直流低压网络智能化管理系统设计与研究
摘要
舰船供电系统主要由交流供电网络和直流供电网络两部分组成，目前交流供电网络的控制、监测和硬件设施日益发展，自动化程度越来越高。而随着新型蓄电池的推广应用和舰船的日益大型化，实现对直流低压网络科学的、有效的、安全的管理也是势在必行。目前舰船上已投入使用的直流低压系统还没有形成网络化管理。
舰船上一些控制过程复杂的动力监控系统一般采用控制系统——集散控制系统，“集”是集中管理，是对信息管理而言；“散”是分散控制(使用)，是对控制功能而言。随着该系统在舰船不同领域的成功应用，为我们开展直流低压网络智能化管理系统的研制提供了可供借鉴的技术途径。
直流低压网络在舰船上主要作为应急电源、控制设备的备用电源、主一辅机起动电源及日用电源，直流低压网络对舰船供电所起的作用，在特定情况下，决不亚于主电源所起的作用。因而对直流低压网络进行科学管理，显得很有必要。为了保障装备系统的可靠性、维修性和战术性能，发挥其应有的战斗力，传统的人工维护管理手段已经无法满足现代化装备系统的保障要求，智能化的网络管理配电系统已逐步成为现代化电力系统可靠运行的必要保证。随着计算机技术的高度发展，带动了该技术在舰船上的日益发展和广泛运用，计算机技术及信息管理技术是舰船直流低压网络智能化管理系统发展的方向之一。
论文结合成功建造的，已交付部队使用及正在建造的舰船直流低压网络系统的配置应用实例，首先对现役舰船直流低压电力系统的实际使用情况进行了详细的了解，摸清了舰船上正在使用的充电装置、充放电板等在使用管理方面存在的问题及其它不足；其次对国内外相关技术领域的电源控制技术、资料进行了收集分析，借鉴国内外先进技术，以同类设备已有的成熟技术为基础；另外还对国内新设计舰船相关复杂系统的集散设计进行了初步分析，并将这些调研的信息进行归类、对比分析；同时以XX型舰的直流低压系统配置为背景，针对蓄电池组、充放电装置、配电设备全舰分散布置的使用状况，进行分析。将以PC／PLC／μP为控制核心的集散控制系统技术应用到舰船的直流电力领域，优化了直流电力系统的配置，解决了原直流低压系统分散布置，设备管理不便及免维护蓄电池充电特性不匹配等难题。可实现对直流低压网络的科学、系统、有效的智能化综合管理，确保直流低压网络的安全可靠运行，提高管理效率和蓄电池使用寿命，减轻舰员工作量。总结出了低压网络智能化管理系统，以实现对直流网络系统的优化配置，从而达到提高舰船的生命力和作战能力的最终目的，具有显著的军事和经济意义。
The power supply system of warship is based on two departments: AC and DC power supply systems. Now AC system is developing very fast in controlling, monitoring and hardware components. As new type battery comes into used popularization and large warship put into construction, it's more important to realizes management of D.C. low voltage network with more scientific, more systemic and more efficient; insures the working of network on the safety; improves efficiency and using-life of battery. But at present the DC low voltage put into used hasn't been managed in network way.
The complex system of propulsion monitoring and control on warship has been adopted centralizing—dispersing way, centralize management is used for information, and dispersing management is used for control. The control system has been used successfully in different area, so we can use its simulation in research and design intelligent system of D.C. low voltage network.
On warship, the DC low voltage network is used for emergency power supply, backup power supply in controlling system and daily power supply, in specific condition it is as important as main power supply, so the DC low voltage network is necessary to research. The traditional way in manual maintenance can't satisfy the requirement of modern arming, in order to ensure the availability, maintenance and tactic of arming, exert its strength, the intelligent system of network turns into important to ensure modern power supply system' normal running. Accompany with the technology of computer develops fast; it has been used widely and developed increasingly. One of the development directions of D.C. low voltage network is computer and information management technology.
The dissertation combined D.C. low voltage network with warships which have been constructed successfully and delivered to army or under constructing. Firstly, finding out the detail condition actually in used of D.C. low voltage network in service warship, grappled the problem and lack of management in using charge & discharge panel;; secondly, collecting and analyzing technology information in relative scopes of power supply internal and abroad, based on ripe technology, using advanced technology;; otherwise analyzing relative complex system designed in centralizing—dispersing way in new ship, and classifying, analyzing, comparing the investigate information;; simultaneous use D.C. low voltage network in XX type warship as background, analyzing the use condition of battery set, charge & discharge plant, power distribute equipment, arrangement all over the ship. Put the centralizing—dispersing system control technology which bases on PC/PLC/μP into DC power supply scope in warship, optimized the scheme of DC power supply system, resolve the difficult problem is that inconvenient management for equipment and unmatched charge characteristic of valve regulation maintenance-free battery. It can achieve scientific, economy, and efficiency management for D.C. low voltage network in intelligent integrated way. So it can ensure D.C. low voltage network to run in the safe and credible way, improve the efficiency of management and the effective life of battery, light crew's workload. The paper summarized the intelligent system of D.C. low voltage network, use for achieving the optimize scheme, thereby reach the finally object of improving vitality and battle ability, obviously it has the meaning of military affairs and economy.
舰船上一些控制过程复杂的动力监控系统一般采用控制系统——集散控制系统，“集”是集中管理，是对信息管理而言；“散”是分散控制(使用)，是对控制功能而言。随着该系统在舰船不同领域的成功应用，为我们开展直流低压网络智能化管理系统的研制提供了可供借鉴的技术途径。
直流低压网络在舰船上主要作为应急电源、控制设备的备用电源、主一辅机起动电源及日用电源，直流低压网络对舰船供电所起的作用，在特定情况下，决不亚于主电源所起的作用。因而对直流低压网络进行科学管理，显得很有必要。为了保障装备系统的可靠性、维修性和战术性能，发挥其应有的战斗力，传统的人工维护管理手段已经无法满足现代化装备系统的保障要求，智能化的网络管理配电系统已逐步成为现代化电力系统可靠运行的必要保证。随着计算机技术的高度发展，带动了该技术在舰船上的日益发展和广泛运用，计算机技术及信息管理技术是舰船直流低压网络智能化管理系统发展的方向之一。
论文结合成功建造的，已交付部队使用及正在建造的舰船直流低压网络系统的配置应用实例，首先对现役舰船直流低压电力系统的实际使用情况进行了详细的了解，摸清了舰船上正在使用的充电装置、充放电板等在使用管理方面存在的问题及其它不足；其次对国内外相关技术领域的电源控制技术、资料进行了收集分析，借鉴国内外先进技术，以同类设备已有的成熟技术为基础；另外还对国内新设计舰船相关复杂系统的集散设计进行了初步分析，并将这些调研的信息进行归类、对比分析；同时以XX型舰的直流低压系统配置为背景，针对蓄电池组、充放电装置、配电设备全舰分散布置的使用状况，进行分析。将以PC／PLC／μP为控制核心的集散控制系统技术应用到舰船的直流电力领域，优化了直流电力系统的配置，解决了原直流低压系统分散布置，设备管理不便及免维护蓄电池充电特性不匹配等难题。可实现对直流低压网络的科学、系统、有效的智能化综合管理，确保直流低压网络的安全可靠运行，提高管理效率和蓄电池使用寿命，减轻舰员工作量。总结出了低压网络智能化管理系统，以实现对直流网络系统的优化配置，从而达到提高舰船的生命力和作战能力的最终目的，具有显著的军事和经济意义。
The power supply system of warship is based on two departments: AC and DC power supply systems. Now AC system is developing very fast in controlling, monitoring and hardware components. As new type battery comes into used popularization and large warship put into construction, it's more important to realizes management of D.C. low voltage network with more scientific, more systemic and more efficient; insures the working of network on the safety; improves efficiency and using-life of battery. But at present the DC low voltage put into used hasn't been managed in network way.
The complex system of propulsion monitoring and control on warship has been adopted centralizing—dispersing way, centralize management is used for information, and dispersing management is used for control. The control system has been used successfully in different area, so we can use its simulation in research and design intelligent system of D.C. low voltage network.
On warship, the DC low voltage network is used for emergency power supply, backup power supply in controlling system and daily power supply, in specific condition it is as important as main power supply, so the DC low voltage network is necessary to research. The traditional way in manual maintenance can't satisfy the requirement of modern arming, in order to ensure the availability, maintenance and tactic of arming, exert its strength, the intelligent system of network turns into important to ensure modern power supply system' normal running. Accompany with the technology of computer develops fast; it has been used widely and developed increasingly. One of the development directions of D.C. low voltage network is computer and information management technology.
The dissertation combined D.C. low voltage network with warships which have been constructed successfully and delivered to army or under constructing. Firstly, finding out the detail condition actually in used of D.C. low voltage network in service warship, grappled the problem and lack of management in using charge & discharge panel;; secondly, collecting and analyzing technology information in relative scopes of power supply internal and abroad, based on ripe technology, using advanced technology;; otherwise analyzing relative complex system designed in centralizing—dispersing way in new ship, and classifying, analyzing, comparing the investigate information;; simultaneous use D.C. low voltage network in XX type warship as background, analyzing the use condition of battery set, charge & discharge plant, power distribute equipment, arrangement all over the ship. Put the centralizing—dispersing system control technology which bases on PC/PLC/μP into DC power supply scope in warship, optimized the scheme of DC power supply system, resolve the difficult problem is that inconvenient management for equipment and unmatched charge characteristic of valve regulation maintenance-free battery. It can achieve scientific, economy, and efficiency management for D.C. low voltage network in intelligent integrated way. So it can ensure D.C. low voltage network to run in the safe and credible way, improve the efficiency of management and the effective life of battery, light crew's workload. The paper summarized the intelligent system of D.C. low voltage network, use for achieving the optimize scheme, thereby reach the finally object of improving vitality and battle ability, obviously it has the meaning of military affairs and economy.
引文
[1] 王典伟．电力工程直流电源系统GZD、GZDW直流电源柜设计选型手册．北京：中国电力出版社，1998
[2] 廖革文．电力系统直流操作电源的发展趋势．电工技术杂志．2003(5)：1-4页
[3] 沈杰，李乃湖．基于现场总线技术的变电站自动化系统．电力系统自动化．2000(9)：57-59页
[4] 杜忠宝，刘吴，薛梅芳．应用CAN总线通信的馈线自动化系统．江苏电机工程．2001(1)：41-44页
[5] 龙顺游．蓄电池生产放电能量利用的研究．电源技术．2000(2)：97-98页
[6] 刘希禹．通信电源与空调及环境集中监控系统．北京：人民邮电出版社，1999
[7] 徐曼珍．阀控式密封蓄电池在通信中的应用．北京：人民邮电出版社，1997
[8] 张文保，倪生麟．化学电源系统．上海：上海交通大学出版社，1992
[9] 吕鸣祥．化学电源．天津：天津大学出版社，1999
[10] 苗爱农，刘燕，黄建荣．提高直流操作电源系统可靠性的技术措施．电源技术．2000(5)：207-208页
[11] 王鸿麟．智能快速充电器设计与制作．北京：科学出版社，1998
[12] 张占松，蔡宣三．开关电源的原理与设计．北京：电子工业出版社，1999
[13] 费万民，张艳莉，吴兆麟．电力系统中直流接地电阻检测的新原理．电力系统自动化．2001(3)：53-56页
[14] 冯卓明，游大海．直流系统接地检测方法比较．电测与仪表．1997(5)：27-30页
[15] 刘军怀，陈怡欢．直流绝缘监测的应用与发展．高压电器．2000(6)：47-49页
[16] 谢勤岚，陈红，陶秋生．开关电源并联系统的均流技术．舰船电子工程．2003(4)：75-78页
[17] 刘志超．触摸屏和PLC在蓄电池不间断电源装置中的应用．上海电机技 术高等专科学校学报．2004(3)：180-182页
[18] 郑贵林，李金召．一种新型直流屏蓄电池监控系统．电力自动化设备．2005(1)：20-22页
[19] 夏东伟．蓄电池使用中的若干技术问题．通信电源技术．1999(3)：26-29页
[20] 张希峰，刘俊山，李建玲等．阀控式蓄电池的使用和维护．电源技术应用．2003(3)：59-60页
[21] 王卫．蓄电池的正确使用与保管．天津航海．2002(4)：19，40页
[22] 胡伟，刘志远．用可编程逻辑控制器(PLC)实现电力系统备用电源自投装置．宁夏工程技术．2003(2)：135-137，140页
[23] 赵蕴刚．CSB21A数字式备自投装置误动分析．电工技术．2004(4)：9-10页
[24] 王国华．用电压抽取装置检测35kV线路电压供各自投使用．继电器．2004(21)：67-68页
[25] 董大龙．PLC在水电厂厂用电备用电源自动投入中的应用．水电自动化与大坝监测．2004(6)：77-78页
[26] 李文秀．PLC在“一线两站”备用电源自动投入中的应用．电气传动自动化．2004(6)：39-41页
[27] 李文秀，金平．PLC在备用电源自动投入中的应用．青海大学学报．2004(6)：57-60页
[28] 李天林．一种新的备用自投方案．四川电力技术．2002(6)：26-27页
[29] 任祖怡，窦乘国，许华乔．新型智能备用电源自投装置．电力系统自动化．2003(6)：86-87页
[30] 郑曲直，程颖．备用电源自投装置设计、应用的若干问题．继电器．2003(8)：18-21页
[31] 陈学辉．带有第三电源的备用电源自投方案．江苏电机工程．2004(1)：50-51页
[32] 彭和平，江正战．智能型铅酸蓄电池充电器的设计与实现．电子技术应用．2001(12)：13-16页
[33] 钟智强．浅谈阀控式密封铅酸蓄电池的维护管理．江西电力．2003(6)：38-40页
[34] 周俊涛，肖强晖．阀控式密封铅酸(VRLA)蓄电池的智能化管理．包装工程．2002(5)：88-89页
[35] 郭亮．动力用铅酸蓄电池电极充电性能研究．电源技术．2003(4)：379-380页
[36] 陈静瑾，余宁梅．阀控铅酸蓄电池分段恒流充电特性的研究．电源技术．2004(1)：32-33页
[37] 贺乃宝．对铅酸蓄电池容量检测方法的探讨．淮海工学院学报．2003(3)：28-30页
[38] 麻友良，陈全世．铅酸电池的不一致性与均衡充电的研究．武汉科技大学学报(自然科学版)。2001(1)：48-51页
[39] 杨改琴．浅谈阀控式密封铅酸蓄电池的使用和维护．山西通信科技．2004(1)：21-23页
[40] 肖明广．使用方法对阀控式铅酸蓄电池寿命的影响．电信技术．1998(6)：38-40页
[41] 卓乐友，汪海霞，李京．电力系统用阀控式铅酸蓄电池的选择和应用．北京：中国电力出版社，1998
[42] 张乃国．电源技术．北京：中国电力出版社，1998
[43] 王家庆．智能型高频开关电源系统的原理使用与维护．北京：人民邮电出版社，2000
[44] 汪梓坤．直流系统设计方案的合理选择．广东电力．2002(6)：46-48页
[45] 刘成印，严仰光．高频开关电源系统可靠性指标MTBF的计算方法．电工技术杂志．2001(12)：4-5页
[46] 鲍慧．蓄电池运行监测与诊断系统．电力系统自动化．2002(14)：67-69页
[47] 吴琼．变电站直流系统改造的选型与安装．电世界．2002(6)：27-29页
[48] 马永泉，李晓峰．阀控式铅酸蓄电池的新技术新动态．电信科学．1999(8)：30-33页
[49] 张振芳．阀控式铅酸蓄电池面临着可靠性问题．蓄电池．1993(1)：39页
[50] 崔实，祁德银．蓄电池绝缘监测装置的设计及应用．继电器．2002(12)：34-37页
[51] 何庞．浅谈基站开关电源对蓄电池组的管理．通信电源技术．2001(4)：39-39，42页
[2] 廖革文．电力系统直流操作电源的发展趋势．电工技术杂志．2003(5)：1-4页
[3] 沈杰，李乃湖．基于现场总线技术的变电站自动化系统．电力系统自动化．2000(9)：57-59页
[4] 杜忠宝，刘吴，薛梅芳．应用CAN总线通信的馈线自动化系统．江苏电机工程．2001(1)：41-44页
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[19] 夏东伟．蓄电池使用中的若干技术问题．通信电源技术．1999(3)：26-29页
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[23] 赵蕴刚．CSB21A数字式备自投装置误动分析．电工技术．2004(4)：9-10页
[24] 王国华．用电压抽取装置检测35kV线路电压供各自投使用．继电器．2004(21)：67-68页
[25] 董大龙．PLC在水电厂厂用电备用电源自动投入中的应用．水电自动化与大坝监测．2004(6)：77-78页
[26] 李文秀．PLC在“一线两站”备用电源自动投入中的应用．电气传动自动化．2004(6)：39-41页
[27] 李文秀，金平．PLC在备用电源自动投入中的应用．青海大学学报．2004(6)：57-60页
[28] 李天林．一种新的备用自投方案．四川电力技术．2002(6)：26-27页
[29] 任祖怡，窦乘国，许华乔．新型智能备用电源自投装置．电力系统自动化．2003(6)：86-87页
[30] 郑曲直，程颖．备用电源自投装置设计、应用的若干问题．继电器．2003(8)：18-21页
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[32] 彭和平，江正战．智能型铅酸蓄电池充电器的设计与实现．电子技术应用．2001(12)：13-16页
[33] 钟智强．浅谈阀控式密封铅酸蓄电池的维护管理．江西电力．2003(6)：38-40页
[34] 周俊涛，肖强晖．阀控式密封铅酸(VRLA)蓄电池的智能化管理．包装工程．2002(5)：88-89页
[35] 郭亮．动力用铅酸蓄电池电极充电性能研究．电源技术．2003(4)：379-380页
[36] 陈静瑾，余宁梅．阀控铅酸蓄电池分段恒流充电特性的研究．电源技术．2004(1)：32-33页
[37] 贺乃宝．对铅酸蓄电池容量检测方法的探讨．淮海工学院学报．2003(3)：28-30页
[38] 麻友良，陈全世．铅酸电池的不一致性与均衡充电的研究．武汉科技大学学报(自然科学版)。2001(1)：48-51页
[39] 杨改琴．浅谈阀控式密封铅酸蓄电池的使用和维护．山西通信科技．2004(1)：21-23页
[40] 肖明广．使用方法对阀控式铅酸蓄电池寿命的影响．电信技术．1998(6)：38-40页
[41] 卓乐友，汪海霞，李京．电力系统用阀控式铅酸蓄电池的选择和应用．北京：中国电力出版社，1998
[42] 张乃国．电源技术．北京：中国电力出版社，1998
[43] 王家庆．智能型高频开关电源系统的原理使用与维护．北京：人民邮电出版社，2000
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[45] 刘成印，严仰光．高频开关电源系统可靠性指标MTBF的计算方法．电工技术杂志．2001(12)：4-5页
[46] 鲍慧．蓄电池运行监测与诊断系统．电力系统自动化．2002(14)：67-69页
[47] 吴琼．变电站直流系统改造的选型与安装．电世界．2002(6)：27-29页
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[49] 张振芳．阀控式铅酸蓄电池面临着可靠性问题．蓄电池．1993(1)：39页
[50] 崔实，祁德银．蓄电池绝缘监测装置的设计及应用．继电器．2002(12)：34-37页
[51] 何庞．浅谈基站开关电源对蓄电池组的管理．通信电源技术．2001(4)：39-39，42页