一种应用于舰船的智能配电管理系统及方法与流程

技术领域：

本发明属于舰船配电系统设备领域，具体涉及一种应用于舰船的智能配电管理系统及方法。

背景技术：

目前，传统船只负载设备的配电系统都是单独从总线取电，导致整船线缆网繁杂，混乱，单机供电排故困难。此外，在现有的船只配电系统中，没有针对单独负载的配电监测单元，导致出现问题时，仅仅做到系统层面分析，不能具体到各个负载设备，从而导致排故准确性太差，同时现有的配电系统中对配电负载的电气信息并没有自动记录存储功能，一旦发生问题，需要检查所有负载设备，排故工作量巨大。

技术实现要素：

基于现有技术的不足，本发明提出一种应用于舰船的智能配电管理系统及方法，其中，一种应用于舰船的智能配电管理系统，包括：功率转换单元及智能配电数据管理分析单元；

舰船电源分别与功率转换单元和智能配电数据管理分析单元相连接，功率转换单元与智能配电数据管理分析单元相连接；功率转换单元与负载相连接；智能配电数据管理分析单元通过以太网接口与控制中心连接；

所述功率转换单元，将舰船电源电压转换为所需要的电压，并为所有负载提供电源，同时将电气参数传递给智能配电数据管理分析单元；

智能配电数据管理分析单元，为整个系统的大脑中枢，监控并保存功率转换单元在输入或输出上的电气参数，完成电源的故障报警，提示负载设备在输入或输出上的电气参数存在的异常，以便于维修人员能及时发现故障、排除故障，从而降低了人员的排故工作量。

所述电气参数包括：功率转换单元对负载的输出电压、功率转换单元输入电压、功率转换单元对负载输出电压的频率、功率转换单元对负载输入电压的频率、功率转换单元对负载输出电压的谐波、功率转换单元对负载输出的开关量、功率转换单元对负载输出端的有功功率、功率转换单元对负载输出端的电流均方根值、功率转换单元对负载输出端的电流峰值、功率转换单元对负载输出端的电流峰峰值和功率转换单元对负载输出端的电流暂态能量。

所述功率转换单元包括：三相平衡控制模块、第一电源转换模块、保护模块；

三相平衡控制模块相连接与第一电源转换模块，第一电源转换模块与保护模块相连接；三相平衡控制模块、第一电源转换模块、保护模块分别与智能配电数据管理分析单元中数据采集模块相连接；

所述三相平衡控制模块，接收第一电源转换模块传递过来的转换后的交流电，并根据负载大小，将转换后的交流电进行三相平衡控制，使得三相电流或者电压达到平衡，并将控制后的三相交流电输出给第一电源转换模块；

所述第一电源转换模块，接收舰电三相交流电，将三相交流电转换为所需要的电压和频率的交流电，并将转换后的交流电输入三相平衡控制模块；

所述功率变换系统中三相平衡控制模块主要是满足后续无功补偿需要；由于舰船前端提供的三相输入电只有三根火线，没有零线，在三相火线输入经过第一电源转换模块后增加零线，提高系统工作的可靠性。

所述保护模块，根据检测到的第一电源转换模块输出电流电压，在第一电源转换模块的输出端配置电压和电流保护；

所述智能配电数据管理分析单元包括：第二电源转换模块、显示模块、数据采集模块、数据分析模块。

数据采集模块分别与显示模块与数据分析模块相连接，数据分析模块与显示模块相连接，第二电源转换模块分别与显示模块、数据采集模块和数据分析模块相连接；

所述第二电源转换模块，将从功率转换单元中保护模块输出的交流电，转换为显示模块与数据分析模块需要的电源，为显示模块与数据分析模块供电；

所述数据采集模块，使用传感器分别从功率转换模块采集电气参数，包括：功率转换单元对负载的输出电压、功率转换单元输入电压、功率转换单元对负载输出电压的频率、功率转换单元对负载输入电压的频率、功率转换单元对负载输出电压的谐波、功率转换单元对负载输出的开关量、功率转换单元对负载输出端的有功功率、功率转换单元对负载输出端的电流均方根值、功率转换单元对负载输出端的电流峰值、功率转换单元对负载输出端的电流峰峰值和功率转换单元对负载输出端的电流暂态能量。

所述数据分析模块，接收数据采集模块传递过来的所有电气参数，根据电气参数进行故障诊断，并将诊断后的报警信号传递给显示模块；

所述显示模块，利用表页方式，对接收数据采集模块传递过来所有电气参数和所述数据分析模块传递过来的警报信息进行显示。

第一电源转换模块，包括：第一主用变压器t1、第二主用变压器t2、第三主用变压器t3、备用变压器t4、总断路器qs1、总接触器km1、第一主用变压器接触器km2、第二主用变压器接触器km4、第三主用变压器接触器km6、第一备用变压器接触器km8、第二备用变压器接触器km9、第三备用变压器接触器km10、第一负载接触器km3、第二负载接触器km5、第三负载接触器km7、第四负载接触器km11、第五负载接触器km12、第六负载接触器km13、第一负载指示灯l1、第二负载指示灯l2、第三负载指示灯l3、第四负载指示灯l4、第五负载指示灯l5、第六负载指示灯l6、第一断路器dl1、第二断路器dl2、第三断路器dl3、第四断路器dl4、第五断路器dl5、第六断路器dl6；

所述总断路器qs1为三相断路器；

所述总接触器km1为三相接触器；

所述第一主用变压器接触器km2、第二主用变压器接触器km4、第三主用变压器接触器km6、第一备用变压器接触器km8、第二备用变压器接触器km9、第三备用变压器接触器km10、第一负载接触器km3、第二负载接触器km5、第三负载接触器km7、第四负载接触器km11、第五负载接触器km12、第六负载接触器km13均为两相接触器；

所述第一断路器dl1、第二断路器dl2、第三断路器dl3、第四断路器dl4、第五断路器dl5、第六断路器dl6均为两相断路器；

所述总断路器qs1三相输入端分别与舰船电源交流电a相、b相、c相连接，总断路器qs1三相输出端与总接触器km1三相输入端相连接，总接触器km1三相输出端即输出为交流电a相、b相、c相；两相第一断路器dl1输入端分别与总接触器km1三相输出端交流电a相、b相连接；两相第二断路器dl2输入端分别与总接触器km1三相输出端交流电b相、c相连接；两相第三断路器dl3输入端分别与总接触器km1三相输出端交流电a相、c相连接；两相第四断路器dl4输入端分别与总接触器km1三相输出端交流电a相、b相连接；两相第五断路器dl5输入端分别与总接触器km1三相输出端交流电b相、c相连接；两相第六断路器dl6输入端分别与总接触器km1三相输出端交流电a相、c相连接；

第一断路器dl1输出端分别与第一主用变压器接触器km2一端相连接，第一主用变压器接触器km2另一端与第一主用变压器t1原边相连接，主用变压器t1副边与第一负载接触器km3一端相连接，第一负载接触器km3另一端与第一负载指示灯l1串联，第一负载指示灯l1与第一负载并联；

第二断路器dl2输出端分别与第二主用变压器接触器km4一端相连接，第二主用变压器接触器km4另一端与第二主用变压器t2原边相连接，第二主用变压器t2副边与第二负载接触器km5一端相连接，第二负载接触器km5另一端与第三负载指示灯l3串联，第三负载指示灯l3与第二负载并联；

第三断路器dl3输出端分别与第三主用变压器接触器km6一端相连接，第三主用变压器接触器km6另一端与第三主用变压器t3原边相连接，第三主用变压器t3副边与第三负载接触器km7一端相连接，第三负载接触器km7另一端与第三负载指示灯l5串联，第三负载指示灯l5与第三负载并联；

第四断路器dl4输出端分别与第一备用变压器接触器km8连接点1与连接点3相连接，第五断路器dl5输出端分别与第二备用变压器接触器km9连接点1与连接点3相连接，第六断路器dl6输出端分别与第三备用变压器接触器km10连接点1与连接点3相连接，第一备用变压器接触器km8连接点2分别与第二备用变压器接触器km9连接点2第三和备用变压器接触器km10连接点2相连接，第二备用变压器接触器km9连接点2与备用变压器t4原边连接点1相连接；

第一备用变压器接触器km8连接点4分别与第二备用变压器接触器km9连接点4和第三备用变压器接触器km10连接点4相连接，第二备用变压器接触器km9连接点4与备用变压器t4原边连接点2相连接；

备用变压器t4副边连接点3分别与第四负载接触器km11连接点2、第五负载接触器km12连接点2和第六负载接触器km13连接点2相连接；备用变压器t4副边连接点4分别与第四负载接触器km11连接点4、第五负载接触器km12连接点4和第六负载接触器km13连接点4相连接；

第四负载接触器km11连接点1与连接点3之间连接有负载指示灯l2；第五负载接触器km12连接点1与连接点3之间连接有第四负载指示灯l4；第六负载接触器km13连接点1与连接点3之间连接有第六负载指示灯l6。

所述备用变压器t4的接入由备用开关的选择决定，当备用变压器t4作为第一变压器t1、第二变压器t2或第三变压器t3的备用时，通过备用开关将备用变压器连接至与相应变压器相同的两相线路上。

所述第一电源转换模块中每个断路器均带有过流保护；所述总接触器km1，由控制电路控制，在控制电路部分具有延时功能.

所述备用变压器切换过程如下：当第一备用变压器接触器km8接通时，第二备用变压器接触器km9、第三备用变压器接触器km10互斥断开，与之对应的第一主用变压器接触器km2也断开，此时，备用变压器替换为t1；当第二备用变压器接触器km9接通时，第一备用变压器接触器km8、第三备用变压器接触器km10互斥断开，与之对应的第二主用变压器接触器km4也断开，此时，备用变压器替换为t2；当第三备用变压器接触器km10接通时，第一备用变压器接触器km8、第二备用变压器接触器km9互斥断开，与之对应的第三主用变压器接触器km6也断开，此时，备用变压器替换为t3。

所述保护模块在变压器输出与负载所承载的每个设备之间设置有保护模块，每个保护模块能够根据现场实际情况，人工调整输出保护电流大小。

所述三相平衡控制模块，具体包括：智能无功功率补偿控制器hegu1、三相共补电容、三相分补电容器、智能低压复合开关、谐波滤波器、断路器；其中，所述三相共补电容，包括：第一三相共补电容c4、第二三相共补电容c5和第三三相共补电容c6；所述三相分补电容器，包括：第一三相分补电容c7、第二三相分补电容c8和第三三相分补电容c9；所述智能低压复合开关，包括：第一智能低压复合开关s1、第二智能低压复合开关s2和第三智能低压复合开关s3；所述谐波滤波器，包括第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3；所述断路器，均为单相断路器，包括，第一进线断路器l11、第二进线断路器l21和第三进线断路器l31、第四进线断路器n、第一谐波滤波器断路器qf1、第二谐波滤波器断路器qf2、第三谐波滤波器断路器qf3、第一共补电容断路器qf4、第二共补电容断路器qf5、第三共补电容断路器qf6、第一分补电容器断路器qf7、第二分补电容器qf8和第三分补电容器断路器qf9；

所述三相交流电l1相、l2相、l3相分别与第一进线断路器l11、第二进线断路器l21、第三进线断路器l31一端相连接，第一进线断路器l11、第二进线断路器l21、第三进线断路器l31另一端分别与智能无功功率补偿控制器hegu1三相输入端相连接，智能无功功率补偿控制器hegu1三相输出端分别与第一谐波滤波器断路器qf1、第二谐波滤波器断路器qf2、第三谐波滤波器断路器qf3一端相连接，第一谐波滤波器断路器qf1、第二谐波滤波器断路器qf2、第三谐波滤波器断路器qf3另一端分别与第一智能低压复合开关s1三相输入端相连接，第一智能低压复合开关s1三相输出分别与第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3一端相连接，第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3另一端分别与n线相连接；智能无功功率补偿控制器hegu1三相输出端分别与第一共补电容断路器qf4、第二共补电容断路器qf5和第三共补电容断路器qf6输入端相连接，第一共补电容断路器qf4、第二共补电容断路器qf5和第三共补电容断路器qf6另一端分别与第二智能低压复合开关s2三相输入端相连接，第二智能低压复合开关s2三相输出端第二相分别与第一三相共补电容c4和第三三相共补电容c6一端相连接，第一三相共补电容c4另一端分别与第二智能低压复合开关s2三相输出端第一相和第二三相共补电容c5一端相连接，第二三相共补电容c5另一端分别与第二智能低压复合开关s2三相输出端第三相和第三三相共补电容c6另一端相连接；智能无功功率补偿控制器hegu1三相输出端分别与第一分补电容器断路器qf7、第二分补电容器qf8和第三分补电容器断路器qf9输入端相连接，第一分补电容器断路器qf7、第二分补电容器qf8和第三分补电容器断路器qf9另一端分别与第三智能低压复合开关s3三相输入端相连接，第三智能低压复合开关s3三相输出端第二相分别与第一三相分补电容c7和第二三相分补电容c9一端相连接，第一三相分补电容c7另一端分别与第三智能低压复合开关s3三相输出端第一相和第二三相共补电容c8一端相连接，第二三相共补电容c8另一端分别与第三智能低压复合开关s3三相输出端第三相和第三三相共补电容c9另一端相连接；

所述电源转换模块2，包括：直流电源p1、第一pwm控制器c1、第二pwm控制器c2、第一集成电路c1、第二集成电路c2、第三集成电路c3、第四集成电路c4、第五集成电路c5、第一mos管n＿mos1和第二mos管n＿mos2；

直流电源p1分别与第一pwm控制器c1和第二pwm控制器c2输入端相连接，第一pwm控制器c1输出端输出第一直流电压，第二pwm控制器c2输出端输出第二直流电压，第二直流电压分别输入第一集成电路c1、第二集成电路c2、第三集成电路c3输入端中，第一集成电路c1、第二集成电路c2、第三集成电路c3输出端分别输出第三直流电压、第四直流电压、第五直流电压，第一直流电压输入到第一mos管n＿mos1输入端中，通过第五集成电路c5控制，与需供电模块第一输入端相连接，第二直流电压输入到第二mos管n＿mos2中，通过第四集成电路c4控制，与需供电模块第二输入端相连接；

所述数据采集模块中精密传感器，包括：温湿度传感器、电参数传感器；

所述数据分析模块，包括：arm控制芯片、ddr内存、nandflah闪存、usb2.0、usb转换接口、第一usb1、第二usb2、第三usb3、rs485、第一异步收发传输器uart1、第二异步收发传输器uart2、第三异步收发传输器uart3和第四异步收发传输器uart4；

所述arm控制芯片分别与ddr内存、nandflah闪存、usb2.0相连接，arm控制芯片同时与usb转换接口、第一异步收发传输器uart1、第二异步收发传输器uart2、第三异步收发传输器uart3和第四异步收发传输器uart4一端相连接；usb转换接口另一端分别与第一usb1、第二usb2、第三usb3相连接；第一异步收发传输器uart1、第二异步收发传输器uart2、第三异步收发传输器uart3另一端分别与第一usb1、第二usb2、第三usb3相连接，第四异步收发传输器uart4另一端与rs485相连接。

一种应用于舰船的智能配电管理方法，管理方法具体步骤如下：

步骤1：启动应用于舰船的智能配电管理系统；

步骤2：功率转换单元将待管理舰电电压转换为所需要的电压，并为所有负载提供电源，同时将电气参数传递给智能配电数据管理分析单元；

步骤3：智能配电数据管理分析单元，监控并保存各个负载设备在输入或输出上的电气参数，完成电源的故障报警，提示负载设备在输入或输出上的电气参数存在的异常。

所述数据分析模块，根据电气参数进行故障诊断，具体方法如下：

步骤30：选取各种负载在不同状态下的电压、电流、频率和功率作为特征输入，建立数组，如下：

x1＝负载电压；

x2＝负载电流；

x3＝电压频率；

x4＝功率；

建立数组{x1、x2、x3、x4……….}；

步骤31：给定m组正常状态下数据集x(1)，x(2)，..，x(m)和待测试数据xtest；

步骤32：通过密度函数判断，若待测试数据xtest为异常，则该待测试数据属于该组正常数据的概率小于某一设定数值ε，若待测试数据xtest为正常数据，则待测试数据属于该组正常数据的概率大于等于某一设定数值ε，具体公式如下：

即，当测试数据的p(xtest)小于ε时认为该数据为异常数据，相应的负载设备出现故障，当测试数据的p(xtest)大于等于ε时认为该数据为正常数据，相应的负载设备无故障；

所述密度函数采用高斯分布函数，其密度函数：

其中，n为采样数据数量。利用现有已知数据来预测总体中的均值μ和方差σ²的计算方法如下：

步骤33：当检测到待测试数据为异常数据时，发送报警信号给显示模块。

有益技术效果：

本发明提出一种应用于舰船的智能配电管理系统及方法，通过智能配电数据管理分析单元实时监控母线和各输出分路的和电压，与预设定的阈值行比较，判别各输出分路工作是否正常，预先发现某个分路的故障或隐患，避免个别分路过载时切断电源，造成整个机柜设备断电。

本发明针对舰船的智能配电管理系统，具有实时测量功能、实时显示功能、报警功能、三相平衡功能、远程联网功能、数据记录功能、温度监测功能、实时故障检测功能，基于以上综合的功能，当出现问题时，可以具体到对某个负载设备的报警，提高了准确度，不需要检查所有负载设备，大大减少了排故工作量。

附图说明：

图1为本发明实施例的一种应用于舰船的智能配电管理系统结构示意图；

图2为本发明实施例的第一电源转换模块逻辑电路图；

图3为本发明实施例的保护模块结构示意图；

图4为本发明实施例的三相平衡控制逻辑电路示意图；

图5为本发明实施例的第二电源转换模块示意图；

图6为本发明实施例的数据分析模块示意图；

图中：1-舰船电源，2-功率转换单元，3-三相平衡控制模块，4-第一电源转换模块，5-保护模块，6-负载，7-智能配电数据管理分析单元，8-数据采集模块，9-显示模块，10-数据分析模块，11-第二电源转换模块，12-控制中心。

具体实施方式：

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细介绍。

本发明公开了一种应用于舰船的智能配电系统。智能配电管理系统主要包括了功率变换系统和智能配电数据管理分析单元两部分。如附图1所示，包括：功率转换单元及智能配电数据管理分析单元；

舰船电源分别与功率转换单元和智能配电数据管理分析单元相连接，功率转换单元与智能配电数据管理分析单元相连接；功率转换单元与负载相连接；智能配电数据管理分析单元通过以太网接口与控制中心连接；

所述功率转换单元，将舰船电源电压转换为所需要的电压，并为所有负载提供电源，同时将电气参数传递给智能配电数据管理分析单元；完成380v向220v的电压转换；

智能配电数据管理分析单元，为整个系统的大脑中枢，监控并保存各个负载设备在输入或输出上的电气参数，完成电源的故障报警，提示负载设备在输入或输出上的电气参数存在的异常，以便于维修人员能及时发现故障、排除故障，从而降低了人员的排故工作量。

所述功率转换单元包括：三相平衡控制模块、第一电源转换模块、保护模块；

三相平衡控制模块相连接与第一电源转换模块，第一电源转换模块与保护模块相连接；三相平衡控制模块、第一电源转换模块、保护模块分别与智能配电数据管理分析单元中数据采集模块相连接；

所述三相平衡控制模块，接收第一电源转换模块传递过来的转换后的交流电，并根据负载大小，将转换后的交流电进行三相平衡控制，使得三相电流或者电压达到平衡，并将控制后的三相交流电输出给第一电源转换模块；

所述第一电源转换模块，接收舰电三相交流电，将三相交流电转换为所需要的电压和频率的交流电，并将转换后的交流电输入三相平衡控制模块；第一电源转换模块的输出和输入端都有电源品质监控模块，用于检测电压、电压频率、开关模拟量、脉冲及开关量电压电气参数的信号，并且把信号传给智能配电管理分析仪的数据采集模块；接收待管理舰电三相380vac交流电，并将三相交流电转换为所需要的电压220vac和频率50hz的交流电，并根据负载大小将转换后的交流电输入三相平衡控制模块；

所述功率变换系统中三相平衡控制模块主要是满足后续无功补偿需要；由于舰船前端提供的三相输入电只有三根火线，没有零线，在三相火线输入经过电源转换模块1后增加零线，提高系统工作的可靠性。

所述保护模块，根据检测到的第一电源转换模块输出电流电压，在第一电源转换模块的输出端配置电压和电流保护；

所述智能配电数据管理分析单元包括：第二电源转换模块、显示模块、数据采集模块、数据分析模块。

数据采集模块分别与显示模块与数据分析模块相连接，数据分析模块与显示模块相连接，第二电源转换模块分别与显示模块、数据采集模块和数据分析模块相连接；

所述第二电源转换模块，将从功率转换单元中保护模块输出的交流电，转换为显示模块与数据分析模块需要的电源，为显示模块与数据分析模块供电；

所述数据采集模块，从功率转换模块输入输出中采集电气参数，包括：功率转换单元对负载的输出电压、功率转换单元输入电压、功率转换单元对负载输出电压的频率、功率转换单元对负载输出电压的谐波、功率转换单元对负载输出的开关量、功率转换单元对负载输出端的有功功率、功率转换单元对负载输出端的电流均方根值、功率转换单元对负载输出端的电流峰值、功率转换单元对负载输出端的电流峰峰值和功率转换单元对负载输出端的电流暂态能量。单相电参数数据综合采集模块使用型号为eda9011d的精密传感器，三相电参数采集模块采用型号为eda9033d的精密传感器。温湿度传感器采用sht75单芯片传感器。

其中，功率转换单元对负载的输出电压为图1内2功率转换单元对6负载的15路220vac输出处的电压，功率转换单元输入电压为功率转换单元内部模块第一电源转换模块的380vac输入处的电压；功率转换单元对负载输出电压的频率包括图1内2功率转换单元对6负载的15路220vac输出处的电压频率，功率转换单元对负载输入电压的频率为功率转换单元内部模块第一电源转换模块的380vac输入处的电压频率；功率转换单元对负载输出电压的谐波为图1内2功率转换单元对6负载的15路220vac输出处的电压谐波；脉冲量主要来自功率转换单元内部的保护模块，其为主要功能是测试保护模块中电表转盘转动的圈数，从而得到整个系统的用电量，功率转换单元对负载输出端的有功功率，在图1所示的功率转换单元中15路220vac输出端都会安装单相电参数采集模块eda9011d，从该传感器中可以得到该路的有功功率；功率转换单元对负载输出端的电流均方根值在图1所示的功率转换单元中15路220vac输出端都会安装单相电参数采集模块eda9011d，从该传感器中可以得到该路的电流均方根值；功率转换单元对负载输出端的电流峰值，图1所示的功率转换单元中15路220vac输出端都会安装单相电参数采集模块eda9011d，从该传感器中可以得到该路的电流峰值；功率转换单元对负载输出端的电流峰峰值图1所示的功率转换单元中15路220vac输出端，都会安装单相电参数采集模块eda9011d，从该传感器中可以得到该路的电流峰峰值；功率转换单元对负载输出端的电流暂态能量图1所示的功率转换单元中15路220vac输出端都会安装单相电参数采集模块eda9011d，从该传感器中可以得到该路的电流暂态能量值；将采集的电气参数传递给数据分析模块和显示模块；并将采集的电气参数传递给数据分析模块和显示模块；

所述数据分析模块，接收数据采集模块传递过来的所有电气参数，根据电气参数进行故障诊断，并将诊断后的报警信号传递给显示模块；

所述显示模块，利用表页方式，对接收数据采集模块传递过来所有电气参数和所述数据分析模块传递过来的警报信息进行显示。

智能配电监控系统通过智能配电数据管理分析单元实时监控母线和各输出分路的电流和电压，与人工设定的阈值进行比较，判别各输出分路工作是否正常，预先发现某个分路的故障或隐患，避免个别分路过载时切断电源，造成整个机柜设备断电。并且智能配电管理数据分析仪通过其10m/100m自适应以太网接口与控制中心(自检测试系统)的计算机系统联网，从而可以实现对各供配电回路的电压、电流、频率、电度量电参数进行远程监测以及对断路器的分合状态、故障信息进行监视、对断路器的分合状态进行控制。

第一电源转换模块，如图2所示，包括：第一主用变压器t1、第二主用变压器t2、第三主用变压器t3、备用变压器t4、总断路器qs1、总接触器km1、第一主用变压器接触器km2、第二主用变压器接触器km4、第三主用变压器接触器km6、第一备用变压器接触器km8、第二备用变压器接触器km9、第三备用变压器接触器km10、第一负载接触器km3、第二负载接触器km5、第三负载接触器km7、第四负载接触器km11、第五负载接触器km12、第六负载接触器km13、第一负载指示灯l1、第二负载指示灯l2、第三负载指示灯l3、第四负载指示灯l4、第五负载指示灯l5、第六负载指示灯l6、第一断路器dl1、第二断路器dl2、第三断路器dl3、第四断路器dl4、第五断路器dl5、第六断路器dl6；

所述总断路器qs1为三相断路器；

所述总接触器km1为三相接触器；

所述第一主用变压器接触器km2、第二主用变压器接触器km4、第三主用变压器接触器km6、第一备用变压器接触器km8、第二备用变压器接触器km9、第三备用变压器接触器km10、第一负载接触器km3、第二负载接触器km5、第三负载接触器km7、第四负载接触器km11、第五负载接触器km12、第六负载接触器km13均为两相接触器；

所述第一断路器dl1、第二断路器dl2、第三断路器dl3、第四断路器dl4、第五断路器dl5、第六断路器dl6均为两相断路器；

所述总断路器qs1三相输入端分别与舰船电源交流电a相、b相、c相连接，总断路器qs1三相输出端与总接触器km1三相输入端相连接，总接触器km1三相输出端即输出为交流电a相、b相、c相；两相第一断路器dl1输入端分别与总接触器km1三相输出端交流电a相、b相连接；两相第二断路器dl2输入端分别与总接触器km1三相输出端交流电b相、c相连接；两相第三断路器dl3输入端分别与总接触器km1三相输出端交流电a相、c相连接；两相第四断路器dl4输入端分别与总接触器km1三相输出端交流电a相、b相连接；两相第五断路器dl5输入端分别与总接触器km1三相输出端交流电b相、c相连接；两相第六断路器dl6输入端分别与总接触器km1三相输出端交流电a相、c相连接；

第一断路器dl1输出端分别与第一主用变压器接触器km2一端相连接，第一主用变压器接触器km2另一端与第一主用变压器t1原边相连接，主用变压器t1副边与第一负载接触器km3一端相连接，第一负载接触器km3另一端与第一负载指示灯l1串联，第一负载指示灯l1与第一负载并联；

第二断路器dl2输出端分别与第二主用变压器接触器km4一端相连接，第二主用变压器接触器km4另一端与第二主用变压器t2原边相连接，第二主用变压器t2副边与第二负载接触器km5一端相连接，第二负载接触器km5另一端与第三负载指示灯l3串联，第三负载指示灯l3与第二负载并联；

第三断路器dl3输出端分别与第三主用变压器接触器km6一端相连接，第三主用变压器接触器km6另一端与第三主用变压器t3原边相连接，第三主用变压器t3副边与第三负载接触器km7一端相连接，第三负载接触器km7另一端与第三负载指示灯l5串联，第三负载指示灯l5与第三负载并联；

第四断路器dl4输出端分别与第一备用变压器接触器km8连接点1与连接点3相连接，第五断路器dl5输出端分别与第二备用变压器接触器km9连接点1与连接点3相连接，第六断路器dl6输出端分别与第三备用变压器接触器km10连接点1与连接点3相连接，第一备用变压器接触器km8连接点2分别与第二备用变压器接触器km9连接点2第三和备用变压器接触器km10连接点2相连接，第二备用变压器接触器km9连接点2与备用变压器t4原边连接点1相连接；

第一备用变压器接触器km8连接点4分别与第二备用变压器接触器km9连接点4和第三备用变压器接触器km10连接点4相连接，第二备用变压器接触器km9连接点4与备用变压器t4原边连接点2相连接；

备用变压器t4副边连接点3分别与第四负载接触器km11连接点2、第五负载接触器km12连接点2和第六负载接触器km13连接点2相连接；备用变压器t4副边连接点4分别与第四负载接触器km11连接点4、第五负载接触器km12连接点4和第六负载接触器km13连接点4相连接；

第四负载接触器km11连接点1与连接点3之间连接有负载指示灯l2；第五负载接触器km12连接点1与连接点3之间连接有第四负载指示灯l4；第六负载接触器km13连接点1与连接点3之间连接有第六负载指示灯l6。

所述备用变压器t4的接入由备用开关的选择决定，当备用变压器t4作为第一变压器t1、第二变压器t2或第三变压器t3的备用时，通过备用开关将备用变压器连接至与相应变压器相同的两相线路上。

所述第一电源转换模块中每个断路器均带有过流保护；所述总接触器km1，由控制电路控制，在控制电路部分具有延时功能.

所述备用变压器切换过程如下：当第一备用变压器接触器km8接通时，第二备用变压器接触器km9、第三备用变压器接触器km10互斥断开，与之对应的第一主用变压器接触器km2也断开，此时，备用变压器替换为t1；当第二备用变压器接触器km9接通时，第一备用变压器接触器km8、第三备用变压器接触器km10互斥断开，与之对应的第二主用变压器接触器km4也断开，此时，备用变压器替换为t2；当第三备用变压器接触器km10接通时，第一备用变压器接触器km8、第二备用变压器接触器km9互斥断开，与之对应的第三主用变压器接触器km6也断开，此时，备用变压器替换为t3。

所述第一电源转换模块中每个断路器均带有过流保护；所述总接触器km1，由控制电路控制，在控制电路部分具有延时功能.

功率变换系统中的第一电源转换模块主要由变压器、断路器、接触器、指示灯和用于控制的开关电源组成。具体逻辑电路如图2所示，由于前端提供的三相电只有三根火线，没有零线，同时考虑到系统工作的可靠性时间，在三相火线输入经过变压器后，增加零线，满足后续无功补偿需要。基本原理如下：图2中t1、t2、t3为主用变压器，是将380v电压转换为220v电压的主要元件，t4为备用变压器，与主用变压器功能参数完全一致，当某一个主用变压器损坏时，可以通过开关切换迅速替换。其中t1接ab相，t2接bc相，t3接ac相。t4的接入由备用开关的选择决定，当选择为备用1时，接ab相，当选择为备用2时，接bc相，当选择为备用3时，接ac相，qs1为整个设备的总断路器，当qs1接通时，整个设备供电，控制系统工作，才能为后续负载提供电源。dl1、dl2、dl3分别为t1、t2、t3的断路器，按照每个变压器提供10kw的功率计算，每个断路器均带有30a的过流保护。dl4、dl5、dl6为备用变压器的控制断路器，分别接至a、b相，b、c相和a、c相。同时，按照变压器提供10kw的功率计算，带有30a的过流保护。

km1为总接触器，由控制电路控制，当接触器接通时，后续部分工作，同时在控制电路部分也增加了相应的延时控制，可以保护整个设备突然启停的冲击。

km2、km4、km6分别为对应t1、t2、t3的接触器，同样由控制电路控制，与控制备用变压器的接触器保持互斥关系。

km3、km5、km7分别为对应第一负载、第二负载、第三负载的接触器，同样由控制电路控制，与控制备用变压器的接触器保持互斥关系；

km8、km9、km10备用变压器的接触器，当km8接通时，km9、km10互斥断开，与之对应的km2也断开，此时，备用变压器替换为t1；当km9接通时，km8、km10互斥断开，与之对应的km4也断开，此时，备用变压器替换为t2；当km10接通时，km8、km9互斥断开，与之对应的km6也断开，此时，备用变压器替换为t3。

l1、l3、l5以及备用负载指示l2、备用负载指示l4、备用负载指示l6均为指示灯，用于指示整个设备的用电情况。

为了防止误操作或者电网不稳造成的突然断电加电对后续设备造成冲击，因此在转换控制电路中必须增加防冲击保护电路；同时，为了保证备用变压器替换不出现冲突，在设计中增加备用变压器替换互斥逻辑电路。

按照设备要求功能，控制面板设计有按钮和三个旋钮开关，用于备用电路的切换，故障显示，并配置了相应的指示灯，用于指示整个设备的供电情况。

在变压器的设计上我们设计主用变压器以及一个备用变压器，主用变压器用于平时的正常工作，备用变压器用于保障当其中有变压器损坏时设备能正常提供电源输出。在整个设计中，每一路负载都设置了独立的开、关按钮，用旋钮开关切换至备用，以防止误操作。根据原理图可知，打开备用变压器时，可完全替代相应的变压器，同时，当三个备用开关都打开时，只有第一次打开的操作有效，在备用替换的过程中三组替换是互斥的，只有一组有效，保证设备的安全性。

所述保护模块在变压器输出与负载所承载的每个设备之间设置有保护模块，每个保护模块能够根据现场实际情况，人工调整输出保护电流大小，如图3所示。

功率变换系统中的保护模块可根据现场实际情况调整输出保护电流大小，实现设备的通用性。

保护模块主要由低压断路器等组成。低压断路器是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压过载和短路保护的电器，当它们发生严重的过载或短路及欠电压等故障时能自动切断电路，对电源线路等实行保护。当电路发生短路或严重过载时，断路器的过电流脱扣器的衔铁被吸合，使自动脱扣器机构动作；当电路过载时，过载脱扣器的热元件产生的热量增加，使双金属片向上弯曲，推动自动脱扣器机构动作；当电路失压时，失压脱扣器的衔铁释放，也使自动脱扣器机构动作。

所述三相平衡控制模块，如图4所示，具体包括：智能无功功率补偿控制器hegu1、三相共补电容、三相分补电容器、智能低压复合开关、谐波滤波器、断路器；其中，所述三相共补电容，包括：第一三相共补电容c4、第二三相共补电容c5和第三三相共补电容c6；所述三相分补电容器，包括：第一三相分补电容c7、第二三相分补电容c8和第三三相分补电容c9；所述智能低压复合开关，包括：第一智能低压复合开关s1、第二智能低压复合开关s2和第三智能低压复合开关s3；所述谐波滤波器，包括第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3；所述断路器，均为单相断路器，包括，第一进线断路器l11、第二进线断路器l21和第三进线断路器l31、第四进线断路器n、第一谐波滤波器断路器qf1、第二谐波滤波器断路器qf2、第三谐波滤波器断路器qf3、第一共补电容断路器qf4、第二共补电容断路器qf5、第三共补电容断路器qf6、第一分补电容器断路器qf7、第二分补电容器qf8和第三分补电容器断路器qf9；

所述三相交流电l1相、l2相、l3相分别与第一进线断路器l11、第二进线断路器l21、第三进线断路器l31一端相连接，第一进线断路器l11、第二进线断路器l21、第三进线断路器l31另一端分别与智能无功功率补偿控制器hegu1三相输入端相连接，智能无功功率补偿控制器hegu1三相输出端分别与第一谐波滤波器断路器qf1、第二谐波滤波器断路器qf2、第三谐波滤波器断路器qf3一端相连接，第一谐波滤波器断路器qf1、第二谐波滤波器断路器qf2、第三谐波滤波器断路器qf3另一端分别与第一智能低压复合开关s1三相输入端相连接，第一智能低压复合开关s1三相输出分别与第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3一端相连接，第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3另一端分别与n线相连接；智能无功功率补偿控制器hegu1三相输出端分别与第一共补电容断路器qf4、第二共补电容断路器qf5和第三共补电容断路器qf6输入端相连接，第一共补电容断路器qf4、第二共补电容断路器qf5和第三共补电容断路器qf6另一端分别与第二智能低压复合开关s2三相输入端相连接，第二智能低压复合开关s2三相输出端第二相分别与第一三相共补电容c4和第三三相共补电容c6一端相连接，第一三相共补电容c4另一端分别与第二智能低压复合开关s2三相输出端第一相和第二三相共补电容c5一端相连接，第二三相共补电容c5另一端分别与第二智能低压复合开关s2三相输出端第三相和第三三相共补电容c6另一端相连接；智能无功功率补偿控制器hegu1三相输出端分别与第一分补电容器断路器qf7、第二分补电容器qf8和第三分补电容器断路器qf9输入端相连接，第一分补电容器断路器qf7、第二分补电容器qf8和第三分补电容器断路器qf9另一端分别与第三智能低压复合开关s3三相输入端相连接，第三智能低压复合开关s3三相输出端第二相分别与第一三相分补电容c7和第二三相分补电容c9一端相连接，第一三相分补电容c7另一端分别与第三智能低压复合开关s3三相输出端第一相和第二三相共补电容c8一端相连接，第二三相共补电容c8另一端分别与第三智能低压复合开关s3三相输出端第三相和第三三相共补电容c9另一端相连接；

功率变换系统中的三相平衡模块为提高系统电能质量和供电效率，采用就地平衡，减少从用电设备到各级电网之间传输无功而产生的电能损耗，节约电力资。无功率补偿主接线图如图4所示。三相平衡控制电路主要是设智能无功功率补偿控制器、三相共补电容、三相分补电容器、智能低压复合开关。为保证补偿效果，采用三相电容容量分级补偿与三相混合补偿补相结合的补偿方式和无触点控制式。其中三相分级补偿指的是对每一相进行补偿，如图4中开关s1所控制的开关电路，s1中采用功率管mosfet，当检测到其中一相电路l11与中性线n之间有电流时，qf1会开通，s1中开关也会打开，此时，电流会进入到相应的补偿电容c1，同理当其他两相需要补偿时，相应的开关打开电容吸收电流。三相混合补偿补相结合方式指的是相间补偿，如图4中，当三相负载不平衡时，在每两相之间会存在相间电流，此时s2开关打开，对应的qf4～qf5打开，从而吸收相应的相间电流。其中s3为s2的备份。

抵押智能复合开关可以实现导通期间无电能损耗，无浪涌电流，实现零切换功能。对电容和电网无冲击，大幅提高电容器的寿命和系统稳定性。

所述第二电源转换模块，如图5所示，包括：直流电源p1、第一pwm控制器c1、第二pwm控制器c2、第一集成电路c1、第二集成电路c2、第三集成电路c3、第四集成电路c4、第五集成电路c5、第一mos管n＿mos1和第二mos管n＿mos2；

直流电源p1分别与第一pwm控制器c1和第二pwm控制器c2输入端相连接，第一pwm控制器c1输出端输出第一直流电压，第二pwm控制器c2输出端输出第二直流电压，第二直流电压分别输入第一集成电路c1、第二集成电路c2、第三集成电路c3输入端中，第一集成电路c1、第二集成电路c2、第三集成电路c3输出端分别输出第三直流电压、第四直流电压、第五直流电压，第一直流电压输入到第一mos管n＿mos1输入端中，通过第五集成电路c5控制，与需供电模块第一输入端相连接，第二直流电压输入到第二mos管n＿mos2中，通过第四集成电路c4控制，与需供电模块第二输入端相连接；

所述数据采集模块中精密传感器，包括：温湿度传感器、电参数传感器；

所述数据分析模块，如图6所示，包括：arm控制芯片、ddr内存、nandflah闪存、usb2.0、usb转换接口、第一usb1、第二usb2、第三usb3、rs485、第一异步收发传输器uart1、第二异步收发传输器uart2、第三异步收发传输器uart3和第四异步收发传输器uart4；

所述arm控制芯片分别与ddr内存、nandflah闪存、usb2.0相连接，arm控制芯片同时与usb转换接口、第一异步收发传输器uart1、第二异步收发传输器uart2、第三异步收发传输器uart3和第四异步收发传输器uart4一端相连接；usb转换接口另一端分别与第一usb1、第二usb2、第三usb3相连接；第一异步收发传输器uart1、第二异步收发传输器uart2、第三异步收发传输器uart3另一端分别与第一usb1、第二usb2、第三usb3相连接，第四异步收发传输器uart4另一端与rs485相连接。

数据处理单元选择三星arm11核心芯片s3c6410，该芯片具有丰富接口、低功耗等特点，适合智能一体化配电柜的功能需求。其中采用的芯片型号如下：

1)arm处理器：芯片型号为：三星s3c6410；

2)内存：容量512mb，芯片型号：三星k4x1g163pc-l(f)e/g；

3)nandflash：容量512mb，芯片型号：k9f2g08u0c-pcb0，本系统

的u-boot和操作系统将存放在nandflash里面；

4)usb：使用gl850a的usbhub，是原来的1个usb1.1host，扩展位4

个usb1.1host，其中3个到minipcieslot，一个引出标准接口。同时可以

以引出一个usb2.0otg接口；

5)lan：网络使用16bitsdram接口转标准10m/100mbps的网络芯片

dm9000a；

6)uart：2个ttluart(接到minipcieslot),一个rs485，一个rs232；

7)minipcie:为扩展模块易连接，易更换，采用52pin的标准minipcieslot

接口，该接口包含usb1.1信号和ttluart信号。共3个接口。数据单元

框图如图6：

一种应用于舰船的智能配电管理方法，管理方法具体步骤如下：

步骤1：启动应用于舰船的智能配电管理系统；

步骤2：功率转换单元将待管理舰电电压转换为所需要的电压，并为所有负载提供电源，同时将电气参数传递给智能配电数据管理分析单元；

步骤3：智能配电数据管理分析单元，监控并保存各个负载设备在输入或输出上的电气参数，完成电源的故障报警，提示负载设备在输入或输出上的电气参数存在的异常。

所述数据分析模块，根据电气参数进行故障诊断，具体方法如下：

步骤30：选取各种负载在不同状态下的电压、电流、频率和功率作为特征输入，建立数组，如下：

x1＝负载电压；

x2＝负载电流；

x3＝电压频率；

x4＝功率；

建立数组{x1、x2、x3、x4……….}；

步骤31：给定m组正常状态下数据集x(1)，x(2)，..，x(m)和待测试数据xtest；

步骤32：通过密度函数判断，若待测试数据xtest为异常，则该待测试数据属于该组正常数据的概率小于某一设定数值ε，若待测试数据xtest为正常数据，则待测试数据属于该组正常数据的概率大于等于某一设定数值ε，具体公式如下：

即，当测试数据的p(xtest)小于ε时认为该数据为异常数据，相应的负载设备出现故障，当测试数据的p(xtest)大于等于ε时认为该数据为正常数据，相应的负载设备无故障；

所述密度函数采用高斯分布函数，其密度函数：

其中，n为采样数据数量。利用现有已知数据来预测总体中的均值μ和方差σ²的计算方法如下：

步骤33：当检测到待测试数据为异常数据时，发送报警信号给显示模块。

步骤33：当检测到待测试数据为异常数据时，发送报警信号给显示模块。

同时，智能配电数据管理分析单元还会记录各种电压电流温度等参数，并在此参数数据基础上做进一步的分析，从而挖掘出各个负载设备的状态，从而做到每个设备的全寿命保障跟踪。

整个智能配电系统主要是提供15路ac220v50hz电源，具有冗余功能，并且电源品质能够监测。具体体现在：

(1)实时测量功能

在线测量母线电压、电流、有功功率、无功功率、电网频率、功率因数、电能；在线测量检测断路器工作状态。

(2)实时显示功能

用表页方式实时显示三相电压、三相电流、电源频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、基波有功、谐波有功、负载百分比、总电量、柜内温湿度等参数。

(3)报警功能

三相电压、三相电流、缺相、掉电、三相不平衡度、柜内温湿度、变压器温升等超限值报警，支路电流超限、开关状态异常、支路开关温升异常等过载、短路，漏电、断相、欠电压等故障发生时。

(4)三相平衡功能

根据设备负载三相不平衡度来调整设备负载分配器件的相位，降低三相不平衡对设备和全舰供电系统的影响。

(5)远程联网功能

提供10m/100m自适应以太网接口，根据配置要求向管理中心发送配电柜的实时工作状态，接收管理中心的参数调整指令。

(6)数据记录功能

以循环方式把采集到的信息存储在flash上，始终保留最近的采集的信息。

(7)温度监测功能

功率变换系统中的配电开关，随着使用时间的推移，会出现触点老化、接触不良等现象，从外观看难以判断，不能有效保证其正常工作。通过在开关的输入端设置温度传感器，其中温度传感器采用sht75单芯片传感器，当开关因大电流、老化、接触不良等原因而造成温度升高时，进行报警，从而避免因开关温度过高烧毁、线路起火等安全隐患，保障配电柜安全、可靠地运行。

(8)实时故障检测功能

系统具备实时故障检测功能，各功能单元如果发生故障，通过故障检测，产生一个故障代码,即将所有故障均编码，产生哪个故障，对应传递出来哪个故障代码，通过10m/100m自适应以太网接口把故障检测结果发给管理中心发，让使用人员可以准确快速地判断故障原因及其故障部位，缩短故障处理时间。

智能配电数据管理分析单元中的数据采集模块主要通过温湿度传感器、电参数传感器、数据采集模块组成，主要功能是将系统内部的工作温湿度，各输入输出回路电源的电压、电流、频率、功率、谐波等电参数通过精密传感器进行采集和处理，最后送到数据分析模块分析和贮存。

单相电参数采集模块采用eda9011d智能型单相电参数数据综合采集模块，该模块可以准确测量单相交流电路中的电压、电流(真有效值)、有功功率、无功功率、功率因数、频率、视在功率、基波有功功率、谐波有功功率、基波无功功率、正反向有功电度、正反向无功电度等电参数。并且该模块带2路开关量输入、2路开关量输出(可设置为报警输出)、2路有功电能脉冲输出及1路4～20ma模拟量输出。模块实时数据的更新周期40ms～1000ms可设置；数据可自动上传。

三相电参数采集模块同样采用智能型单相电参数数据综合采集模块，该模块可以准确测量三相三线制或三相四线制交流电路中的三相电压、三相电流；总的及各单相的有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、正反向有功电度、正反向无功电度等电参数；并带2路开关量输入、2路继电器输出(可设置为报警输出)、2路有功电能脉冲输出及1路4～20ma模拟量输出；模块实时数据的更新周期40ms～1000ms可设置；数据与报警信息等可自动上传。其带扩展功能的9033dw型有3路温度测量功能，可测3路电缆的温度。其输入为三相电压(0～500v可选)、三相电流(0～20a，或20～1000a可选－eda9033dc型)；通讯接口为rs-485或rs-232，modbus-rtu标准规约。

温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器sht75单芯片传感器。该传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的a/d转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接。

智能配电数据管理分析单元中的电源转换模块2主要实现dc-dc变换，为各种控制芯片和采集传感器进行供电。该模块中使用高效率的dc-dc的buck电路设计，使用了12vdc_in转5v，3.3v使用intersil的高效率的pwm控制器isl8014来转出，5v转ddr(1.8v),vcore(1.2v)则使用xc9216a。电源框图如图5所示。

智能配电数据管理分析单元中的显示模块主要是对所有电气参数的显示和告警显示；

智能配电数据管理分析单元中的数据分析模块，一方面要监控各个负载设备在输入输出上的电气参数，还做了数据分析和挖掘，利用大数据知识分析出每个设备的故障周期，寿命周期，并且根据电压电流信号匹配出故障明细，从而为装备保障和维护人员提供数据支持。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。