基于二次配電裝置的船舶分布式智能配電系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)

謝 坤

(1. 上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240；2. 中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢 430064)

0 引 言

船舶配電系統(tǒng)向全船一切用電設(shè)備連續(xù)、安全地提供滿足規(guī)定電能品質(zhì)的電能，并起到能量轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存、變換并向全船提供電能的作用，包含發(fā)電、儲(chǔ)能、變電、配電及電力推進(jìn)等組成部分。船舶配電系統(tǒng)主要由電源設(shè)備、配電系統(tǒng)和負(fù)載組成。

隨著船舶大型化和遠(yuǎn)洋化的發(fā)展，船舶性能和功能需求有了大幅度的提高，船舶操縱、導(dǎo)航、通信、保障、推進(jìn)、作業(yè)等系統(tǒng)越來(lái)越完善，用電設(shè)備和用電量需求劇增，對(duì)電力品質(zhì)也提出了新的要求。因此，船舶對(duì)配電系統(tǒng)在電氣化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化及模塊化等方面提出了更高的要求，基于熔斷器或空氣斷路器和接觸器或繼電器進(jìn)行配電線路短路和過(guò)載保護(hù)的傳統(tǒng)配電系統(tǒng)無(wú)法更好的滿足船舶供電需求，迫切需要研制模塊化、智能化及網(wǎng)絡(luò)化的配電系統(tǒng)和設(shè)備來(lái)確保船舶供電的安全、高效和可靠。

近幾年來(lái)隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，配電自動(dòng)化程度越來(lái)越高，基于二次配電裝置的分布式智能配電系統(tǒng)在航空、航天、冶金等行業(yè)也愈發(fā)成熟。它采用先進(jìn)的模塊化二次配電裝置對(duì)用電負(fù)載進(jìn)行實(shí)時(shí)配電監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的智能化、可視化管理。

基于二次配電裝置的船舶分布式智能配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)用電負(fù)載的實(shí)時(shí)配電監(jiān)測(cè)與控制，并提供過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱保護(hù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)故障隔離與系統(tǒng)重構(gòu)，大大提高了配電可靠性、高效性、安全性；根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)實(shí)時(shí)自動(dòng)優(yōu)化配電系統(tǒng)，有利于對(duì)全船用電負(fù)載進(jìn)行控制和管理，節(jié)約了能源降低了噪聲；提高了配電系統(tǒng)的分布式自動(dòng)化程度，簡(jiǎn)化了業(yè)務(wù)流程，節(jié)約了人力資源。綜上所述，基于二次配電裝置的船舶分布式智能配電系統(tǒng)對(duì)保證船舶電氣化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化及模塊化具有深遠(yuǎn)意義[1–4]。

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

船舶大多采用干線-饋線式配電系統(tǒng)，在船舶動(dòng)力機(jī)艙安裝電站，在船舶各艙室配置不同等級(jí)電制的配電箱為用電負(fù)載供電，配電箱采用諸如熔斷器或空氣斷路器等繼電保護(hù)元器件進(jìn)行配電線路的過(guò)載、過(guò)熱和短路保護(hù)。船舶常規(guī)配電系統(tǒng)具有如下缺點(diǎn)：

1）配電線路較長(zhǎng)，導(dǎo)致線路壓降和損耗過(guò)大。配電線路必須先從船舶動(dòng)力機(jī)艙電站部位敷設(shè)到各艙室，同時(shí)對(duì)涉及安全性的繼電保護(hù)元器件遙控操作線路也必須敷設(shè)到駕駛艙或集控室等操作部位，因而配電線路又長(zhǎng)又重，線路壓降和損耗過(guò)大。

2）配電箱供電支路少，導(dǎo)致全船配電箱數(shù)量繁多。一個(gè)供電支路通過(guò)一個(gè)繼電保護(hù)元器件進(jìn)行配電保護(hù)，由于體積和重量的限制，配電箱的供電支路數(shù)設(shè)置有限。同時(shí)，為適應(yīng)全船用電設(shè)備的不同電制供電需求，必須配置大量不同等級(jí)電制的配電箱，諸如交流配電箱、直流220 V配電箱、直流24 V配電箱為、應(yīng)急配電箱。

3）配電箱體積和重量均較大。配電箱必須為熔斷器或空氣斷路器等繼電保護(hù)元器件、匯流排提供安裝空間，此外還必須考慮到配電箱內(nèi)部施工、維修和操作空間，從而影響配電箱的體積和重量資源占用。

4）配電箱繼電保護(hù)元器件的整定值往往需要在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)提前設(shè)定，并且設(shè)定后不易變更。當(dāng)配電箱供電支路工作電流發(fā)生改變時(shí)，可能需要重新制造熔斷器基座或重新選擇空氣斷路器，從而可能增加工程量和工程周期。

5）配電箱無(wú)供電支路的電流、電壓、功率因數(shù)、諧波等電量參數(shù)和電能品質(zhì)信號(hào)輸出。配電箱內(nèi)雖然配置有熔斷器或空氣斷路器等繼電保護(hù)元器件，但無(wú)法提供各供電支路電量測(cè)量信號(hào)，不能實(shí)現(xiàn)配電信息的可視化。

隨著航空航天技術(shù)的迅速發(fā)展，飛機(jī)配電系統(tǒng)逐步從常規(guī)配電系統(tǒng)發(fā)展到遙控配電系統(tǒng)、自動(dòng)配電系統(tǒng)。國(guó)產(chǎn)飛機(jī)通常采用遙控配電系統(tǒng)，它采用遙控?cái)嗦菲鱽?lái)實(shí)現(xiàn)駕駛艙對(duì)各艙室配電線路的遙控通斷和保護(hù)，減輕了配電線路電纜的重量。國(guó)外從20世紀(jì)60年代開(kāi)始進(jìn)行自動(dòng)配電系統(tǒng)的研究，它以飛機(jī)電氣系統(tǒng)處理機(jī)為控制中心，采用多路傳輸技術(shù)，通過(guò)匯流條控制器、負(fù)載管理中心、電氣遠(yuǎn)程終端、固態(tài)功率控制器、大電流機(jī)電混合式功率控制器對(duì)飛機(jī)電氣負(fù)載進(jìn)行自動(dòng)管理的配電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了配電系統(tǒng)的高度自動(dòng)化、智能化，操縱控制簡(jiǎn)單，電網(wǎng)重量大大減輕，維護(hù)也十分方便。20世紀(jì)80年代以后，美國(guó)先后在F-16，AH-64以及海軍LAMPS艦載直升機(jī)中充分使用了分布式配電及負(fù)載自動(dòng)管理技術(shù)，使飛機(jī)在可靠性、生存能力、可維護(hù)性以及靈活性等方面均有很大改善。國(guó)外新機(jī)型的代表，如F-22，F(xiàn)-35，空客A380和波音787，其供電系統(tǒng)由270V高壓直流發(fā)電系統(tǒng)、固態(tài)電氣邏輯系統(tǒng)和通用多路傳輸系統(tǒng)3大部分組成，采用了可編程的固態(tài)開(kāi)關(guān)、MIL-STD-1553B總線、微處理機(jī)和負(fù)載自動(dòng)管理、自檢測(cè)（HIT）和故障隔離、系統(tǒng)重構(gòu)來(lái)提高控制和保護(hù)供電系統(tǒng)的能力[5,6]。

近年來(lái)，隨著全電飛機(jī)（AEA）、全電船（AES）概念的提出和推廣，飛機(jī)、船舶用電設(shè)備和用電量需求劇增，對(duì)電源容量和供電品質(zhì)也提出了更高的要求。并且，船舶常規(guī)配電系統(tǒng)在可維護(hù)性、擴(kuò)展性、可靠性以及自動(dòng)化程度方面均無(wú)法適應(yīng)智慧船舶發(fā)展的需要，因而迫切要求采用先進(jìn)的分布式智能配電系統(tǒng)，來(lái)適應(yīng)新一代智慧船舶發(fā)展的性能要求[7–8]。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及工作原理

如圖1所示，船舶分布式智能配電系統(tǒng)在系統(tǒng)架構(gòu)上劃分為管理層（全船配電控制臺(tái)）、控制層（現(xiàn)場(chǎng)配電板）和設(shè)備層（負(fù)載），并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線或硬接線實(shí)現(xiàn)控制指令和運(yùn)行信息的交互。

圖1 船舶分布式智能配電系統(tǒng)基本系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig. 1 Basic system architecture diagram of the ship distributed intelligent power distribution system

管理層全船配電控制臺(tái)布置在船舶駕控室，對(duì)船舶分布式智能配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制?？刂茖痈髋撌椰F(xiàn)場(chǎng)配電板布置在各艙室，由信息接口單元和二次配電裝置SPDA（Second Power Distribution Assembly）組成，SPDA對(duì)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載進(jìn)行供電控制及配電保護(hù)，同時(shí)信息接口單元將電能參數(shù)信息通過(guò)雙冗余現(xiàn)場(chǎng)總線上傳至全艇信息傳輸網(wǎng)，供全船配電控制臺(tái)及其他現(xiàn)場(chǎng)配電板使用，現(xiàn)場(chǎng)配電板接受全船配電控制臺(tái)指令，對(duì)負(fù)載進(jìn)行直接供電控制。設(shè)備層負(fù)載布置在各艙室，包括直流、交流用電負(fù)載[9–10]。

如圖2所示，船舶分布式智能配電系統(tǒng)的工作原理及流程分為4個(gè)部分：

1）系統(tǒng)參數(shù)配置

全船配電控制臺(tái)、各艙室現(xiàn)場(chǎng)配電板通電，根據(jù)全船配電系統(tǒng)短路電流計(jì)算結(jié)果和用電負(fù)載過(guò)載、過(guò)熱和短路保護(hù)特性，在全船配電控制臺(tái)對(duì)各艙室現(xiàn)場(chǎng)配電板的SPDA進(jìn)行電流整定值設(shè)定，在全船配電控制臺(tái)對(duì)各艙室現(xiàn)場(chǎng)配電板的信息接口單元進(jìn)行通訊設(shè)置和參數(shù)配置。

2）供電控制及配電保護(hù)

操作人員通過(guò)全船配電控制臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)用電負(fù)載各供電支路進(jìn)行人工供電控制，各艙室現(xiàn)場(chǎng)配電板的SPDA根據(jù)工況需求和電流整定值對(duì)現(xiàn)場(chǎng)用電負(fù)載各供電支路進(jìn)行自動(dòng)供電控制及配電保護(hù)。

3）參數(shù)監(jiān)測(cè)

全船配電控制臺(tái)顯示信息接口單元通過(guò)雙冗余現(xiàn)場(chǎng)總線上傳的各供電支路電壓、電流、功率、效率、功率因數(shù)（僅交流負(fù)荷）、輸入端紋波（僅直流負(fù)荷）、輸入端諧波含量（僅交流負(fù)荷）等電能參數(shù)信息。

圖2 船舶分布式智能配電系統(tǒng)工作原理及流程圖Fig. 2 Working principle and flow chart of the ship distributed intelligent power distribution system

4）報(bào)警與故障處理

在觸摸屏、全船配電控制臺(tái)上通過(guò)聲光報(bào)警、文字形式正確反應(yīng)電氣元件發(fā)生的故障或者不正常運(yùn)行狀態(tài)，并迅速而有選擇性地下達(dá)指令切除故障。當(dāng)某一供電支路發(fā)生過(guò)載、過(guò)熱或短路等配電保護(hù)分?jǐn)鄷r(shí)，全船配電控制臺(tái)上顯示報(bào)警信息，并發(fā)出聲光報(bào)警。同時(shí)，全船配電控制臺(tái)對(duì)該故障支路進(jìn)行錄波，用于故障分析處理。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 全船配電控制臺(tái)

全船配電控制臺(tái)是船舶分布式智能配電系統(tǒng)的監(jiān)控指揮中心，對(duì)船舶分布式智能配電系統(tǒng)的各艙室現(xiàn)場(chǎng)配電板進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和報(bào)警，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)用電負(fù)載各供電支路的供電控制及配電保護(hù)。

全船配電控制臺(tái)采用多功能標(biāo)準(zhǔn)顯控臺(tái)，由顯示器、計(jì)算機(jī)、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)以及臺(tái)體結(jié)構(gòu)組成。此外，全船配電控制臺(tái)還設(shè)置有電源不間斷轉(zhuǎn)換模塊和應(yīng)急電源。

全船配電控制臺(tái)主要配置如下：

1）顯示器

采用可上下、左右旋轉(zhuǎn)的液晶顯示器，可滿足不同視角的顯示需求。

2）計(jì)算機(jī)

運(yùn)行前臺(tái)人機(jī)界面軟件和后臺(tái)任務(wù)處理程序，人機(jī)界面軟件提供現(xiàn)場(chǎng)用電負(fù)載各供電支路電能參數(shù)信息顯示界面、供電控制界面、電流整定值設(shè)定界面，任務(wù)處理程序用于完成現(xiàn)場(chǎng)用電負(fù)載各供電支路電能參數(shù)信息的實(shí)時(shí)計(jì)算和故障錄波。

3）電源不間斷轉(zhuǎn)換模塊

2路相互獨(dú)立的DC 24 V電源為全船配電控制臺(tái)提供不間斷供電，當(dāng)任意一路電源失電時(shí)，通過(guò)電源不間斷轉(zhuǎn)換模塊可不間斷轉(zhuǎn)換至另一路電源供電。

4）應(yīng)急電源

當(dāng)2路電源失電時(shí)，應(yīng)急電源為全船配電控制臺(tái)提供15 min應(yīng)急供電。

全船配電控制臺(tái)的組成示意圖如圖3所示。全船配電控制臺(tái)顯示現(xiàn)場(chǎng)用電負(fù)載各供電支路電能參數(shù)信息。當(dāng)某一供電支路發(fā)生過(guò)載、過(guò)熱或短路等配電保護(hù)分?jǐn)鄷r(shí)，全船配電控制臺(tái)上顯示報(bào)警信息，并發(fā)出聲光報(bào)警；同時(shí)，全船配電控制臺(tái)對(duì)該故障支路進(jìn)行錄波，用于故障分析處理。操作人員可通過(guò)全船配電控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)各艙室現(xiàn)場(chǎng)配電板SPDA的電流整定值設(shè)定、信息接口單元的通訊設(shè)置和參數(shù)配置、各艙室現(xiàn)場(chǎng)配電板SPDA的自動(dòng)供電控制及配電保護(hù)。

如圖4所示，全船配電控制臺(tái)具有運(yùn)行管理、控制與保護(hù)、輸入輸出等功能。運(yùn)行管理功能包括電能參數(shù)顯示、報(bào)警顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、幫助文檔（使用和維修）等功能，控制與保護(hù)功能包括推進(jìn)、輔機(jī)、照明等現(xiàn)場(chǎng)用電負(fù)載各供電支路進(jìn)行自動(dòng)供電控制及配電保護(hù)等功能，輸入輸出功能包括接收各供電支路電能參數(shù)信息、下達(dá)SPDA供電控制及配電保護(hù)指令等功能。

圖3 全船配電控制臺(tái)組成示意圖Fig. 3 Component schematic diagram of the ship power distribution console

圖4 全船配電控制臺(tái)功能示意圖Fig. 4 Function component schematic diagram of the ship power distribution console

3.2 現(xiàn)場(chǎng)配電板

現(xiàn)場(chǎng)配電板向現(xiàn)場(chǎng)用電負(fù)載各供電支路提供AC 220 V，AC 380 V，DC 24 V等多種電制的電源，由信息接口單元和SPDA組成，SPDA是現(xiàn)場(chǎng)配電板的重要組成部件，SPDA接收干線供電，向現(xiàn)場(chǎng)用電負(fù)載供電。根據(jù)各艙室用電負(fù)載的布置情況，單一現(xiàn)場(chǎng)配電板由一個(gè)信息接口單元和多個(gè)SPDA組成來(lái)保證區(qū)域供電，多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)配電板與全船配電控制臺(tái)、用電負(fù)載一起構(gòu)成船舶分布式智能配電系統(tǒng)。

3.2.1 二次配電裝置SPDA

SPDA的外形如圖5所示，其主要由匯流條、主控模塊、電源模塊、固態(tài)功率控制器SSPC（Solid State Power Controllers）模塊等組成，SPDA將干線提供的電能合理地分配到現(xiàn)場(chǎng)用電負(fù)載各供電支路。SPDA采用以SSPC為核心的數(shù)字式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配、控制和保護(hù)，并具有容錯(cuò)供電功能和負(fù)載自動(dòng)管理能力。

圖5 SPDA實(shí)物外形圖Fig. 5 Physical outside drawing of SPDA

SPDA組成示意圖如圖6所示。每一個(gè)SSPC模塊從SPDA匯流條取電，并提供一路供電。主控模塊內(nèi)供電控制和配電保護(hù)程序、整定值都保存在存儲(chǔ)模塊中，存儲(chǔ)模塊還為DSP控制器提供運(yùn)行所需的內(nèi)存。全船配電控制臺(tái)以現(xiàn)場(chǎng)總線方式與通信模塊進(jìn)行交互，可將SSPC配置信息、運(yùn)行狀態(tài)信息和各供電支路電能參數(shù)信息上傳全船配電控制臺(tái)，也可通過(guò)全船配電控制臺(tái)對(duì)存儲(chǔ)模塊中的整定值進(jìn)行在線設(shè)定或變更。

圖6 SPDA組成示意圖Fig. 6 Component schematic diagram of SPDA

SPDA的接口示意圖如圖7所示。SPDA內(nèi)部有多種電制的匯流條，分別從AC 220 V，AC 380 V，DC 24 V干線獲得電能，向區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)用電負(fù)載各支路供電。SPDA主控模塊根據(jù)全船配電控制臺(tái)下達(dá)的控制指令控制SSPC（Solid State Power Controllers）接通或斷開(kāi)，同時(shí)SSPC也可根據(jù)工況需求和電流整定值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供電控制及配電保護(hù)。SPDA主控模塊通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與全船配電控制臺(tái)通訊，將SSPC配置信息、運(yùn)行狀態(tài)信息和各供電支路電能參數(shù)信息上傳全船配電控制臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

圖7 SPDA接口示意圖Fig. 7 Interface schematic diagram of SPDA

SPDA具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）現(xiàn)場(chǎng)配電板采用分區(qū)供電，配電距離縮短，減少配電線路，從而減小線路壓降，降低損耗。

2）單一SPDA可提供多達(dá)40個(gè)通道，單一現(xiàn)場(chǎng)配電板可配置多個(gè)SPDA，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)用電負(fù)載供電支路數(shù)和可拓展性。

3）SPDA采用固態(tài)功率控制器件代替熔斷器和空氣斷路器等繼電保護(hù)元器件進(jìn)行通斷和保護(hù)，并采用電連接器供外部接線，可有效減小現(xiàn)場(chǎng)配電板的體積和重量。

4）現(xiàn)場(chǎng)用電負(fù)載各供電支路整定值可在線編程設(shè)定或變更，當(dāng)配電箱供電支路工作電流發(fā)生改變時(shí)整定值重新設(shè)定即可。

5）SPDA向全船配電控制臺(tái)上傳各供電支路的電流、電壓、功率因數(shù)、諧波等電量參數(shù)和電能品質(zhì)信息，實(shí)現(xiàn)配電信息的可視化。

3.2.1.1 SSPC模塊

SSPC模塊通過(guò)采用可編程MOSFET或IGBT等電力電子器件作為固態(tài)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)供電支路的接通和關(guān)斷，SSPC模塊既可根據(jù)全船配電控制臺(tái)控制指令進(jìn)行供電控制，也可根據(jù)設(shè)定的整定值進(jìn)行配電保護(hù)實(shí)現(xiàn)過(guò)載、過(guò)熱和短路等故障情況下供電支路的分?jǐn)?，切斷過(guò)載、過(guò)熱和短路電流。SSPC模塊還具有狀態(tài)結(jié)果指示、狀態(tài)信息通信總線報(bào)告功能，顯示SSPC模塊的通斷狀態(tài)，并將各供電支路電能參數(shù)信息上傳主控模塊。SSPC實(shí)物外形如圖8所示。SSPC接口關(guān)系如圖9所示。

3.2.1.2 主控模塊

圖8 SSPC實(shí)物外形圖Fig. 8 Physical outside drawing of SSPC

圖9 SSPC接口示意圖Fig. 9 Interface schematic diagram of SSPC

主控模塊主要由DSP控制器、存儲(chǔ)模塊、通信模塊、驅(qū)動(dòng)電路等部分組成。主控模塊接收SSPC模塊上傳的SSPC模塊通斷狀態(tài)和各供電支路電能參數(shù)信息，并上傳通訊網(wǎng)絡(luò)；主控模塊還根據(jù)SSPC模塊通斷狀態(tài)和設(shè)定的整定值，控制SSPC模塊固態(tài)開(kāi)關(guān)的接通和關(guān)斷；主控模塊還接受在線編程對(duì)各供電支路電流整定值的設(shè)定。典型主控模塊實(shí)物外形如圖10所示。

圖10 典型主控模塊實(shí)物外形圖Fig. 10 Physical outside drawing of typical master control module

4 試驗(yàn)與應(yīng)用

如圖11所示，船舶分布式智能配電試驗(yàn)系統(tǒng)由全船配電控制臺(tái)（試驗(yàn)樣機(jī)）、現(xiàn)場(chǎng)配電板（試驗(yàn)樣機(jī)）、模擬數(shù)據(jù)源計(jì)算機(jī)、負(fù)載模擬屏等幾部分組成，主要完成設(shè)備單機(jī)試驗(yàn)、系統(tǒng)接口檢查、系統(tǒng)功能性試驗(yàn)等半實(shí)物仿真試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

圖11 船舶分布式智能配電試驗(yàn)系統(tǒng)原理框圖Fig. 11 Working principle of the ship distributed intelligent power distribution experimental system

船舶分布式智能配電試驗(yàn)系統(tǒng)以全船配電控制臺(tái)試驗(yàn)樣機(jī)為中心，全船配電控制臺(tái)還是人機(jī)界面程序及任務(wù)處理程序的實(shí)物承載體，還是集成優(yōu)化設(shè)計(jì)成果最直接的體現(xiàn)；現(xiàn)場(chǎng)配電板利用現(xiàn)有的產(chǎn)品樣機(jī)，并進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，以滿足試驗(yàn)要求；配電系統(tǒng)的受控對(duì)象則采用配電系統(tǒng)負(fù)載模擬屏和配電系統(tǒng)模擬數(shù)據(jù)源計(jì)算機(jī)相結(jié)合的半實(shí)物方式共同實(shí)現(xiàn)[11–12]。

4.1 試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)

運(yùn)行管理層建設(shè)，主要包括全船配電控制臺(tái)試驗(yàn)樣機(jī)研制和人機(jī)界面程序、任務(wù)處理程序開(kāi)發(fā)。全船配電控制臺(tái)參照標(biāo)準(zhǔn)顯控臺(tái)開(kāi)展研制工作，顯控臺(tái)的硬件體系架構(gòu)相對(duì)成熟，在設(shè)備選型上采用商用成熟的工業(yè)級(jí)設(shè)備，主要目的是為了滿足功能實(shí)現(xiàn)的要求。軟件部分則采用軟件開(kāi)發(fā)研究的成果，在顯控臺(tái)進(jìn)行軟硬件集成化設(shè)計(jì)。

控制層建設(shè)，主要包括現(xiàn)場(chǎng)配電板、現(xiàn)場(chǎng)總線通道等。這部分設(shè)備的試驗(yàn)樣機(jī)可采用現(xiàn)有產(chǎn)品樣機(jī)，充分利用現(xiàn)有資源，并進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，以滿足試驗(yàn)要求，從而節(jié)約經(jīng)費(fèi)、縮短研制周期。

現(xiàn)場(chǎng)受控對(duì)象建設(shè)，主要采用半實(shí)物模擬仿真的形式，包括配電系統(tǒng)負(fù)載模擬屏和配電系統(tǒng)模擬數(shù)據(jù)源計(jì)算機(jī)。配電系統(tǒng)負(fù)載模擬屏以硬件實(shí)物的形式對(duì)配電系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行模擬，由模擬指示面板（含指示燈、數(shù)碼管、發(fā)光帶、開(kāi)關(guān)按鈕等）、觸摸式信息顯示屏、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、PLC控制系統(tǒng)等組成。其中，PLC控制系統(tǒng)具備雙冗余以太網(wǎng)接口、現(xiàn)場(chǎng)總線接口以及硬接線通道，實(shí)現(xiàn)與全船配電控制臺(tái)對(duì)外接口的匹配性。模擬數(shù)據(jù)源則用于對(duì)配電系統(tǒng)的其他運(yùn)行參數(shù)的仿真模擬，如電池監(jiān)測(cè)信息模擬、絕緣監(jiān)測(cè)信息模擬、主要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的耦合關(guān)系模擬等。模擬數(shù)據(jù)源采用LabView開(kāi)發(fā)，可充分發(fā)揮LabView強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和良好的集成通信能力。模擬數(shù)據(jù)源同配電系統(tǒng)負(fù)載模擬屏共同構(gòu)成配電系統(tǒng)綜合監(jiān)控的受控對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制流程的閉環(huán)，為配電系統(tǒng)綜合控制體系架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程、操控方法等方面的驗(yàn)證試驗(yàn)提供服務(wù)。

4.2 運(yùn)行試驗(yàn)

船舶分布式智能配電試驗(yàn)主要用于對(duì)船舶分布式智能配電系統(tǒng)體系架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程、人機(jī)界面、操控功能的綜合試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)分3個(gè)階段：設(shè)備單機(jī)試驗(yàn)、系統(tǒng)接口檢查、系統(tǒng)功能性試驗(yàn)。

設(shè)備單機(jī)試驗(yàn)階段：對(duì)全船配電控制臺(tái)（試驗(yàn)樣機(jī)）、現(xiàn)場(chǎng)配電板（試驗(yàn)樣機(jī)）等參試設(shè)備單機(jī)恢復(fù)進(jìn)行了一般性檢查、絕緣電阻檢查、工頻耐壓檢查、電壓波動(dòng)檢查、功耗檢查、供電電源切換檢查、應(yīng)急供電能力檢查、存儲(chǔ)容量檢查、冷卻接口檢查、電氣參數(shù)顯示檢查、供電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示功能檢查、SPDA分?jǐn)嗯c閉合控制功能檢查、SPDA匹配保護(hù)功能檢查、SPDA通信數(shù)據(jù)正確性檢查、查燈功能檢查等多項(xiàng)功能性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：參試設(shè)備接地電阻檢查、絕緣電阻、功耗等功能性能指標(biāo)檢查全部合格，長(zhǎng)時(shí)通電試驗(yàn)等單機(jī)試驗(yàn)全部合格，符合各設(shè)備研制要求和試驗(yàn)大綱的要求。

系統(tǒng)接口檢查階段：根據(jù)試驗(yàn)總圖連接好各參試設(shè)備、負(fù)載和儀表，按照試驗(yàn)實(shí)施細(xì)則的要求對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行接口檢查。試驗(yàn)結(jié)果表明：各設(shè)備之間接口與設(shè)計(jì)要求一致，連接良好；電纜與連接填料函的匹配性良好；參試測(cè)試儀器儀表連接良好。

系統(tǒng)功能性試驗(yàn)階段：根據(jù)試驗(yàn)實(shí)施細(xì)則的要求進(jìn)行了AC 220 V供電試驗(yàn)、AC 380 V供電試驗(yàn)、DC 24 V供電試驗(yàn)等電網(wǎng)運(yùn)行試驗(yàn)，并進(jìn)行系統(tǒng)帶負(fù)載連續(xù)長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：船舶分布式智能配電試驗(yàn)系統(tǒng)及各參試設(shè)備工作正常，配電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠；參試設(shè)備及電纜溫升無(wú)異常。

船舶分布式智能配電試驗(yàn)對(duì)船舶分布式智能配電系統(tǒng)體系架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程、人機(jī)界面、操控功能進(jìn)行充分試驗(yàn)驗(yàn)證。各參試設(shè)備經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證后可轉(zhuǎn)入上艇安裝階段，接受在實(shí)艇環(huán)境條件下，系泊試驗(yàn)和航行試驗(yàn)的進(jìn)一步考核。

5 結(jié) 語(yǔ)

基于二次配電裝置的船舶分布式智能配電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)用電負(fù)載的實(shí)時(shí)配電監(jiān)測(cè)與控制，并提供了過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱保護(hù)，大大提高了配電可靠性、高效性、安全性；有利于對(duì)全船用電負(fù)載進(jìn)行控制和管理，節(jié)約能源，降低噪聲；提高了配電系統(tǒng)的分布式自動(dòng)化程度，節(jié)約了人力資源。聯(lián)調(diào)試驗(yàn)和實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用表明，基于二次配電裝置的船舶分布式智能配電系統(tǒng)對(duì)保證船舶電氣化、智能化及模塊化具有深遠(yuǎn)意義。