船舶电力系统毕业论文

船舶电力系统毕业论文（精选8篇）

船舶电力系统毕业论文 第1篇

船舶电力系统论文

摘要：近几年，我国在航运方面发展比较迅速，主要与现代国内外贸易日益增长存在着密切的关系，在航运经济发展时，船舶极易引发诸多的电气事故，一旦发生此类电气事故，就会构成严重的经济损失，也会造成一定的人员伤亡，社会影响恶劣。通常情况下，船舶电气事故的发生，主要是船舶的电力系统故障而引发的，如继电保护装置失灵、线路绝缘性差、设备绝缘能力差与短路等问题突出，容易引发火灾。为满足需求，必须重视对船舶电力系统的科学性管控，做好继电保护工作是关键。本文针对船舶电力系统继电保护分析展开了分析与探究。更多电力论文相关范文尽在职称论文发表网。

关键词：电力论文

实现船舶自动化，大大减轻船员劳动量。然而，就目前船舶电力系统运行情况的分析，了解到电力系统极易出现故障，最终会威胁船舶电力系统运行的高效性。若想实现传播电力系统运行的高效性与安全性，必须要重视继电保护工作，以降低故障的发生概率。

1船舶电力系统继电保护的基本任务及具体要求

1.1电力系统出现故障

从电力系统运行的具体情况来看，应从电能发生、输送、配置、应用等角度出发，对电力系统整体进行全方位的监控，进而满足电力发展的实际需求[1]。在电力系统中，变压器、发电机、断路器、主配电板、输电线路与用电设备等都属于一次设备，也是产生电能、实现电能传输的重要设备。电力系统在运行的过程中，极易发生各类安全事故，且在任何条件下都可能出现故障，其中，短路问题最为突出。通常情况下，短路主要表现为两相短路、三相短路、单相接地短路、两相接地短路与发电机短路等[2]。导致短路问题出现的主要原因有机械设备被严重损伤、绝缘层被破坏与基本操作不科学等。电力系统多种故障的发生，过负荷问题较为突出，此类故障一旦出现问题，会让绝缘的温度逐步升高，也会加速绝缘层的老化，也会让设备受到严重破坏，最终会引发火灾问题。1.2继电保护的基本任务在各设备间，电与磁存在着密切的联系，不正常情况与故障问题的发生，会让电力系统出现一系列的事故，最终会严重威胁电力企业的实际发展。在继电保护时的主要任务为：若主配电板、输电线路、变压器、发电机等出现短路或过量负载问题时，应在最短时间内将存在故障的设备借助断路器予以断开，以脱离电力系统，能保证不存在故障的部分正常运行，进而降低故障设备损坏度，还可降低对邻近设备供电系统所构成的影响，进而保证电力系统高效、稳定的运行。

1.3继电保护的基本组成

继电保护主要是由测量元件、执行回路与逻辑环节三个部分所组成的。若物理量出现突变，通过测量之后，及时确定好故障范围与基本类型，从逻辑判断来判断断路器跳开的次数与时间，然后让执行回路发出一定的信号与跳闸脉冲。

1.4继电保护的运行原理

电力系统继电保护装置的运行，其原理为借助被保护设备前期与后期一些物理量的突变情况，一旦突变量达到一定参数值，借助逻辑判断，能及时发出信号与跳闸脉冲。例如，借助被保护设备故障发生后期电流的.不断增大，以达到电流保护的效果;借助降低电压来达到低电压保护效果;借助不对称短路发生负序电流与电压，以形成负序保护效果。

2船舶电力系统继电保护措施

2.1发电机继电保护

在发电机继电保护方面，所要保护的内容主要包括短路、过载、钱呀与你功率保护。(1)过电流保护。实施过电流保护时，主要包括短路与过载两个层面。短路就是发电机运行时所出现的故障，而过载则是发电机在运行过程中所出现的不正常状态。(2)短路保护。短路就是在交流电中，处在不同相导体进行直接性的接触与碰触。三相四线的实施，主要包含单相、双相与三相短路三种情况。通常情况下，短路的发生主要是由于绝缘层被损坏、绝缘层老化与操作失误等问题而引发的。在发电机内部，极易出现一系列的短路故障，但是发生概率不是很高，在此针对发电机外部进行短路保护。一旦发生短路，电流会大大增加，这会对设备、发电机等形成破坏，滋生短路故障后，要从发电机至短路点间会形成很大电流，在开展短路保护时，应借助自动化开关内的过电流脱扣器来进行保护与操作。具体航运船舶电力系统的行业文件规范来看，短路延时保护所产生的动作电流为发电机而定电流的3-5倍，整个工作电流的时限设定为0.2-0.6s，确定好时间后，发电机就会出现跳闸现象。(3)过载保护。若船舶电力系统中的基本运行机组具体容量无法充分满足负载增加的情况，极易使得发电机出现过载现象，一旦出现过载现象，会让发电机的电流或功率等超出额定参数值。若在过载条件下，会让整个机组发热，极易引发绝缘层老化或零部件质量受损等问题，也会缩短原发动机的具体使用使命。实施过载保护时，要加强对发电机机组的保护，且保证机组不会受到损伤，且不可对供电进行中断。从发电机本身着手，其具有过载电流承担效能，1.1倍的额定电流时限为2h，1.25倍的额定电流时限为0.5h，1.35倍的额定电流时限为0.08h。实施过载保护时，应开展适当的延时，若发电机属于无自动分级卸载类装置，其在过载保护时，动作电流能够被整定成额定电流参数值的1.25%-1.35%，延迟的时间为18s左右。

2.2主配电板与配电设备的保护

为实现对电能的科学性控制，合理分配好发电机内的电能，还要准备一定的配电设备。若想达到理想主配电板保护效果，应发挥好配电装置的重要作用，进而提升船舶电力系统运行的高效性与稳定性。配电装置的安全运行，应及时配备好电路运行所需的信号指示器、开关、调节电器、保护电器与测量仪表等。此外，还要加强对负载分路、主电源等的科学性控制与保护。

3结束语

综上所述，为促进船舶的高效运行，降低故障的发生概率，减少经济损失，必须加强对船舶电力系统的安全保护，及时应对好故障问题，以实现船舶自动化运行的高效性与科学性。实施船舶电力系统继电保护工作时，应加强对发电机、主配电板与配电设备故障等的保护，应对好短路、过载与过电流等问题，以保证船舶运行机组运行的安全性。

参考文献：

[1]宋立范.船舶电力系统继电保护的研究[J].科技创新导报,(18):99.

[2]魏坤,安宁,杨博,张硕,李童飞.电力系统继电保护配置方案及其可靠性分析[J].河北电力技术,(S1):60-62.

船舶电力系统毕业论文 第2篇

船舶电气化的综合发展归功于计算机技术的兴起，通过计算机控制技术将船舶内的各种电气控制整合至一个界面，通过该界面可以完成对所有电子系统的控制，通过这一综合控制可以避免出现突发事件出现时无法解决，或者由于电子元件过多造成多操、误操、重复操作等操作失误问题，大大提高了船舶运行的安全性和稳定性。

1.2网络化

进入20世纪90年代后，现场总线技术和计算机技术为船舶电气自动化系统的网络发展提供技术支持，把各种信号线集合在一起采用总线技术，把信号通信传递给不同的部件和模块，在船舶电气系统中，对船舶系统采用双层网进行控制，一般数据采集网是第一层，控制网是第二层，保证船舶电气自动化系统的可靠性和稳定性非常有效，冗余结构一般采用在船舶系统的控制网。根据系统又分成若干子网络，如推进系统、电力监控系统、动力定位系统、通信导航系统等。通过系统的冗余网络化，集各系统功能之众，通过船舶系统进而形成了一个分布式系统加强船舶系统的稳定运行。

2我国船舶电气自动化的发展现状

2.1GPS全球定位系统

在科技快速发展的今天，人们特别关注GPS全球定位系统。如今，GPS全球定位系统最终精确到几米，广泛地在我国的船舶上使用安装，在船舶行业已成为必备装置。

2.2船舶整体自动化

计算机技术和网络信息技术的飞跃发展，使得自动化技术也广泛的在我国的船舶业使用。眺望21世纪的船舶自动化技术已成为船舶综合自动化阶段发展的最高水平，船舶综合自动化，将不断收集机舱自动化、机械自动化、导航自动化、装卸自动化等诸多用途系统，工作母站为某些控制系统和某些工作变电站组成了此系统，通常总站工程将在机房控制室设置，还有一个位于驾驶室。现阶段，我国船舶的整体自动化仍然处于不断完善的阶段，为提升我国的船舶电气自动化发展水准，对船舶整体自动化方面的创新和自主研发要加强管理。

3船舶电气自动化技术存在问题

3.1电磁的安全性不足

电磁技术是船舶电气自动化技术实施的前提，然而电磁安全问题却很容易在船舶运行时受到干扰。由于船舶的运行大多都在大海上，一旦出现极端天气，会直接破坏船舶的整体电磁系统，产生电磁干扰。并且船舶内部空间较小，有些电子元件设备安装较为紧密，这让电子干扰问题发生的概率又增加了不少。

3.2控制线路单一

船舶电气自动化操作简单，且能够通过驾驶舱内的总操作系统进行操作。然而一旦总操控系统出现问题，那么整个船舶的电气设备将会面临“群龙无首”的`状态。一旦总操纵系统的线路出现故障或者出现误操，那么对船舶造成的危害是无法逆转的。并且控制线路单一很容易造成一旦有某个枝干设备出现问题不得不关闭系统时，将会失去整个设备的操作和控制力，这样不仅无法有效解决出现的问题，反而会将故障扩大，造成无法挽回的损失。

3.3系统设备错误率高

船舶电力系统毕业论文 第3篇

关键词：计算机,GPS定位,监控,船舶,信息化

随着计算机的应用领域不断扩大, 船舶动力定位系统和船舶信息化管理被逐渐广泛地应用在一些工程船和海洋调查船上。中国船舶企业的基础信息化平台建设一般都达到了较为先进的水平, 而新造船基地的建设起点则更高;中国船舶行业的数字化设计平台建设基本处于世界造船行业的领先方阵, 开发、应用的范围广、程度还可以。最近几年, 在一些新造的港作船和大吨位的客滚船上也装有动力定位系统。为了减少海上船舶海损事故的发生, 提高船舶监管能力, 同时为了更好地对海上运输进行监督管理、提高遇险救助能力, 利用GPS技术建立高效的水上交通管理系统。

1 基于GPS的船舶定位监控系统

近几年来, 各种无线通信专网、集群无线网、卫星数据通信网、数字蜂窝移动通信网发展迅速, 其数据承裁能力明显加强, 并且, GPS技术更加成熟。移动定位监控系统是伴随着GPS技术和无线通信网络技术的成熟而发展起来的。GPS船舶定位监控系统是运用先进的GPS技术、移动通信技术、GIS技术及计算机管理技术建立船舶动态管理系统、实现全天候、大范围、多船舶的实时动态定位、调度、监控, 改进船舶运行管理, 增强突发事件的反应能力, 提高船舶运行率和航行安全度。GPS船舶定位监控系统建设简单、无需申请专用频点, 无需建设任何基站, 定位监控系统可监控安装有船载单元的移动船舶, 通讯方式的实现如同购买和使用一部手机电话一样方便。采用移动通信公众网, 系统覆盖广、投资小、运营费用低廉、容量大。

基于GPS的船舶定位监控系统利用船载终端通过GPS模块接收卫星定位信号, 中央处理单元对定位信号进行计算处理得到位置信息, 再由通信模块将信息发至监控服务器。中央处理单元也可以通过通信模块接收来自监控中心的指令, 从而完成其他的一些功能。其功能主要包括:监控功能、紧急报警功能、行驶记录、导航和数据管理等功能。监控中心硬件部分主要由通信网关服务器、数据库服务器、监管应用服务器、WebGIS服务器和Internet专线接入设备和输出设备组成。其软件部分主要由GIS模块、应用程序模块和通信模块构成。监控中心的主要功能包括:定位功能、传播查询功能、指挥调度、紧急救援功能、预警功能和到港预报。

基于GPS的船舶定位监控系统是一个基于现代卫星定位和无线数据通信技术的、开放的、面向多用户、多种应用的水上安全动态监控及预警综合服务平台, 具有定位精度高、覆盖范围广、信息容量大, 交互更及时便捷这三大特点。

2 中国船舶信息化得发展

工业的计算机化是信息化得先导和核心。而造船计算机应用是计算机辅助设计 (CAD) 和计算机辅助制造 (CAM) 最早应用领域之一。造船计算机应用的面很广, 几乎涉及造船的各个部门和领域。计算机技术的开发与应用彻底改变了传统的造船方法, 无论是再设计建造周期的缩短, 精度、质量的提高, 人工和材料的节省, 图纸的保存和重用、知识的利用、产品的更新和创造, 出错的避免和减少等方面都是传统造船方法无法相比拟的。它是国际造船市场激励竞争的必要关键技术, 在社会效益和经济效益上具有重大影响, 是衡量一个国家造船现代化的重要标志之一。

伴随造船行业历史罕见的长周期景气, 中国造船信息化也迎来了历史最佳建设时机, 中国船舶行业的整体信息化状况是较为健康的, 主要原因有:首先, 中国船舶企业的基础信息化平台建设一般都达到了较为先进的水平, 而新造船基地的建设起点则更高;其次, 中国船舶行业的数字化设计平台建设基本处于世界造船行业的领先方阵, 开发、应用的范围广、程度深;再次, 在数字化管理方面, 中国船舶行业目前已经处于从企业里单个部门的应用向整个企业大集成应用过渡的阶段, 中国较大型船舶企业近几年都在有计划地进行流程的优化革新及整体管理信息平台的集成应用工作。

同时我国船舶行业信息化也存在一些问题, 目前船舶配套行业信息化系统应用的深度及广度仍然不够。虽然CAD、PRO/E等工具软件的使用状况比较令人满意, 但是PDM/ERP系统的应用多数尚停留在浅层, 水平不高。大多数单位实施PDM主要应用了图文档管理, 能达到部分协同工作的效果和提高设计效率等功能, 而对设计开发项目的管理、控制能力还不够。很多单位的ERP系统在基础数据管理、库存、采购、销售及财务等物流系统方面实施得比较完整, 但在生产计划、作业控制及成本管理等方面还有很多待完善的地方, 信息化项目 (PDM/CAPP/ERP) 各个环节间的集成还有很多问题, 特别是在数据接口上, 如何提供规范、及时、准确的数据, 以及上游信息数据更改后的下游数据如何处理等, 种种问题都还有待于深入探讨与研究。

船舶行业信息化应该说起步比较早, 尤其是在设计信息化方面, 绝大多数船舶企业在计算机辅助设计方面都投入了大量的人力和物力。从CAD到现在应用的TRIBON、CADSS5等软件的引进和在此基础上进行的二次开发都比较深入, 也比较到位, 基本上能够满足生产及生产准备过程的要求。与此同时, 各大船舶企业在生产管理、自动化加工设备等方面也有很多相应的开发与应用, 但是, 这些方面的总体应用水平与设计信息化还有一定的差距。

中国船舶行业信息化的主要症结有三个:一是缺乏行业规范和行业标准。虽然大多数中国船舶企业都在积极实施与应用信息化, 但各企业仍处于单打独斗的局面, 没有一个行业标准可以参考和借鉴, 不能做到行业间的互相配合与促进。各企业往往过于强调各自的特性, 无法统一口径。二是设计信息化比较突出, 而管理信息化则尚须加强。三是各企业的信息化投入虽然越来越多, 但其中也存在一些问题, 主要表现在信息化投资重项目轻规划, 重硬件轻软件, 重设计轻管理。

我们应加强企业集团整体信息化, 加强信息化投资。企业集团的经营模式和生产模式对信息化发展起决定作用。造船厂生产规模比较大, 从降低造船成本考虑, 缩短船期是最为必要的, 生产流程优化、生产计划安排、物资供应系统完善、以及资金和劳动力管理都是关键要素。

3 结语

针对水上安全管理的现状和特点, 利用GPS卫星定位技术、移动通信技术和GIS地理信息系统技术等高新技术建立的船舶定位监控平台。系统可以实现防撞预警、船岸及船只之间的信息快速传递, 实现主动防范、快速救援及航运信息一体化, 提高安全防范和管理预控能力, 降低水上事故率, 促进航运事业的发展。与此同时我国船舶企业必须加大企业信息化技术创新力度, 建立企业信息化技术创新机制。应用数字化样船技术, 推行模块化造船和产品虚拟建造, 建立绿色造船体系, 满足中国船舶工业可持续发展的需要, 促进中国船舶工业整体综合实力的飞跃。

参考文献

[1]高玉德.船舶运营成本控制.人民交通出版社, 2008.

[2]吴长仲.航运管理.人民交通出版社, 2006.

船舶电力系统毕业论文 第4篇

船舶定线制是指由主管机关或技术性组织用法律规定或推荐形式指定船舶在海上某些区域航行时所应遵循或采用的航线、航路或通航分道。

定线制是旨在减少海难事故的单航路或多航路的定线措施，一般有分道通航制、双向航路、推荐航线、推荐航路、避航区、沿岸通航带、双行道、警戒区、深水航路等9种定线措施。

船舶定线制的目的是增进船舶汇聚区域和交通密集区域，或因水域空间有限，存在航行障碍物、水深受限、气象条件不利等而使船舶的行动自由受到限制的区域的航行安全。船舶定线制还可用于防止或减少由于船舶在环境敏感区域或附近发生碰撞、搁浅或锚泊而对海洋环境造成污染或其它损害的危险。

新型船舶推进装置

芬兰马萨造船公司研制成功一种新型的船舶推进装置。新装置的关键技术是电动机与螺旋桨安装为一体，这样不仅传统的长长的艉轴被取而代之，齿轮箱、推力轴承、舵以及一些传统的配套设备都成为多余的了。

据称，这种新型推进装置可以绕其轴线转动360度，角度控制机构安装在该装置中，可以直接控制螺旋桨轴的转向。由变频器控制的电动机可以产生平稳而且变化范围极大的转矩。使用该装置的船舶不仅能方便灵活地转向，而且还可以任意倒行。这种功能使得船舶的效率大为提高，还可节省10％－50％的能耗。（李有观）

自动船舶监视系统

瑞典在一些船舶上安装了一种自动监视系统，该系统能在大海上和受限水域内向船舶驾驶员提供遭遇他船的船名、呼号、航向、航速、船舶种类、方位和距离等资料，使船舶驾驶员可对本船雷达覆盖水域内的船舶航行进行自动监视。

使用这种系统，各船都要安装同一种设备，它由三部分组成：高精度船舶定位系统、无线电收发两用机和电子计算机。

无线电收发两用机装有两台特制计算机，分别用于处理来自定位系统和无线电接收机的数据，以便使处理结果与时间同步，并对这些结果进行识别，最后送至无线电发射机，以一定时间间隔发射出去。

与无线电收发两用机相连的是另一台普通计算机。由于无线电收发两用机是独立工作的，所以完全可以由船舶驾驶台上现有的计算机与收发两用机连接使用，并用它来显示周围船舶的有关资料。

船舶报告系统和船舶报告要求 第5篇

船舶报告系统（Vessel Reporting System，VRS）是通过无线电通信或其他手段提供、搜集和交换与船舶救助、交通管理、防污染和天气预报有关的信息的系统，是指海上航行船舶在一定区域内，以一定的通信程序和报告格式向船舶报告制中心提供航行信息的系统。目前，主要有以船舶救助为主要目的的报告系统和以船舶交通管理为主要目的的报告系统。

船舶报告包括：航行计划报告、船位报告、变更报告、最终报告、危险货物报告、有害物质报告、海洋污染物质报告和其他报告等。

（1）航行计划报告（SP-SailingPlan）

航行计划是船舶发送船舶报告中心的第一份报文，当船舶在船舶报告区域内港口并准备加入船舶报告系统时，应在离港前或接近离港时发送的报告；或当船舶从非船舶报告区域进入船舶报告区域并准备加入船舶报告系统时，应在接近报告线或进入报告线后发送的报告。

航行计划的内容一般包括船名、船舶呼号或船舶识别码、出发日期和时间（UTC）、出发地点、下一停靠港、航行计划（航法和重要转向点）、航速及预计到达时间（ETA）和到达日期等详细情况。

（2）船位报告（PR-PositionReport）

船位报告是由船舶发出的表示船舶当时所在位置的报告。发送船位报告的目的：一是用于船舶报告中心更正跟踪的船位。二是表达船舶安全状态即船舶是否遇险。

船位报告的内容包括船名、船舶呼号或船舶识别码、日期和时间（UTC）、船位、航向和航速。

（3）变更报告（DR-DeviationReport）

变更报告是当船舶严重偏离了根据以前的报告所能推算的船位或由于其他原因使新的航行计划与原航行计划有较大变更时所发送的报告。

变更报告的内容包括船名、船舶呼号或船舶识别码、船位以及变更的项目。

（4）最终报告（FR-FinalReport）

最终报告是船舶参加船舶报告系统发送的最后一份报告。

最终报告的内容包括船名、船舶呼号或船舶识别码、离开本系统覆盖区域或到港的日期和时间（UTC）等。

为搜救目的而建立的船舶报告系统只涉及上述4种报告，而当船舶报告系统还同时具有防污染目的时，则还应包括如下特殊报告。

（5）危险货物报告（DG-DangerousGoods report）

危险货物报告是当发生包装危险货物自离领海基线不超过200 n mile的海域中灭失或可能灭失的事件时，应及时做出的报告。

危险货物报告的内容包括船名、船舶呼号或船舶识别码、时间、船位、货载情况、船舶损失情况、污染物情况、天气等。

（6）有害物质报告（HS-HarmfulSubstances report）

有害物质报告是当发生排放或可能排放油类（MARPOL 73/78附则I）或散装有毒液态物质（MARPOL 73/78附则II）的事件时，应及时做出的报告。

有害物质报告的内容包括船名、船舶呼号或船舶识别码、时间、船位、航向、航速、航线信息、下次报告的时间、货载情况、船舶损坏情况、货物散失情况、天气等。

（7）海洋污染物质报告（MP-MarinePollutants report）

海洋污染报告是当包装国际危规中认为是海洋污染物（MARPOL 73/78附则III）的有害物质落入或可能落入水中时，应及时做出的报告。

（8）其他报告（Anyother report）

其他报告是指按照报告系统的规定程序所必须做出的上述报告之外的任何其他报告。其内容视具体情况而定。

根据船舶报告系统和船舶报告要求的一般原则，报告应简单、基本信息应报告一次，但是，包括船名、船舶呼号或船舶识别码等基本信息必须反映在每次的报告当中。

船舶利用以船舶救助为主要目的的船舶报告系统所要尽的义务是按照报告系统的规定程序、内容、方法、时间等准确无误地报告。船舶要加入以船舶搜索救助为目的的报告系统，只需向该系统中心提交航行计划报告。船舶要退出以船舶搜索救助为目的的报告系统，只需向该系统中心提交最终报告。

船舶综合电力系统 第6篇

1.引言

船舶综合电力系统是船舶动力的发展方向，是造船技术发展史上的又一个革命性的跨越，其主要特点是将推进动力与电站动力合二为一。该项技术正在逐步成熟、完善。以美、英、法为代表的发达国家率先引入综合电力系统这一概念，并积极开展研究、试验和应用到船艇。2.综合电力系统概述

综合电力系统的思想基础是降低未来船舶的总成本，优化船舶总体、系统和设备的组成。其设计理念是突出系统化、集成化和模块化。在船舶平台上的具体实现途径是将全船所需的能源以电力的形式集中提供，统一调度、分配和管理。

美国海军提出的综合电力系统主要包括发电、配电、电力变换、电力控制、平台负载、推进电机、能量储存等七个模块。其中，发电模块将其它形式的能量转化为电能，经全船环形电网向各区域配电系统供电；电力控制模块对配电模块实行电能分配和监控；配电模块将电力输送到电力负荷中心，再分配到各用电设备；电力变换模块将一种形式的配电模块转化为另一种形式的配电模块；推进电机模块用于船舶推进；平台负载模块是一个或多个配电模块的用户；能量储存模块用于储存电能，维持整个供电系统的稳定。采用综合电力系统的船舶与传统船舶比较，具有的主要优势为：

便于采用分段和模块化建造，使用维护费用低，经济性好；噪音低，可提高船舶的安静性和舒适性，提高舰艇的战斗力和生命力；调速性能好，控制方便，倒车简便、迅速，提高船舶的机动性；布置灵活、设计方便、可靠性高，可维修性好、生命力强；便于实现自动化，减少船员；适用性强，可广泛采用各种电子设备和先进的推进技术，对于舰艇而言，可以使用诸如激光武器、电磁炮等高能武器。3.综合电力系统的发展现状

近十来年，船舶的电力推进技术已进入应用阶段。目前，不同类型的船舶，如一些科考船、破冰船以及邮轮采用了电力推进系统。推进电机采用直流、交流同步电动机或交流感应电动机。研究报告显示，虽然商船的综合电力推进系统提高了船的建造费用，但其运行和支持费用，及其生命周期里的整个费用却降低了。上世纪九十年代，一些商船业公司，如ALSTOM、ABB、SIEMENS等，已形成了企业内部的商船业电力推进标准。有人统计，八十年代后期建造的1000吨以上的商船中采用柴－电推进的约占25％，到九十年代中期，此类船舶中有35％以上采用电力推进，且该比例正在呈逐年上升的趋势。据统计，到2000年，全世界商船电力推进的装机总容量约为4200MW。

美国海军于1980年建立了综合电力驱动计划，希望通过将船舶日用电力系统和推进电力系统合而为一，进一步提高战船的性能。1990年后，美国海军将注意力转到提高船舶的能购性上，研究计划转为综合电力系统(IPS：Integrated Power System)项目。针对当时水面战斗舰艇(SC-21，现转型为DD（X）)的概念设计，美海军完成了费用和效能评估。2002年4月29日，美国海军宣布英格尔斯造船公司、诺斯罗普格鲁曼船舶系统公司为DD(X)的设计主承包商，设计承包合同总价款为28亿多美元，执行期至2005财政。DD(X)设计合同的签署意味着美国海军水面舰艇革命性变革的开始。综合电力系统强调的主要技术目标为增加可操作性和支持柔性设计。美海军计划2003年开始，用3年多时间完成11个工程开发模块的建造和试验，并通过充分的陆试和海试去降低技术风险，争取2005年技术定型，2012年装船。美国超导有限公司2003年3月3日宣称，美国海军研究局已选定该公司作为总承制方，组织力量为电力舰艇设计制造一台36.5兆瓦高温超导推进电动机的原型样机。英国海军计划将综合电力技术用于未来的新型护卫舰和轻型航空母舰上。这种新型护卫舰排水量为5000吨，航速30节，电力系统将使用WR-21燃气轮机作为原动机，采用永磁发电机。该型护卫舰预计在2008～2010年左右服役，建造数量可能为20～25艘；采用综合电力系统的轻型航母计划在2010～2012年服役。4.采用综合电力系统需要解决的主要关键技术

船舶采用综合电力系统优势明显，并且已成为发展趋势，但实现起来并非坦途，有大量的关键技术需要解决，主要的关键技术为：（1）综合电力系统总体技术研究

由于综合全电力系统涉及电力工程各个分支专业，如原动机、发电机、电动机、调速、电力电子技术，电力管理等等。许多不同专业的各个设备的研制应当相互协调，功能相当且接口一致，为满足系统和总体的需求，需要全面、综合、系统、深入地开展研究，对各子系统提出要求，确保这一复杂工程有序、顺利的开展。

综合电力系统各个模块是否运行良好并相互协调以发挥系统最佳效能,是事关整个系统优劣和良好运行的关键。需要开展构成综合电力系统的各个模块，以及各模块集成技术研究。主要包括：发电模块关键技术研究，包括原动机的选择和新型原动机的研制，研制高功率、高能量密度的交流或直流发电机，全船环形电网关键技术研究等；配电模块关键技术研究主要包括区域配电模式研究等；电力变换模块关键技术研究主要包括大容量电能变换技术研究，中、高压电网的安全性研究等；电力控制模块关键技术研究主要包括电力系统智能化综合监控与管理技术研究等；推进电机模块关键技术研究主要包括现有推进电机应用于系统研究，新型推进电机及其应用于系统的可行性研究等；能量储存模块关键技术研究：对于未来的全电力船舶，电力系统是全船的基础，也是唯一的能量来源，提高电力系统的供电可靠性及供电品质，是保障船舶安全稳定运行的前提。当电力总线为某一设备提供电功率时，为避免对其它电气设备的影响，可使用中间储能设备来维持总线的稳定性。因此应开展新型储能技术，如超导储能技术、蓄电池储能技术、飞轮储能技术等研究以及能量管理模式研究等；系统集成技术研究：系统的集成的核心在于系统的综合优化和系统的控制与管理，因此应开展包括系统模块化及综合优化技术、系统综合智能监控技术、系统稳定控制技术、系统保护技术、系统综合智能管理等技术的研究。

推进电机是综合电力系统的重要组成部分。美、英海军目前采用感应推进电机，正在研制永磁电机，下一步将研制超导电机。电力推进的一个主要研究内容就是推进电机交流化，其核心是电力变换器与交流推进电机的技术组合。未来电力船舶对推进电机单机容量的需求日益增大，直流推进电机因受极限功率的限制，已不能满足要求。

随着电力电子技术、现代控制理论技术的发展，交流电力推进系统取代直流电力推进系统势在必行。

永磁推进电动机与传统推进电机相比，具有体积小、重量轻、高比功率、效率高、噪声低、易于实现集中遥控、可靠性高、可维性好等优点。高温超导电机由于体积和重量的大幅度降低，电机制造成本大为减少，与传统电机相比，其成本可降低25-40%；电机振动和噪声非常小，并且电机的转动惯量小，能较快传递力矩；电机的尺寸和重量可分别减少到传统电机的1/3到1/5。目前国际上6500马力的高温超导电机已研制成功，大功率超导电机即将商品化。

船舶认知实习论文 第7篇

【摘要】

1、介绍船舶的分类（Introduce ship classification），2、结合在实验室的认知情况论述船舶性能、船舶设计与相关技术、船

舶制造的工艺与设备等相关知识，阐述自己的实习感想。（Combined with the cognitive situation in the lab，expoundshipping design and performance, shipping manufacture technology related to the technology and equipment related knowledge, and expound the thoughts of his practice）。

【关键词】船舶分类，实验室认知，船舶性能，船舶设计，船舶制造工艺，实习

感想

一、船舶认知（分类）

一、按照用途，船舶分为军用舰船和民用船舶两大类。

1、军用舰船按所担负的任务可划分为战斗舰船和辅助舰船，战斗舰船的具体种类有航空母舰、巡洋舰、驱逐舰、潜艇等；辅助舰船的具体种类有运输船、补给船、巡逻船等。

2、民用船舶按业务用途分为运输船舶、海洋开发用船舶、渔业船舶、工程船舶。①运输船舶专门用于运载人员和货物，可分为客船，包括客货船、旅游船；货船，包括散货船、集装箱船、油轮、冷藏船等；渡船；驳船。

②海洋开发用船舶专门从事海洋调查研究、海洋资源利用和海洋环境保护，可分为海洋资源开发船，包括海上钻井平台、海底采矿船、海洋地质勘探船；海洋调查船。③渔业船舶专门从事海上捕捞和水产品加工，可分为渔政船；渔船，包括网渔船、钓鱼船、特种渔船；渔业辅助船。

④工程船舶专门为航道和航行服务，或从事水上水下工程作业，包括挖泥船、起重船、航标船、打捞船、测量船、破冰船、消防船、引导船等。

二、按照航行区域，船舶分为海船和内河船两大类。

1、海船按航区离岸远近、风压和波浪大小等情况，可分为远洋船、近海船和沿海船，特别的，航行于北冰洋和南极区内的船舶称为极区船。远洋船航程较远，航行环境较恶劣，通常船舶的尺度较大，具有较强的抗风浪能力。极区船常与浮冰碰撞，因此船体结构比较强。

2、航行于江河、湖泊的船称为内河船。

二、实验室认知情况

一、轮机模拟器

轮机模拟器是我们学校自主研制的设备。它有一个大型动态模拟屏，上面有含燃油系统、滑油系统、冷却水系统、压缩空气系统、蒸汽系统等，可动态显示设备运行状态。试验室里面还有一个缩小比例的轮机，让我真实地见识到了轮机系统的风貌。

二、轮机综合机舱

根据老师的介绍，我了解了轮机综合机舱包含五大系统：

1、主推进系统

2、燃油系统

3、滑油系统

4、冷却水系统

5、空气启动系统

三、航海模拟器

在模拟器中，我们学习了一些开船的基本知识。原来开船是这么难，由于船的惯性太大，转弯很难。特别是在桥下面转弯的时候，时不时就搁浅，而且还会远离航线。

四、流体力学实验室

据我了解，我们学校的流体力学实验室的风洞已有很多年的历史。风洞为形成均匀流场的风环境，所需的造风装置，包括风机，送风通道、整流装置、风向调整装置、及相应控制系统部分。风洞为开口回流式，实验段尺寸为直径1.0m,设计风速2—60/s。能从事机翼、舵、船舶上层建筑、风帆及其它多种建筑物的水动力和空气动力试验、边界层速度量、尾流测量等。曾为我们周围地区的科研单位如701研究所等的科研事业做出了巨大的贡献。

五、船舶工艺实验室

工艺实验室拥有很多高科技大型实验设备。比如：计算机辅助制造和虚拟制造软件实验系统、数控肋骨冷弯机、造船测量系统和数控技术实验系统。承担船体建造工艺学、造船机械设备、造船数控设备、计算机辅助船体建造、造船误差与测量、计算机在造船中的应用等课程实验教学任务。

而且这个实验室近年来诞生了很多高新技术成果，如：肋骨冷弯机、肋骨加工机器人、重型平板运输车。它为技术市场可提供：1.程控机械手肋骨冷弯机、数控肋骨冷弯机等设备和技术2.重型平板运输车设备和技术 3.解决型材板材的加工回弹伸长测量技术4.提供数控弯管机回弹伸长测量技术5.造船工艺新方法、测量方法等6.承接船厂规划设计及船厂技术改造可行性研究等。

其中我印象最深，并且最感兴的是新一代“高级智能型”数控肋骨冷弯机。它由我校王呈方教授设计出来并投入使用。一开始我还不知道这个庞然大物是怎样可以那么灵活得弯曲钢材的，后来经过实验老师的指引，我知道了它由可移动操作台，侧夹紧油缸，中夹紧油缸，侧机架，中机架，机座，进料油缸，主弯曲油缸8个主要部分组成。它的工作原理是：首先将肋骨送入冷弯机工作平台，用左右侧夹紧油缸将型材夹紧；然后进行进料和弯曲工作：按进料按钮时，若向左进料，右夹紧缸夹紧，中夹紧缸放松，进料油缸进推动左右侧机架张开，接着左夹紧缸夹紧，右夹紧缸放松，进料油缸拉动左右侧机架合拢，这样完成一个进料流程，反方向进料即为退料。进料后由中间的油缸实现钢材的弯曲。从而实现了肋骨冷弯的过程。它集成了先进的工艺技术、测量技术、现代信息技术和控制技术，因它的操作机是机械手肋骨冷弯机，并具有学习和智能功能，所以它具有明显的机器人特征，故也是一种高度灵活性的自动化的“肋骨冷弯工业机器人”。

六、结构试验室

在结构实验室里，我见到了期待了好久的大型结构试验平台，里面有钢质结构船模 有程控电阻应变仪、有船模加载架、有压力传感器及显示器和动载试验机。其中我印象最深的是那些小小的硬力片，它们虽小，但是可以测量钢材及其细微的形状变化。为测量钢材的结构特性起到了巨大的作用。这个试验室里面确实有不少高科技产品，比如油压千斤顶及压力传感器，它也能通过测量钢材及细微的形状变化来检测它的硬

度和韧度；比如动载试验机，吴院长在给我们介绍的时候好几次都提到了这个庞然大物，据说它是我们学校引进的一个很先进的仪器，为周边跟多科研单位做出了贡献，让我一直向往能见上它一眼，而参观了结构试验室才让我真正地见识了庐山真面目。它可以在主令控制系统的指令下，让高压油泵把专用液压油压出，控制伐进行精密控制，让四个作动器作出精准的动作，施加出各种需要波形的载荷。在作动器上配有精密的力传感器和位移传感器，形成闭环系统，对力或者位移进行监测、控制。

七、港机试验室

在港机试验室里面，经过实验老师的介绍，我了解了好多码头装卸以及输送设备。其中的好

多输送原理让我大开眼界。我最感兴趣的是利用惯性清船的输送装置。它使货物高速旋转获得很大的离心力而使之紧紧贴在传送筒的筒壁上，达到清理船内散装货物的目的。而随后参观的货仓自动管理的试验室更是让我大开眼界。那么大个货仓，居然只要两个人管理就行了，自动化的程度之高，是原来的我无法想象的。里面的两台仪器的精确水品让我为之震撼，其中那台叉车运动红外测位的技术更是让我对科学的崇拜更加深厚。

八、船舶性能试验室

这是我进校以来最向往，最感兴趣的试验室。船舶性能实验室于1985年建成投入使用，有

船模拖曳水池和船模操纵性水池。其中船模操纵性水池号称亚洲第一。

船模拖曳水池长132m，水面宽10.8m，最大水深2.0m，池底平整。水深可根据试验要求任

意选择，拖车工作架可垂向升降，以便于不同深浅水试验的要求；水池水面宽度较大，可进行大型船队的船模试验研究,是国内一座大型深浅两用船模试验水池。1986年正式成为国际船模试验水池会议（ITTC）成员单位。经过国家十五“211工程”建设的大力投入，水池现配备有英国CUSSONS公司螺旋桨动动测量仪、螺旋桨模加工测量仪、阻力仪；日本TEAC公司高精度直流信号放大器，精度可达万分之一；美国NI公司硬件及LabVIEW软件集成的试验数据采集系统。新近建成24单元反射吸收式造波机，可造3维非规则波。新添置了，瑞典QUALISYS公司非接触型适航议、日本电子株式会社非接触型浪高仪。该水池可进行船模阻力试验，波形测量，船模运动升沉浮态测量，螺旋桨敞水试验，船模自航试验，船舶伴流场、尾流场测量等常规试验。规则波和二维非规则波下的有航速的船模耐波性试验。水中运动物体相互干扰力的测量和海洋结构物的水动力研究等非常规试验。当我站在拖车上向前运动的时候，我的精神都为之振奋。

船模操纵性水池长80m，水面宽60m，最大水深1.5m，池底平整可做深浅水自由自航船模操纵性试验，拥有计算机数据实时采集显示处理系统。双RTK的GPS船模运动轨迹实时摇测系统，可实时测量船舶运动的轨迹、航速、漂角。综合分析可得出船舶的操纵性指数、倒航操纵性。通过变换水深，按不同的水深吃水比进行模型操纵性试验，可研究浅水对船舶操纵性的影响，研究内河限制航道船舶和大型船舶进出港口时的操纵性及安全性。还可作单船及船队通过桥墩等水上建筑物的模拟驾驶试验，风帆船的操纵性试验。通过实验老师的讲解，我终于知道了这个操纵性水池与普通的水池的巨大差异，也终于明白了它为什么能被称为亚洲第一了。我为我们学校有这么先进的试验室而感到自豪！

三、实习感想

此次的认知实习给我留下了深刻的印象，让我认识到船体研究的复杂性，也更坚定了我努力

学习我们船海工程的决心。我们有这么多的知识等着我们学习，等着我们研究，而这些先进仪器为我们提供了一个更广阔的学习的平台。众所周知，研究每一门工程技术，都需

要不断地进行试验，来填补理论中的不足，唯有试验才能展现出真理。实验老师向我们讲述了这些试验室的用途，展示了某些试验器械的使用方法，这很让我感兴趣，爱动手是我们男孩的天性，而在这些高技术含量的试验器械上动动手更是我梦寐以求的事儿。比如说让我们在航海模拟器里面开船，让我们亲身感受到开船的困难，从中获得试验的乐趣，就让我很满足。当然，我个人觉得咱们学校可能是某些原因导致的经费不足，使得一些试验室的设备已经过时，比如说流体力学试验室的那个风洞，当年它可是咱们地区的王牌，好多科研机构都要依靠咱们的风洞来做实验，但是现在年代久远，没有及时更新，显然就不能跟上时代的脚步了。但是，尽管它们的年代有些久远，还是能满足我对实验的渴望，能满足我们本科生的学习探究。

我们武汉理工大学造船专业可以追溯到1946年武昌海事职业技术学校造船科，1952年院系调整时造船系被调整至上海交通大学。1958年重建，1963年交通部院系调整，大连海运学院（现大连海事大学）造船系整体搬迁至武汉，与当时的武汉水运工程学院造船系合并。80年代初至90年代中期，由于长江内河航运繁忙，武汉理工（时为武汉水运工程学院）造船系显赫一时，可以说在民品的设计和研究方面仅次于上交。一批骨干教师在当时国内的造船界极高的声誉。如今的武汉理工大学造船专业虽然不如当年名声那么响亮，但是在内河市场上仍然具有统治力，在高性能船舶方面特色鲜明。虽然地处内陆，但已在华南，华东设有设计研究所。现阶段我们理工大学余区由于受地域限制，相对其他学校来说，海船弱一点，内河船舶还是独步中国的。但是从长远来看，内河航运主要是运输，并且技术要求相对较低，而海洋开发迫在眉睫，与之对应的却是我国的海洋开发能力不能完全适应我国海洋开发要求。我们应该在这方面加大研究投入，在新时代创造出行的品牌出来。

而如今，中国南海处于最危急的时刻，咱们船海人更显现出了时代的价值。中国不能没有海，更不能没有强大的海军，看他南海诸国欲抢占咱中国的固有领土，不就是看咱们的海军还不够强大吗？我们中华民族一忍再忍，他南海诸国却得寸进尺，作为华夏儿女的我们，能不为之感到气愤吗？而唯有我们拥有了极高的知识，才能使中国的海上力量更加强大，使我中华民族不再被那些海上强国欺负。既然学校为咱们创造了好的资源，我们更应该好好学习，为了自己美好的将来而学，更为了我们中华民族的伟大复兴而学！

船舶综合电力系统同步测量的实现 第8篇

1 时间同步方法

IEC61850对时间同步精确度定义了5个级别(见表1),以满足不同高级应用的需要。传统数据采集与监视控制(SCADA)系统进行高级应用的计算时,相对误差较大的SCADA数据仍起主导作用,少量高质量相量测量单元PMU(Phasor Measuremen Unit)的测量数据只能有限地提高计算结果准确度,而且其成本很高[1]。所以,要适应综合电力系统的发展需要,必须从根本上提高SCADA数据的质量。因此本文基于舰船能量管理网络,讨论将现场IED增加时间同步的功能,以提高数据的质量和高级应用计算结果的准确度。

传统电力系统的广域同步测量广泛使用GPS实现时间同步,其1 PPS(Pulse Per Second)时钟精度可达到200 ns,能够满足电力系统同步测控的需要。但因需要独立的天线和接收模块,成本较高,难以大规模应用到现场PMU和IED中,在封闭空间的舰船电力系统测控中存在局限性。

基于以太网的舰船电力系统同步测量的最好方法是借助监控网络本身实现。网络时间同步主要有NTP/SNTP[2,3]和IEEE1588协议。NTP/SNTP是近20年用于IP网络的主要的时间同步协议。NTP/SNTP协议的实现是假定客户机和服务器之间的报文传输时延相等。由于客户机和服务器处理能力不同,以及舰船监控网络的数据传输的非对称性,客户机和服务器之间的报文传输时延实际上并不严格相等,使得NTP/SNTP的时间同步精度只达到毫秒级,不能满足很多场合电力系统对时间同步的要求。IEEE1588定义了一种精确时间协议PTP(Precision-Time Protocol)[4,5],用于对标准以太网或其他采用多播技术的分布式总线系统中的传感器、执行器及其他终端设备中的时钟进行亚微秒级同步。因此在船舶综合电力系统能量管理网络平台上研究并实现IEEE1588协议具有重要意义。

2 IEEE1588协议

2.1 IEEE1588同步原理

IEEE1588标准规定了将一个分散在测量和控制系统内的分离节点上独立的运行时钟同步到一个高精度和准确度的时钟上的协议。这些时钟是在一个通信网络中互相通信的。按此基本格式,该协议要形成树形的管理,使系统内的这些时钟产生一个主从关系。IEEE1588定义了4种同步基本报文(Sync、Follow_up、Delay_req、Delay_resp)和一组管理报文。各从属时钟与主时钟之间通过交换报文估计时钟偏差,从而达到从属时钟与主时钟之间的精准同步。

同步过程分为如图1所示的偏移测量阶段和延迟测量阶段。

偏移测量阶段修正主时钟和从属时钟的时间差。在偏移修正过程中,主时钟周期性发出一个确定的同步信息(Sync),一般为1次/2 s,主节点测出Sync发送的准确时间t1,并在随后的Follow_up信息帧发送给从属时钟节点,而从属时钟测量出接收Sync的准确时间t2。这样,从属时钟使用Follow_up信息中的真实发出时间和接收方的真实接收时间,可以得到表达式:

延迟测量阶段测量网络传输造成的延迟时间。使用IEEE1588定义的延迟请求信息包测量网络的传输延时。从属时钟在收到Sync信息后,在t3时刻发出延迟请求信息包Delay_req,主时钟接收Delay_req命令,记录准确的接收时间t4,并使用命令Delay_resp发送给从属时钟,因此,可以得到表达式:

这样,从属时钟就可以非常准确地计算出网络延时tdelay和主、从节点间的时间偏差toffset:

从属时钟节点的时间可以修正为

2.2 时间同步精度控制

影响时间同步精度的因素有很多,包括晶振的稳定性、同步周期、时间戳精度、网络拓扑和负载流量。其中,报文时间戳的生成点是影响IEEE1588时钟同步精度的主要因素。从PTP协议栈可知有很多种获得IEEE1588消息帧时间戳的方法。

文献[6]验证软件(soft-only)实现时间戳的提取和实时时钟的控制方法,整个协议在应用层实现,给时间戳带来更多的误差,因此得到的精度最低,通常是几百微秒到几毫秒,这取决于操作系统的性能。

使用硬件辅助方法可以获得较准确的时间戳值,减少协议栈带来的不确定时延,从而显著提高了同步精度。文献[7]基于FPGA(Field-Programmable Gate Array)在以太网的MAC(Media Access Control)层和物理层PHY(PHYsical layer)之间接口MII(Medium Independent Interface)获得时间戳,同步精度可达20 ns。这样的设计使用现有标准的以太网和控制器器件,由于增加了硬件,系统的结构复杂,成本较高,而且在MII获得IEEE1588时间戳仍有不确定的发送或接收时延。

文献[8]提出将IEEE1588协议中对时间敏感的部分嵌入物理层。这至少包括IEEE1588率受控时钟(rate-controlled clock)和获取接收发送信息的时间戳单元。然后这种物理层可以与任何带有以太网MAC层的微控制器、FPGA和ASIC(Application Specific Intergrated Circuits)结合。在物理层获得的时间戳消除了MAC层和物理层之间不确定时延所带来的误差,可以获得<10 ns的同步精度。

可见,不同的方法获得的时间戳精度也各不相同,从而影响时间同步的精度,越接近协议栈的底层越精确。

3 同步测量系统的实现

3.1 同步测量系统网络拓扑

和其他同步测量系统一样,舰船电力监控系统要求同步测量网络能够支持多种拓扑,并具有较高的容错性能,当网络拓扑发生变化后可快速重新配置。IEEE1588协议可以很容易满足这些要求。IEEE1588协议将整个网络内的时钟分为主时钟MC(Master Clock)、普通时钟OC(Ordinary Clock)、边界时钟BC(Boundary Clock)、透明时钟TC(Transparent Clock)等。MC和OC只有一个PTP通信端口,MC为网络内OC(如同步采集设备)提供精准的时间源。BC及TC都是物理机制,为交叉多端口网络设备,如网桥、路由器和中继器等提供了精准的PTP协议,用来划分子网的网络设备,防止这些网络设备产生大的延迟抖动。BC可以服务于某一端口的MC设备,并像MC设备一样作用于所有其他端口,每个PTP端口提供独立的PTP通信。TC不是用作一个主或从设备,而是转交PTP的事件消息并提供桥之间的阻滞时间的校正。在所有情况下,每个TC或边BC都包含一单一PTP时钟用于精确地同步网络中的设备。当网络结构发生改变或MC失效时,可根据最佳MC算法BMC(Best Master Clock algorithm)快速配置时钟从属关系,达到较高的容错性能。文献[9-12]讨论了这种多层高可靠性网络的同步性能,使用TC/BC能达到满意的效果。

舰船综合电力系统监控网络平台一般采用交换式以太网,构成冗余环形拓扑结构,如图2所示,系统可以采用多个MC,起到冗余作用。只需在标准交换机上实现BC/TC时钟,在各同步采样设备节点上实现BC,即可以实现各节点与MC的时间同步。

3.2 同步测量节点设计

同步测量节点需要具备较高的同步精度和合理的同步刷新速率。本文以一个同步测量装置说明IEEE1588的基本实现方法,其结构如图3所示,主要由信号调理、A/D采样模块、采样脉冲发生模块、控制单元和以太网收发器模块组成。

同步测量节点主要完成3个功能。

a.时间同步。

实现测量节点与MC的时间同步,为准确获取IEEE1588消息帧时间戳,采用NS公司的以太网收发器芯片DP83640。DP83640是一款由美国国家半导体公司推出的集成IEEE1588精确时钟协议硬件支持功能的以太网收发器。芯片内置高精度IEEE1588时钟,并设有由硬件执行的时间标记功能,可为接收及发送信息包印上标记。因此,控制器采用带MII接口的DSP处理器,需要实现IEEE1588应用层、收发IEEE1588报文,计算时钟偏差,并校正本地时钟。为获得较高的同步精度,在硬件设计上采用了较为稳定的晶振为系统提供外置频率,在软件上可设定较短同步周期(1 s)。

b.同步测量。

本文采用固定时间间隔的采样方式,这需要提供精准的同步采样时钟。DP83640提供一个同步时钟信号给外部设备使用,输出时钟信号可以是250 MHz除以N之后的任意频率,N=2～255,提供频率980.4 kHz～125 MHz。脉冲发生器使用FPGA实现,对输入频率进一步同步计数分频可获得需要的采样频率。

c.数据的处理和发送。

控制器除了实现IEEE1588应用层协议,还负责数据的采集处理。在采样控制电路控制下,A/D芯片按等时间间隔采样,控制器获得的数据可以在本地进行处理或按组存放,也可通过网络发送至远程计算机进行处理,数据均使用世界标准时间(UTC)进行标识。

3.3 同步性能测试

为测试同步测量节点的同步性能,用多层支持IEEE 1588的交换机构建测试系统,如图4所示。交换机使用罗克韦尔Stratix 8000型交换机,配置为BC节点。2个从时钟测量节点同步于同一MC,并对同一信号源进行采样测量,DSP检测采样信号,并将每周期信号发送至远程计算机,以计算正序电压过零点的时间值,以此比较2个测量节点的同步性能。

将不同数量BC交换机相连的系统,分别统计了100 000次记录结果,得出不同数量交换机下的节点同步性能,如表2所示。

节点间同步误差包括了采样、处理、记录等过程误差,但2节点采用了相同的硬件器件和控制程序,所以获得的过零点时间值差别不大,由结果可见其同步误差<1μs,完全可以满足IEC61850关于同步测量的需求。

4 结论

本文主要讨论了IEEE1588的特点及实现方法,提出实现舰船电力系统同步测量的方案。IEEE1588协议主要针对本地化网络化控制系统,与其他同步方法相比,IEEE1588在不显著增加成本的基础上,能够提供实时、高精度、严格同步的量测量,满足基于局域网的舰船电力系统监控网络时间同步的需要。同步测量在电力系统高级应用计算中非常重要,可显著提高系统分析计算结果的准确性,因此,在IEEE1588协议在电力系统监控网络中的应用愈来愈广。

摘要：通过比较各种时间同步协议的优缺点,提出基于IEEE1588协议实现船舶综合电力系统同步数据采集的方案。分析了IEEE1588协议的偏移测量和延迟测量原理,指出时间戳是影响同步精度的主要因素,并比较了在不同协议层获取时间戳的同步性能。给出了基于环形冗余工业以太网实现主、从时间同步的网络拓扑结构,并基于DP83640芯片设计了同步测量节点,实现了数据的同步采集与网络传输。设计过零检测实验并测试同步性能,同步精度低于1μs。结果表明,使用IEEE1588协议可以在不显著增加成本的基础上,为电力系统提供实时、高精度、严格同步的量测量,满足基于局域网的舰船电力系统监控和计算的需要。

关键词：船舶综合电力系统,能量管理系统,同步测量,IEEE1588协议,时间戳

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