貝加萊船舶解決方案之-軸帶發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)
發(fā)布時(shí)間：2025-05-22 作者：www.dzsex.cn
隨著IMO（國際海事組織）引入了能源效率設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI），現(xiàn)有船舶能效指數(shù)(EEXI)和碳強(qiáng)度指標(biāo) (CII)的概念，旨在推動(dòng)新建船舶使用節(jié)能設(shè)備。而對(duì)于已經(jīng)投入運(yùn)營的船舶而言，增裝軸帶發(fā)電機(jī)也同樣可以改進(jìn)其能源效率，并有效降低船舶碳排放，提升能效評(píng)級(jí)。
軸帶發(fā)電機(jī)是船舶沿著主發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的輸出軸配置的發(fā)電機(jī)組，船舶為了能夠更大的發(fā)揮主軸的動(dòng)力利用率，在船舶處于低速的情況下，啟動(dòng)軸帶發(fā)電機(jī)將主機(jī)的剩余動(dòng)能轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)的電力，并供給給其他船電系統(tǒng)作為應(yīng)用。另外，在PTI（Power Take In）模式下也可以為螺旋槳提供額外動(dòng)力，同時(shí)降低主發(fā)動(dòng)機(jī)的功率選型。它降低了輔助發(fā)電機(jī)組的需求，減少維護(hù)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(jí)改造的重要方向。
船舶動(dòng)力及軸發(fā)所處的位置如圖1所示，軸帶發(fā)電機(jī)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(dòng)機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組，并經(jīng)由整流/逆變單元、變壓器，既可以儲(chǔ)能形式，也可以以電驅(qū)輔助引擎方式驅(qū)動(dòng)，也可以作為船用電力來源。
圖1-船舶推進(jìn)與軸帶發(fā)電機(jī)組布局
整流/逆變系統(tǒng)使得機(jī)組可以提供恒壓恒頻電能輸出，當(dāng)然，軸帶發(fā)電機(jī)也可以作為電動(dòng)機(jī)輸出-這由整個(gè)電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)。
貝加萊的控制系統(tǒng)提供針對(duì)機(jī)組的發(fā)電轉(zhuǎn)速采樣、機(jī)組電流/電壓、頻率的高精度采樣，以及電機(jī)功率控制，整流與逆變中的控制功能。
圖2-控制系統(tǒng)構(gòu)成
圖2-為控制系統(tǒng)配置，在這個(gè)解決方案中，X20系列PLC具有的強(qiáng)算力設(shè)計(jì)，以及X20CM0985模塊的能源測(cè)量與并網(wǎng)同步能力，使得針對(duì)發(fā)電機(jī)組的控制算法可以更為便利。
貝加萊的控制系統(tǒng)之所以可以勝任船舶領(lǐng)域，主要在于以下幾個(gè)方面：
涂層設(shè)計(jì)的控制器
貝加萊的X20 PLC、工業(yè)PC系列產(chǎn)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(hù)需求的環(huán)境下工作。
圖3-采用涂層處理的控制器可以在海洋環(huán)境工作
帶有涂層版本的X20組件，它可以在-40℃下啟動(dòng)。并且考慮長(zhǎng)距離輸電的壓降，它也可以容忍24VDC電源在-25%-+30%范圍的偏差。
完善的船級(jí)社認(rèn)證
船級(jí)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(shè)備需要經(jīng)過特船級(jí)社認(rèn)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(tǒng)中，已經(jīng)在挪威船級(jí)社DNV、德國船級(jí)社 GL、勞氏船級(jí)社LR、中國船級(jí)社CCS、美國船級(jí)社ABS、法國船級(jí)社BV、韓國船級(jí)社KR、意大利船級(jí)社RINA認(rèn)證。
能源監(jiān)測(cè)模塊
圖4-X20系列的能源監(jiān)測(cè)模塊
在多個(gè)方面，貝加萊的X20CM能源監(jiān)測(cè)模塊都發(fā)揮著關(guān)鍵作用：
船用關(guān)鍵設(shè)備的能源監(jiān)測(cè)與集中管理；
船用內(nèi)燃機(jī)組控制系統(tǒng)，如燃?xì)廨啓C(jī)、甲醇/綠氨機(jī)組等；
船用氫燃料電堆的管理。
X20的能源模塊可以高頻、高精度檢測(cè)電力系統(tǒng)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(cè)的數(shù)據(jù)采集源。
除此之外，遵循ISO50001能源管理系統(tǒng)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(cè)，包括溫度、壓縮氣體、蒸汽、熱力供應(yīng)等的計(jì)量、傳輸、計(jì)算、報(bào)表、分析等能力，并可進(jìn)行甩負(fù)荷管理。
建模仿真與自動(dòng)代碼生成
發(fā)電系統(tǒng)的高速采樣以及功率控制的算法復(fù)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(jìn)行機(jī)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(shè)計(jì)軟件接口。經(jīng)由建模仿真的方案可以自動(dòng)代碼生成的方式，經(jīng)過導(dǎo)入至Automation Studio與其他任務(wù)相耦合，并可直接下載到硬件測(cè)試，實(shí)現(xiàn)硬件在環(huán)測(cè)試（HIL），這個(gè)方式的好處在于可以根據(jù)機(jī)組的容量、運(yùn)行模式、設(shè)備邏輯等變化，而形成快速的機(jī)組應(yīng)用重組。
圖5-Automation Studio的建模仿真導(dǎo)入能力
這種開發(fā)模式在貝加萊的風(fēng)力發(fā)電機(jī)器控制、燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)組的控制方面，均被采用，作為一種高效的機(jī)器控制研發(fā)方式被廣泛應(yīng)用。