1 軸帶發(fā)電機控制系統介紹

　　隨著目前IMO(國際海事組織)引入了能源效率設計 指數(EEDI)，現有船舶能效指數(EEXI)和碳強度指標 (CII)的概念，旨在推動新建船舶使用節(jié)能設備。而對于已 經投入運營的船舶而言，增裝軸帶發(fā)電機同樣可以改進其能 源效率，并有效降低船舶碳排放，提升能效評級。

　　軸帶發(fā)電機是船舶沿著主發(fā)動機系統輸出軸配置的發(fā)電 機組，船舶為了能夠更大的發(fā)揮主軸的動力利用率，在船舶 處于低速的情況下，啟動軸帶發(fā)電機將主機的剩余動能轉化 為發(fā)電機的電力，并供給給其他船電系統作為應用。另外， 在PTI(Power Take In)模式下也可以為螺旋槳提供額外動 力，同時降低主發(fā)動機的功率選型。它降低了輔助發(fā)電機組 的需求，減少維護成本。因此，它成為一種有效改善EEXI 和 CII的解決方案，成為了船舶升級改造的重要方向。

　　船舶動力及軸發(fā)所處的位置如圖1所示，軸帶發(fā)電機通 ?？梢砸员лS式、齒輪箱式、自由端多種方式安裝于主軸 上，圖1為齒輪箱式，比較適合于后增安裝方式。通過齒輪 箱連接，將主發(fā)動機的動力驅動發(fā)電機組，并經由整流/逆 變單元、變壓器，既可以儲能形式，也可以以電驅輔助引擎 方式驅動，也可以作為船用電力來源。

　　整流/逆變系統使得機組可以提供恒壓恒頻電能輸出， 當然，軸帶發(fā)電機也可以作為電動機輸出——這由整個電力 系統的轉換來實現。

　　2 貝加萊船舶軸帶發(fā)電機控制系統解決方案

　　貝加萊的控制系統可提供針對機組的發(fā)電轉速采樣、機 組電流/電壓、頻率的高精度采樣，以及電機功率控制，整 流與逆變中的控制功能。

　　圖2為控制系統配置，在這個解決方案中，貝加萊X20 系列PLC具有的強算力設計，以及X20CM0985模塊的能源測量與并網同步能力，使得針對發(fā)電機組的控制算法可以更為 便利。

圖 1 船舶推進與軸帶發(fā)電機組布局

圖 2 控制系統構成

　　貝加萊的控制系統之所以可以勝任船舶領域，主要在于 以下幾個方面：

　　(1)涂層設計的控制器

　　貝加萊的X20 PLC、工業(yè)PC系列產品電路板均采用了特 殊涂層處理，它使得這些控制器、I/O均可在防潮、抗腐蝕 氣體保護需求的環(huán)境下工作(如圖3)。

　　帶有涂層版本的X20組件，它可以在-40℃下啟動。并且考慮長距離輸電的壓降，它也可以容忍24VDC電源在-25%- +30%范圍的偏差。

　　(2)完善的船級社認證

　　船級社的需求是船舶行業(yè)的特殊要求，它需要在海洋、 海岸線工作的船舶、設備需要經過特船級社認證，以確保其 能承受海洋的特殊工作環(huán)境需求。在目前的貝加萊控制系統 中，已經在挪威船級社DNV、德國船級社 GL、勞氏船級社 LR、中國船級社CCS、美國船級社ABS、法國船級社BV、韓 國船級社KR、意大利船級社RINA認證。

　　(3)能源監(jiān)測模塊(如圖4)

　　在多個方面，貝加萊的X20CM能源監(jiān)測模塊都發(fā)揮著關 鍵作用：

　?、俅藐P鍵設備的能源監(jiān)測與集中管理;

　?、诖脙热紮C組控制系統，如燃氣輪機、甲醇/綠氨機 組等;

　?、鄞脷淙剂想姸训墓芾?。

　　貝加萊X20能源模塊可以高頻、高精度檢測電力系統的 電壓、電流、頻率、相位、諧波等，并可作為電力控制和能 源效率監(jiān)測的數據采集源。

　　除此之外，遵循ISO50001能源管理系統需求，貝加萊 X20豐富的I/O模塊還能支持船舶上各類能源的監(jiān)測，包括溫 度、壓縮氣體、蒸汽、熱力供應等的計量、傳輸、計算、報 表、分析等能力，并可進行甩負荷管理。

　　3 建模仿真與自動代碼生成

　　發(fā)電系統的高速采樣以及功率控制的算法復雜性，以 及它的方式的靈活多變，這使得采用建模仿真的方式進行 機組的開發(fā)變得更為有效。貝加萊的Automation Studio可 以通過FMU/FMI、OPC UA的方式與MATLAB/Simulink這樣 的控制算法設計軟件接口。經由建模仿真的方案可以自動 代碼生成的方式，經過導入至Automation Studio與其他任 務相耦合，并可直接下載到硬件測試，實現硬件在環(huán)測試 (HIL)，這個方式的好處在于可以根據機組的容量、運行 模式、設備邏輯等變化，而形成快速的機組應用重組(如 圖5)。

　　這種開發(fā)模式在貝加萊的風力發(fā)電機器控制、燃氣輪機 機組、雙燃料發(fā)動機組的控制方面，均被采用，作為一種高 效的機器控制研發(fā)方式被廣泛應用。

圖 3 采用涂層處理的控制器可以在海洋環(huán)境工作

圖 4 貝加萊 X20 系列的能源監(jiān)測模塊

圖 5 Automation Studio 的建模仿真導入能力

　　作為 ABB 集團旗下的業(yè)務部，貝加萊是總部位于奧地 利的工業(yè)自動化領域的全球領導者。貝加萊將先進技術與工 程設計相結合，為各行各業(yè)的客戶提供機器和工廠自動化、 運動控制、HMI 和集成安全技術的完整解決方案。憑借包括 OPC UA、POWERLINK 和 openSAFETY 在內的工業(yè)物聯網 通信標準以及 Automation Studio 軟件，貝加萊不斷重新定 義自動化工程的未來，推動貝加萊始終走在工業(yè)自動化領域 前沿的創(chuàng)新精神，源于對簡化流程和超越客戶期望的承諾。