电动船舶电网监控保护装置及续航监控方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电网综合监控领域，尤其设及一种电动船舶电网监控保护装置及续航 监控方法。
【背景技术】
[0002] 随着电动船舶电网规模的不断扩大，电网状态监控及运行维护工作量日益增大， 利用信息化、数字化、网络化、智能化的手段进行全船电网运行状况监视、应急操控断电的 需求非常迫切。
[0003] 现有的大部分电动船舶电网供电、配电、用电设备，只能在各区域内部各自监测、 操控，比如直流一个监测系统，交流一个监测系统，不能与上级或其他外部系统互联，降低 了电能的利用效率，增加了系统的管理难度；而且现有的供电、配电、用电设备较为简单，功 能比较单一，出现了很多监控和操控的漏洞，给全船电网的安全带来了威胁。
[0004] 因此，我们迫切需要一种电动船舶电网监控保护装置及方法，该装置和方法可W 实时监测全船直流、交流电网运行状况，并实现电压失压或电流超限保护，确保全船电网安 全、稳定运行。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种能同时对舰船上的直流和交流进行监控的电动船舶 电网监控保护装置及方法，确保全船电网安全、稳定运行。
[0006] 本发明是该样实现的：
[0007] -种电动船舶电网监控保护装置，它包括多路开关电源、直流变送器、信号处理单 元、PPU装置、加固一体机、报警单元、控制单元；
[0008] 所述多路开关电源输入单相交流200V，输出15V用于直流变送器的供电，输出24V 用于信号处理单元、PPU装置、加固一体机、报警单元、控制单元的供电；
[0009] 所述直流变送器包括电压变送器和电流变送器，用于实时采集直流电网的电压和 电流；
[0010] 所述信号处理单元将电压变送器和电流变送器采集的直流电网的电压和电流模 拟信号转换为数字信号，并计算直流电网的功率参数，将直流电网的电压信号、电流信号、 功率参数通过CAN总线传递给加固一体机的加固主机；
[0011] 所述PPU装置实时采集交流电网的S相电压和电流的有效值，并计算交流电网的 频率和功率参数，将交流电网的电压、电流、频率和功率通过CAN总线传递给加固一体机的 加固主机；
[0012] 所述加固一体机的加固主机接收并处理信号处理单元和PPU装置发送的数据，并 将该数据在显示器上进行显示；当直流电网的参数异常（支路失电或电流过载保护）时，加 固主机将报警信号发送给报警单元进行报警，控制单元控制电源不断电转换装置、限流保 护装置工作，实现支路失电、电流过载保护；
[0013] 所述加固一体机、报警单元、控制单元置于箱体内。
[0014] 按上述方案，所述报警单元包括报警单元板、蜂鸣器、消音按钮，当加固主机监测 到电流过载、功率过载和/或支路失电时，加固主机通过I/O口向报警单元的报警单元板发 送报警命令，加固一体机的显示器显示报警并闪红光，报警单元的蜂鸣器工作；当按下消音 按钮，蜂鸣器停止工作；所述加固主机存储报警记录。
[0015] 按上述方案，所述控制单元还包括有带保护罩的遥切操作按钮。
[0016] 所述电源不断电转换装置和限流保护装置通过四个晶体管实现，具体为电源不断 电转换装置包括第一电源和第二电源，所述第一电源的正极依次与第一晶体管、第一二极 管、第一电感、电流变送器连接后与负载的一端连接，第一电源的负极依次与第二晶体管、 第二二极管、第二电感连接后与负载的另一端连接；所述第二电源的正极依次与第=晶体 管、第=二极管、第一电感连接，第二电源的负极依次与第四晶体管、第四二极管、第二电感 连接，第四二极管通过第五二极管与第一电感连接；所述第一电源和第二电源分别并联有 电压变送器；所述第一晶体管、第一二极管、第一电感、第=晶体管、第=二极管、第一电感 组成限流保护装置。
[0017] 正常供电时，第一晶体管、第二晶体管导通，第S晶体管、第四晶体管不导通，装置 输出端电流流过第一晶体管、第一二极管和第一电感到达负载；
[0018] (1)电源不断电转换部分
[0019] 第一电源突然失电或电压下降很大时，在电压变送器检测到电压差达到规定数值 时，控制单元控制第一晶体管、第二晶体管关断，第=晶体管、第四晶体管导通，装置自动切 换到第二电源供电；
[0020] 当第一电源恢复正常供电W后，经过5秒延时，控制单元控制第S晶体管、第四晶 体管关断，第一晶体管、第二晶体管导通，重新返回第一电源供电；
[0021] (2)限流保护部分
[0022] 输出端短路时，在电流变送器检测到电流达到规定数值时，控制单元控制第一晶 体管或第=晶体管工作于限流状态，并且将短路电流限制在规定数值。
[0023] 若装置输出端短路故障在规定时间内一直存在，则在超过规定时间之后，控制单 元控制第一晶体管或第=晶体管关断，并保持阻断状态；若装置输出端短路故障在规定时 间内消除，控制单元控制第一晶体管或第S晶体管立即恢复导通状态。
[0024] 本发明还提供一种利用电动船舶电网监控保护装置进行实时供电续航监控的方 法，该方法包括如下步骤：
[0025] 步骤一、传感器实时采集时间t内全艇裡电池组的充/放电电流，分别记为Ii，i= 1，2，…，N(N=巧f，其中f为传感器频率）；
[0026] 步骤二、查阅裡电池的电化学特性，记初始时刻时裡电池的容量为Q。，计算t时刻 裡电池组剩余容量Qt，即；
[0027] (1)
[002引步骤S、传感器实时采集t时刻全艇M块裡电池的电压，分别记为Ui，i= 1，2,…，M；
[002引步骤四、计算t时刻全艇M块裡电池的组电压U。即：
[0030]
u)
[0031] 步骤五、计算t时刻裡电池组剩余可用能量W，即：
[0032] W=Qt*Ut
[0033] 步骤六、传感器实时采集全艇辅机耗电功率瞬时值、推进电机输入功率瞬时值，分 别记为PiA;
[0034] 步骤走、计算单位时间周期T全艇辅机耗电功率平均值Pa、推进电机输入功率平均 值Pb，即：
[0037] 步骤八、传感器实时采集瞬时航速，记为Si;
[0038] 步骤九、计算单位时间周期T平均航速值Sa，即；
[0039] (5)
[0040] 步骤十、根据公式（1)~巧），计算裡电池供电续航力：
[0041]
[0042] 步骤十一、当船舶实时供电续航力小于设定值时，加固主机向报警单元发送报警 信号，报警单元的蜂鸣器工作；
[0043] 步骤十二、当电压失压或电流超限时，加固主机向报警单元发送报警信号，报警单 元的蜂鸣器工作，并通过控制单元控制电源不断电转换装置、限流保护装置工作，实现支路 失电、电流过载保护。
[0044] 实时供电续航力预测误差小于5%。
[0045] 所述加固一体机由加固主机（含人机接口计算机、任务处理计算机两套软硬件系 统）和显示器组成。所述信号处理单元主要由模数转换模块、单片机和CAN总线控制器组 成，所述信号处理单元将电压变送器和电流变送器实时采集直流电网的电压、电流等模拟 信号转换为数字信号，并计算功率参数，通过CAN总线将数据发送给加固主机；所述加固主 机完成电网参数的处理、显示W及发送报警信号、故障诊断等，加固主机接收CAN总线上信 号处理单元和P