第1章 绪论
1.1 船舶电站的特点
船舶电力系统是独立电网，一般船舶只有一个电站，电站的容量就是电网的容量。电网的容量相对负载来说是有限的。大容量负载启动时的冲击电流将引起电网电压的急剧波动，因此对发电机调压器和原动机调速器的动态性能有较高的要求。
在独立的电网中，调节运行发电机的电压或原动机的转速，将直接影响电网的电压和频率，不像陆上的无穷大的电网，调节一台发电机的电压或频率，无法左右电网的电压或频率，调节只能通过改变本身有功或无功功率的承担取得平衡。建立在这个概念对调试发电机并联运行的有功和无功功率分配是很有必要的。
船舶电力系统通常只有一个电站工作，任何导致断电的事故都将危及船舶航行的安全。考虑在无人看管的情况下运行，提出了船舶电站自动化的要求。要求在未酿成断电事故之前限制事故扩大，启动备用机组投入运行，替换故障机组，保证供电的连续性。即使断电也应使断电时间最短。
船舶电站只局限在船舶的小范围内供电，线路距离短，阻抗低，而供电发电机的台数又随船舶运行工况的不同而有所变化，因此在保护配合方面有较高的要求。
1.2 船舶电站自动化概述
海上运输的不断发展客观上推动着船舶向大型化，高速化和自动化方向发展，自六十年代以来对船舶电站提出了自动化的要求。船舶电站自动化的好处有：维持电站供电的持续性和可*性，增强船舶运行的生命力；提高船舶电站供电的质量；改善船员工作条件，减轻值班强度；提高劳动生产率，提高船舶运行的经济指标。
船舶电站自动化通常包括以下功能：
1. 对相关的电气参数和机械动作信号能够进行自动监测、报警、记录、    显示、打印，并有逻辑判断功能去控制发电机组；
2. 根据负载的情况发电机自动启动、投入运行和停车；
3. 能限制多台机组同时接入及短路后的多次接入；
4. 发电机和主母线自动同步和自动并车；
5.发电机组自动调整电压、自动调整各个机组之间的无功功率的分配；
6.发电机组自动调整频率、自动调整各个机组之间的有功功率的分配；
7.自动分级卸载，指船舶电站超负荷时自动卸掉一部分非重要的负载，并可以实现多次卸载，以适应不同程度的过载条件，保证对船舶上的重要负载的连续供电；
8. 负载自动分级启动，其含义包括：一是指船舶电网从断电状态恢复供电时，为了限制过大的冲击电流，使负载自动的分级启动，重要的负载先启动；二是指自动分级卸载后，被卸去的负载在保证不引起发电机组重新过载的前提下再次投入运行；
9.电气及机械故障时能够自动保护；
10.发电机组自动解列，发电机并联运行于轻载状态下，按确定顺序使运行机组逐步退出电网，直到其余运行发电机组脱离轻载状态为止；
11. 重载查询；
12. 主电站和应急电站供电的自动转换。整个功能框图如图1.1所示。
为了实现上述功能，早期采用的是以继电器、接触器为代表的有触点控制系统，后来逐渐被以晶体管分立元件和集成元件为核心的无触点系统所代替。七十年代，伴随着集成电路的集成度日新月异的提高，微处理器诞生了。微处理器刚一出现便以它强大的运算能力、超常的运行速度以及操作的简易赢得了工业界的青睐。一时间，微处理器在工业领域的普及成为业界的一件大事，它的影响是深远的，直接导致了生产力的大幅度提高，从而推动了社会经济的发展。八十年代以来，由微处理器控制的船舶电站也开始出现，然而相形之下，微处理器在船舶工业中的应用还不及其它行业深入，现有的船舶电站仍以分立元件的运用为主。所以从各方面看，研究微处理器在船舶电站中的应用在今天仍具有相当的现实意义。
1.3 现代船舶电站的发展趋势
船舶电站自动化设备尽管种类繁多，但按功能和自动化程度，大致可以分为以下三类：
   第一类：单机运行，其余各发电机作为备用。当产生电气或是机械的故障时，运行机组脱离电网断电并停机，备用机组按预定顺序启动，当电压和频率正常后自动合闸供电。
   第二类：投入电网运行的发电机组数量按电站运行的实际功率或是电流来决定。负载的用电量大时，运行机组数量就越多，当电站运行功率比较富裕（即用电量较少）时，将多余的机组按预定顺序停机。当发生电气的或是机械的故障时，按预定的顺序启动备用机组，投入电网后，再将发生故障的发电机组切除停机，所以在故障处理过程中，这种控制能使电网不断电，只有出现严重的故障时，先将故障机组停下，同时启动备用机组合闸供电，这中间过程才出现短时的断电现象。显然，第二类较第一类有两个突出的优点：经济指标提高，使运行机组与供电量相适应；可*性提高，使电网断电的可能范围大大减小，但第二类自动化系统更复杂些。
第三类：使用计算机控制的电站自动化系统。这类自动化系统的应用在国内外自动化船舶中逐年增多，它的技术指标、经济指标和可*性指标更高，实现船舶电站自动化的功能及组合手段可以是有继电器、接触器组成的有触点控制系统；也可以是由晶体管分立元件或集成元件组成的逻辑控制系统；还可以是微型控制器系统。60年代初生产的自动电压调节器大部分采用有触点控制系统；60年代中后期生产的一些单元自动装置大多是采用分立元件构成的有触点和无触点混合系统；70年代至今，船舶电站自动化装置主要由集成电路构成的逻辑控制系统组成；80年代中期以来，随着计算机技术特别是微型计算机技术的飞速发展，计算机在自动化领域中的应用越来越广，PLC（Programmable Logical Controller) 可编程控制器控制、单片机控制、STD和PC工业总线控制等工业控制途径都能够较好的用于工农业生产。新技术的发展，加上实践经验的总结，人们已经将这些新技术推广到船舶上。船舶电站自动化技术的发展趋势主要有以下几个方向：
1. 从常规的继电器、分立元件形式的控制发展到无触点控制，大规模集成电路，结构化、模块化。采用了微机，包括可编程控制器，使控制部分的体积重量大大减小、工作可*性大大提高，控制方式也由硬件控制变成以软件控制为主，使功能的组合、扩展或修改变的很容易。维护方便，模块通用性好。
2. 计算机控制由大型机集中控制方式发展到多微机分散控制方式，使工作的可*性大大提高，进而出现由多级计算机构成的分布式控制系统、应用光纤通讯和网络技术。对过流、欠压、逆功率等多数参数的监测报警和控制；电压、频率、功率、电流、功率因数等参数及主开关通断状态等也在软配电板上有指示。可随时实现全部点或选定点的召唤打印记录，这些记录可代替传统日志。当被检测的参数值超出允许范围，则发出声光报警并自动打印记录，被测量参数值的上下限可方便地整定和修改。
3. 信号处理由模拟量信号处理发展到尽可能多的使用数字量信号处理和通讯。
4. 由就地人工分散控制发展到集控站控制，特别是对机舱的遥控，实现了无人值班机舱。
5. 机电一体化程度加强。
6. 从运行的经济性和可*性出发，船舶电站出现了以下一些新特点：
1）采用不同容量的发电机组成电站，以提高不同工况下的发电机负荷率。
2）除柴油机以外，还同时采用不同种类的原动机，如主机（轴带发电机）、废气锅炉涡轮机——轴带发电复合系统等，可以降低噪声，提高机动性和节约能源。
3）大型船舶采用双电站前后布置方式，通过对电站间跨接线的控制，可以使两电站各自独立供电或联合供电，提高供电可*性。
4）船电能与岸电并联，以实现两者之间可以实现不断电的转移负荷。
以上特点使得电站的控制复杂化，因而需要先进的技术手段作保证。随着科学技术的发展，电站自动化的范围和内容必将更为广泛和深入，船舶计算机的控制核心由单片的微控制器发展到工业控制机，监控系统正在经历着从集中型计算机监控系统向离散微机监控系统方向发展。此时，国外陆续推出了采用局域网络的船舶控制系统，这种控制系统包括电站计算机控制子系统，也就是说在这些代表发展方向的系统中，电站都是计算机直接控制的，WOODWRAD公司95年推出了专用于电站控制的计算机分布式控制系统，完成了柴油机组控制、同步并车、频率控制和系统监测等全部自动化任务，美国ONAN公司也推出了智能化电站控制系统POWERCOMMAND，可以实现全部电站自动化任务。

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