一种新型船舶能量管理系统设计探究

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1、一种新型船舶能量管理系统设计探究　　摘要：随着综合电力系统技术及全电力船舶的发展，船舶能量管理系统的应用逐渐成为未来船舶发展的必然趋势。本文针对一类新型船舶能量管理系统研制过程中主要技术问题进行研究。能量管理系统信息网络采用硬线直连、双冗余现场总线和双冗余以太网混合的网络构架，以保证控制的可靠性；软件系统基于松散耦合的分层架构构建，利用动态耦合组件技术实现软件接口，建立了船舶能量管理系统公用信息模型，利用实时数据缓存技术来构建能量管理实时数据库。基于这些关键技术研发的能量管理系统保证了全电力船舶网络化

2、监控的实时性、有效性和可靠性。关键词：船舶能量管理系统；综合电力系统；公用信息模型；动态耦合中图分类号：U665.1文献标识码：A1引言随着综合电力系统（IntegratedPowerSystem，IPS）技术及全电力船舶[1]的发展，船舶能量管理系统（ShippingEnergyManagementSystem，SEMS）的应用逐渐成为未来船舶发展的必然趋势[2-5]。8船舶能量管理系统是船舶综合电力系统的管理中心，是综合电力系统的核心系统之一。随着船舶综合电力系统技术发展，电站容量、电力系统网络结

3、构形式都发生了变化，尤其是电力推进等高耗能系统的出现使电力的产生、分配、管理变得非常复杂，必须采用基于系统分析上的能量深层次管理方式。能量管理系统就是建立多级计算机网络，对船舶电站、电力系统、负载特别是电力推进系统等大功率负载进行综合计算分析，对电力系统的电网运行状况、安全情况、电能质量情况的监测、保护和管理，可实现能量的智能化调配，以保证能量供应的连续性、稳定性和经济性，提高船舶的续航力。本文对新型船舶能量管理系统研制过程中的主要技术问题进行研究，包括系统软硬件体系架构及实现的关键技术等，从而保证全

4、电力船舶网络化监控的实时性、有效性和可靠性。2船舶能量管理系统硬件架构研究船舶能量管理系统硬件总体框图如图1所图1船舶能量管理系统总体架构图示，系统信息网络采用硬线直连、双冗余现场总线和双冗余以太网混合的网络构架。即重要的信号线、控制线为硬线直连，如紧急停车控制线等；实时性要求比较高的信号采用具有实时优先级功能的现场总线，如操控台的车钟、多功能定义键、电站的机组控制器和电站区域控制器之间、负载区域控制器与采集单元之间采用现场总线连接。8能量管理模块上层通过双冗余以太网连接，其中连接交换机的主干网络采用

5、光纤以太网，各接入主干以太网的设备采用双冗余以太网连接。由于是环形主干网络，因此当环型链路上有一点发生断线时，自动开启备用线路，让系统恢复运行，切换时间小于500ms。交换机之间的两条链路采用链路聚合方式运行，在双倍增加带宽的同时，增加系统的冗余度，当一条链路发生断路故障，另一条链路仍可正常运行，保证交换机之间正常通讯。显控台是数据的融合中心和分析处理中心，作为功能软件的载体，完成能量管理的人机界面的显示、故障报警、运算分析、综合决策与控制等功能。主要包括配电及负载管理显控台、系统分析及安全管理显控台

6、、信息与网络管理显控台、电力推进显控台等。功能管理软件包括供配电管理、负载管理、安全管理、系统分析、电力GIS、信息网络管理6个功能模块。功能软件是在开放框架下应用开发、应用集成和系统运行的环境集合。它基于已成熟的行业技术标准，在异构分布环境（操作系统、网络、数据库）下提供透明、一致的信息访问和交互手段，对其上运行的应用进行管理，为应用提供服务，它提供统一的共享数据机制和设施，支持应用间协同工作。3船舶能量管理系统软件架构研究8能量管理系统软件的总体部署如下：集控室部署供配电及负载管理显控台、系统分析

7、及安全管理显控台、电力GIS与信息网络管理显控台、电力推进显控台及服务器；完成能量管理系统的人机交互功能；驾控室部署能量管理驾控室显控台，复显能量管理重要信息。能量管理系统软件系统的逻辑架构如图2所示。数据存储层是整个软件系统的数据支撑，其主要功能包括：通过外部环境接口，利用数据采集和处理组件从现场设备采集数据，按CIM（commoninformationmodel，通用信息模型）模型格式存储至数据库，或向现场设备发送指令；与服务层和应用层进行数据交互。服务层是CIS（componentinterfa

8、cespecification，组件接口规范）接口的实现层，从数据存储层读取数据，按一定的组件粒度，实现能量管理应用组件和公共应用组件，供应用层调用。应用层根据各功能模块的需求，调用服务层组件，实现能量管理平台的软件功能。图2能量管理系统软件架构图采用这种松散耦合结构优点在于：①每一显控台按配置需求分布式地进行业务线程计算和数据处理，提高操作端的响应速度。②数据存储功能由应用服务器完成，避免了当监控数据量较大时的数据拥挤和通信瓶颈问题。③当系统需求发生变