一种LNG船舶机舱监控功率管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种LNG船舶机舱监控功率管理系统，包括发电管理模块、负荷管理模块、配电管理模块、自动启停控制模块、并网解列控制模块以及失电恢复控制模块。该系统具备实时监测和控制船舶电站的能力、船舶负载均衡调度能力、强大的重载问询能力、及时识别和解决重载问题的能力、精确的负载控制和功率限制策略以及具备全船失电自动恢复功能，确保船舶在电力中断后能够快速恢复供电，确保船舶的安全运行。该系统提高了能源利用效率、系统稳定性和船舶操作的安全性，可为船舶提供高效可靠的电力供应，同时降低能源消耗和维护成本。本发明专利技术的LNG船舶机舱监控功率管理系统在船舶领域具有广泛的应用前景。有广泛的应用前景。有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种LNG船舶机舱监控功率管理系统


[0001]本专利技术属于船舶机舱监控
，特别是一种LNG船舶机舱监控功率管理系统。

技术介绍

[0002]作为重要的液化天然气运输工具，其机舱内的功率管理系统(PMS)具有关键意义。传统的LNG船舶机舱功率管理系统通常由电源控制、负载控制、功率限制和全船失电自动恢复等功能组成。传统的LNG船舶机舱监控系统通常依赖于人工操作和简单的监测设备，无法满足对电源供应和负载设备的实时监测和精确管理的需求。并且传统的机舱监控系统大部分采用分散监控或者集成化程度较低的集中监控方法，人机界面简单、功能单一且信息化程度低，缺乏对整个配电网络集中管理的能力。随着船舶大型化、配电网络复杂化以及电站容量不断增长的趋势，配电系统监控的对象增加，分布位置相对离散，故障频次增加，传统的机舱监控系统已经难以满足现代船舶配电系统高度信息化和自动智能化管理控制需求，这些传统系统往往面临以下问题：
[0003]在船舶电站的监测与控制方面存在缺陷：它仅提供有限的监测能力，无法实时获取船舶电站各个关键参数的数据，并缺乏对电源设备状态的准确监控。此外，传统系统在电源控制方面通常采用简单的电力分配策略，无法满足LNG船舶机舱内复杂电力供应的需求。
[0004]在重载问询方面存在局限：当电源系统负荷超过额定容量时，传统系统缺乏强大的重载问询能力，无法及时发现并解决重载问题，导致船舶电站的电源供应不稳定。同时传统系统无法精确监测和管理负载设备的功率消耗，导致电力分配不均衡、能源浪费和系统安全性风险。
>[0005]在功率限制能力方面：传统系统缺乏灵活的功率限制策略，无法根据实际需求进行动态调整，从而无法实现对功率的精确控制和优化。并且对于全船失电自动恢复的支持不足，在全船失电事件中，传统系统无法自动识别并恢复电力供应，需要人工干预，影响船舶的安全和可靠性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服传统功率管理系统在船舶电站的监测与控制、重载问询、负载控制、功率限制和全船失电自动恢复等方面存在的缺陷，提供一种更为高效、可靠和安全的LNG船舶机舱功率管理解决方案。
[0007]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种LNG船舶机舱监控功率管理系统，该系统应具备实时监测和控制船舶电站的能力、船舶负载均衡调度能力、强大的重载问询能力、及时识别和解决重载问题的能力、精确的负载控制和功率限制策略以及具备全船失电自动恢复功能，确保船舶在电力中断后能够快速恢复供电，确保船舶的安全运行。所述监控功率管理系统包括发电管理模块、负荷管理模块、配电管理模块、自动启停控制模块、并网解列控制模块以及失电恢复控制模块；
[0008]所述发电管理模块，用于监测发电电压和频率并对发电系统进行控制，包括对有
功负荷和无功负荷分配进行监测和控制以实现负载均衡分配，根据负荷情况确定发电机的起动和停机；
[0009]所述负荷管理模块，用于对负荷功率进行监测，对其它系统的功率限制功能进行协调，并根据对系统的可用功率的监测情况对负载设备进行功率限制以及功率优化配置策略制定，并启动联锁保护；
[0010]所述配电管理模块，用于对配电系统的配置和序列进行控制；所述配电系统的配置应满足船舶实际操作模式的要求；
[0011]所述自动启停控制模块，用于实现功率管理系统PMS的自启动功能，在电网存在功率波动时自动响应；
[0012]所述并网解列控制模块，用于实现根据待并发电机设定的优先级选择实现并网供电或给出解列信号解列发电机组；
[0013]所述失电恢复控制模块，用于在故障意外情况下立即恢复电力，并切除故障负载，恢复相关系统的初始运行状态。
[0014]进一步地，所述对有功负荷和无功负荷分配进行监测和控制以实现负载均衡分配，具体过程包括：
[0015]步骤1
‑
1，对船舶机舱中的所有电源设备进行顺序编号1～N，记录每个电源设备的负载连接数n；
[0016]步骤1
‑
2，当功率管理系统接收到新的功率请求时，遍历所有电源设备的运行状态与负荷信息，筛选出可用的电源设备；
[0017]步骤1
‑
3，遍历所有可用的电源设备，选取负载连接数最少的电源设备，若负载连接数最少的电源设备存在若干个，则选取负荷最少的电源设备；
[0018]步骤1
‑
4，功率管理系统将新的功率请求分配并发送给步骤1
‑
3所选电源设备，同时更新该电源设备的负载连接数；
[0019]通过以上步骤的循环迭代，实现对船舶机舱中不同电源设备的均衡负载分配。
[0020]进一步地，在负荷管理模块中，通过模型预测控制算法向负载设备发送最大功率信号来实现功率限制以及功率优化配置策略制定。
[0021]进一步地，所述通过模型预测控制算法向负载设备发送最大功率信号来实现功率限制以及功率优化配置策略制定，具体过程包括：
[0022]步骤2
‑
1，根据负载设备的特性建立负载设备模型：
[0023]S
t+1
＝f(S
t
,U
t
),Y
t
＝g(S
t
,U
t
)
[0024]其中，S
t+1
、S
t
分别表示t+1时刻、t时刻的负载设备状态，U
t
表示t时刻的系统控制输入，Y
t
表示t时刻的系统控制输出；f和g分别表示船舶中负载设备状态转移函数和输出函数；
[0025]步骤2
‑
2，基于负载设备模型获取负载设备负荷状态，建立用于预测不同负载下的功率需求的预测模型：
[0026]L(t+k)＝f1(L(t),L(t
‑
1),
…
,L(1))
[0027]式中，f1为时间序列预测算法，L(t+k)表示t+k时刻系统负载的负荷状态，L(t),L(t
‑
1),
…
,L(1)分别表示t时刻、t
‑
1时刻、
…
、初始时刻系统负载的负荷状态；
[0028]t+1时刻到t+k时刻内负载负荷满足以下约束条件：
[0029]L(t+k)≥L(t+k
‑
1)
×
(1+a)
[0030]其中，a为设定系数；
[0031]步骤2
‑
3，利用所述预测模型实时预测系统负载的负荷状态，得到负载的功率需求以及输出轴的输出功率；
[0032]步骤2
‑
4，根据步骤2
‑
3的预测结果使用控制算法生成控制量，控制输出轴的输出功率，并根据预测的负载的功率需求，向负载设备发送最大功率信号，控制负载设备的功率使用以限制功率消耗；
[0033]步骤2
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LNG船舶机舱监控功率管理系统，其特征在于，所述系统包括发电管理模块、负荷管理模块、配电管理模块、自动启停控制模块、并网解列控制模块以及失电恢复控制模块；所述发电管理模块，用于监测发电电压和频率并对发电系统进行控制，包括对有功负荷和无功负荷分配进行监测和控制以实现负载均衡分配，根据负荷情况确定发电机的起动和停机；所述负荷管理模块，用于对负荷功率进行监测，对其它系统的功率限制功能进行协调，并根据对系统的可用功率的监测情况对负载设备进行功率限制以及功率优化配置策略制定，并启动联锁保护；所述配电管理模块，用于对配电系统的配置和序列进行控制；所述配电系统的配置应满足船舶实际操作模式的要求；所述自动启停控制模块，用于实现功率管理系统PMS的自启动功能，在电网存在功率波动时自动响应；所述并网解列控制模块，用于实现根据待并发电机设定的优先级选择实现并网供电或给出解列信号解列发电机组；所述失电恢复控制模块，用于在故障意外情况下立即恢复电力，并切除故障负载，恢复相关系统的初始运行状态。2.根据权利要求1所述的LNG船舶机舱监控功率管理系统，其特征在于，所述对有功负荷和无功负荷分配进行监测和控制以实现负载均衡分配，具体过程包括：步骤1
‑
1，对船舶机舱中的所有电源设备进行顺序编号1～N，记录每个电源设备的负载连接数n；步骤1
‑
2，当功率管理系统接收到新的功率请求时，遍历所有电源设备的运行状态与负荷信息，筛选出可用的电源设备；步骤1
‑
3，遍历所有可用的电源设备，选取负载连接数最少的电源设备，若负载连接数最少的电源设备存在若干个，则选取负荷最少的电源设备；步骤1
‑
4，功率管理系统将新的功率请求分配并发送给步骤1
‑
3所选电源设备，同时更新该电源设备的负载连接数；通过以上步骤的循环迭代，实现对船舶机舱中不同电源设备的均衡负载分配。3.根据权利要求1所述的LNG船舶机舱监控功率管理系统，其特征在于，在负荷管理模块中，通过模型预测控制算法向负载设备发送最大功率信号来实现功率限制以及功率优化配置策略制定。4.根据权利要求3所述的LNG船舶机舱监控功率管理系统，其特征在于，所述通过模型预测控制算法向负载设备发送最大功率信号来实现功率限制以及功率优化配置策略制定，具体过程包括：步骤2
‑
1，根据负载设备的特性建立负载设备模型：S
t+1
＝f(S
t
，U
t
)，Y
t
＝g(S
t
，U
t
)其中，S
t+1
、S
t
分别表示t+1时刻、t时刻的负载设备状态，U
t
表示t时刻的系统控制输入，Y
t
表示t时刻的系统控制输出；f和g分别表示船舶中负载设备状态转移函数和输出函数；步骤2
‑
2，基于负载设备模型获取负载设备负荷状态，建立用于预测不同负载下的功率
需求的预测模型：L(t+k)＝f1(L(t)，L(t
‑
1)，...，L(1))式中，f1为时间序列预测算法，L(t+k)表示t+k时刻系统负载的负荷状态，L(t)，L(t
‑
1)，...，L(1)分别表示t时刻、t
‑
1时刻、
…
、初始时刻系统负载的负荷状态；t+1时刻到t+k时刻内负载负荷满足以下约束条件：L(t+k)≥L(t+k
‑
1)
×
(1+a)其中，a为设定系数；步骤2
‑
3，利用所述预测模型实时预测系统负载的负荷状态，得到负载的功率需求以及输出轴的输出功率；步骤2
‑
4，根据步骤2
‑
3的预测结果使用控制算法生成控制量，控制输出轴的输出功率，并根据预测的负载的功率需求，向负载设备发送最大功率信号，控制负载设备的功率使用以限制功率消耗；步骤2
‑
5，计算预测的输出轴输出功率和当前负载功率需求的功率差，当系统负载高于预设阈值时，根据预测结果向负载设备发送最大功率信号，限制功率消耗；步骤2
‑
6，计算当前输出轴输出功率与当前负载正常工作情况下功率需求的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈睿，邵彦山，朱人杰，徐华，金玲，张晓，李皓杰，何宜瑞，李磊，徐丹，孟祥慈，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一六研究所，
类型：发明
国别省市：