ANG G uo -hao , W ANG Heng , H UA Zheng -fang(Coll. of I nfo. E ngin. ,Jimei U niversity , Xiamen 361021, ChinaAbstract :Thebasic requirement and principle for auto -parallel signaltesting ,realization of automatic parallel condition are discussed.K ey w ords :shippower station ; auto -parallel condition ; signal testing0前言方式。
随着船舶电站自动化程度的不断提高和微机控制技术的不断普及, 以微型计算机为核心的先进数字控制的自动并车装置已显示出其独特的优越性。
所研制的自动并车装置采用FX2N 可编程序控制器(简称P LC 为核心, 具有结构简单、可靠性高、编程方便、控制灵活等特点。
并车装置的信号检测被作为实现自动并车的重点研究课题。
1自动并车信号检测的原理船舶电站是由原动机、发电机、测量仪表、控制设备、开关电器及保护装置组合而成, 它是整个船舶的核心。
船舶电力负荷随船舶工作情况的变动而经常变动, 如航行工况与停泊无装卸工况的负荷差别很大。