一种船舶岸电监控控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电力监控技术领域，尤其涉及一种船舶岸电监控控制系统及方法。

背景技术

2015年交通部印发《船舶与港口污染防治专项行动实施方案》，主要港口90％的港作船舶、公务船舶靠泊使用岸电。全国到2017年底新增高压港口岸电系统设施30套左右，新增低压港口岸电系统设施840套左右。岸电场站实际运行的可靠性与新建建设的效率在岸电的发展过程中具备举足轻重的作用。

随着岸电领域的拓展及岸电实用需求的激增，新建站的建设周期和投运站的可靠性和运行效率较从前均有较大的提高，基于此，一种以“简化工程配置难度，提高工作效率”为指导原则的岸电场站的应用提出显得尤为必要，在实际实施过程中，基于既有岸电场站的运行模式进行优化，势必能在将来岸电场站的建设、运行过程中掀起新一轮变革。

发明内容

针对目前的分布式监控网络成本较高且无法对图像中物体进行定位的问题，本发明提供一种船舶岸电监控控制系统及方法，提高岸电场站运行的可靠性并降低工程实施的难度，大幅度降低工程实施周期和调试周期。

为达到上述目的，本发明提供了一种船舶岸电监控控制系统，包括就地监控装置、以太网、若干通讯单元、现场总线、岸基设备、船基设备、计量设备以及监控中心；

所述就地监控装置通过以太网连接若干通信单元，与船基设备、岸基设备、计量计费设备通讯；

所述就地监控装置与船基设备通讯，获取电缆卷筒上传的张力状态、线长状态、滑环温度、接地状态、与船连接状态以及船基告警信息；根据船基告警信息自动控制卷筒电源断开；

所述就地监控装置与岸基设备监控，获取变频器运行状态、岸基告警信息、供电功率以及开关状态；获取接电箱与电缆卷筒连接状态以及接地故障信息；根据岸基报警信息自动切断接电箱断路器。

所述就地监控装置与计量计费设备通讯，获取上传的电压和电流信息、运行时间，结合基准价计量供电价格。

进一步地，所述就地监控装置包括规约处理模块、控制策略模块、数据统计模块、计量管理模块、智能告警模块和对上转发模块；

规约处理模块对来自于不同通信介质、不同通信规约的数据进行采集和转换；

控制策略模块根据不同场景对岸电电源进行控制；

数据统计模块对采集的数据进行计算、处理和统计；

计量管理模块获取上传的电压和电流信息、运行时间，结合基准价计量供电价格；

智能告警模块根据采集的数据预判影响设备正常运行的信息，并给出提前预警；

对上转发模块对上级平台系统转发模块对采集的信息及船基告警信息，并接收上级平台系统的下行命令。

进一步地，所述就地监控装置还包括历史库、实时库以及四遥库；

所述历史库用于存储计量数据、岸电使用时间及功率，卷筒的张力状态、线长状态、滑环温度、接地状态、与船连接状态、船基告警信息以及控制操作记录；

所述实时库用于存储实时采集的数据；

四遥库用于存储指遥测、遥信、遥调、遥控的控制逻辑、算法及实时运行信息或状态。

进一步地，所述控制策略模块根据不同场景对岸电电源进行控制具体包括：

不同场景包括靠岸固定式、靠岸浮动式、离岸固定式、离岸浮动式、船电宝以及水上服务区综合能源保障6种场景；

对于靠岸固定式场景，所有岸电设备均放置在岸基侧，船舶岸电监控系统根据潮水涨落结合电缆张力大小自动控制收放电缆，当卷筒仅剩2圈时自动告警中断岸电接口；

对于靠岸浮动式场景，需要配置岸电趸船，所有岸电设备均放置在岸电趸船上且配置高压卷筒，监控通过监测高压卷筒电缆张力及与岸基位移，采用GPS定位确定供电趸船位置，当高压卷筒、高压接口箱、低压岸电箱、低压卷筒设备有故障告警时，船舶岸电监控控制系统通过PLC控制岸电接口关断；

对于离岸固定式场景，具有靠船墩，岸电设备布置在靠船墩上且配置浮动式岸电接口装置，船舶岸电监控控制系统通过检测卷筒张力判断水位变化控制电缆收放；当张力过大电缆卷筒超过设定阈值时切断电源；

对于离岸浮动式场景，岸电设备配置导向滑轮及恒张力控制系统以及T接装置，船舶岸电监控控制系统监测多端口同时供电状态；当T接装置告警或电缆张力超过设定阈值时，船舶岸电监控系统控制切断电源；

对于船电宝场景，岸电设备配置大容量电池，监控通过BMS监测电池的充放电的状态信息以及岸基充电桩充电控制；当电池过热或电池过充过放时船舶岸电监控系统切断电池输出通道。

对于水上服务区综合能源保障场景，船舶岸电监控控制系统监测整个运行服务区所有用电状态信息，同时通过调配各端口用电功率，保障整个服务区用电正常运行。

进一步地，6种场景根据现场情况，手动切换。

进一步地，智能告警模块根据采集的数据预判影响设备正常运行的信息，并给出提前预警具体包括：

当电缆卷筒张力过大超过阈值时，监控自动判断此时卷筒故障，同时通过PLC控制岸电接口关断。

进一步地，数据统计模块对采集的数据进行计算、处理和统计具体包括：通过GPS获取岸电与岸电趸船位置信息以及电缆张力大小，判断电缆是否收放；统计各端口用电频率及功率，判断岸电运行成本及利润。

进一步地，船舶连接完成后，所述就地监控装置通过光纤按照通信规约获取船基供电系统的信息，与船舶匹配完成后，在监控系统上予以确认；确认后，对进线柜进行控制，信息核对完成后，与船舶确认当前要求的电压和频率，将参数下发给变频电源，信息全部核对完成后，再从监控系统上向变频电源下发“合闸”控制命令。

进一步地，“合闸”控制命令发出后，根据当前船舶停靠序列依次控制T接箱的开关合闸。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明的监控控制系统可提高岸电场站运行的可靠性并降低工程实施的难度，大幅度降低工程实施周期和调试周期。该技术的主要特点就是“使用一套通用的系统架构来适配不同的岸电应用场景，全面解决高低压岸电监控控制技术”，具体为：基于消息总线，通过抽象统一的数据接口适配不同场景下的业务处理模块，根据不同的应用场景加载对应的业务服务簇，实现高低压岸电场景下的“多设备有序供电控制”，通过就地部署/网络化部署模式实现用户灵活计量计费的实际运营需求。从而在简化工程配置难度同时，提高岸电场站的实际运行效率。

附图说明

图1是本发明系统业务架构图；

图2是本发明系统网络架构图；

图3为变频电源控制策略示意图；

图4为T接电源控制策略示意图；

图5为数据转发模块结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明的目的是提供一种船舶岸电监控控制系统，以成熟SCADA监控系统和消息总线为基础，以简化工程配置降低调试门槛为导向，以提高岸电场站运行效率为最终目标。

一套系统架构适配不同的岸电应用场景；总体来说，控制技术需基于基础监控系统SCADA通用服务和专业业务模块组成；关于场景的差异化应对模式主要在“专业业务模块”中予以体现；各岸电各场景下的设备类型不同，需采用统一的数据模型予以应对；标识当前场站的类型，将典型设备类型建立起与场站类型的映射关系，从可明确不同场站与不同设备的对应关系；针对不同的场景分别设计“高压岸电场景业务服务簇”和“低压岸电场景业务服务簇”，对两类应用簇与通用服务模块交互业务类型进行抽象，形成统一的接口与参数，通过参数定义来识别当前加载的应用簇，从而实现“一套系统架构”来适配不同的岸电应用场景。维护一套数据模型和一套系统架构，即可很大程度上适应目前岸电场站的业务，在具体工程设计应用中，其差异性需求可仅修改业务服务簇，而不必再修改基础通用的监控，从而全面提高岸电场站的可用性和稳定性。

协调多设备有序供电控制策略：以“联锁保护功能”基础逻辑为基础，主要实现对“变频电源”及“T接电源”的综合控制。变频电源的控制策略：船舶连接完成后，监控系统通过光纤按照通信规约获取船基供电系统的信息，与船舶匹配完成后，在监控系统上予以确认；确认完成后，需在监控上操作对进线柜进行控制，信息核对完成后，与船舶确认当前要求的电压和频率，将参数下发给变频电源，信息全部核对完成后，再从监控系统上向变频电源下发“合闸”控制命令。具体流程如图4所示。T接电源控制策略：根据当前船舶停靠序列依次控制T接箱的开关分合(要给1#和2#船供电控制顺序为1#开关→2#开关)，启/停需分别采用不同的控制顺序，具体流程如图3所示。

智能识别场景，动态加载业务服务簇：基于消息总线格式化的统一数据接口，基于高低压岸电场景的典型应用，抽象统一的业务交互接口，遵循“数据订阅”机制，实现业务模块与总线之间的数据交互；监控系统启动时，根据当前典型配置自动判定当前应用场景，加载对应的业务服务簇；在保证数据传递安全性和一致性的同时，最大程度上降低了“工程定制的重复开发”，从而降低岸电场站工程调试时间。

就地部署/网络化部署模式：在没有上级平台时，站控系统可提供独立的运营功能，在有上级平台的情况下，可配合上级平台实现运营。就地部署时，结算及盈利分析部分使用统计服务及报表服务予以支撑，所有的控制权限均在站控设定，不配置与上级平台通信的通道，站控系统不接收任何上级平台下发的信息。配合上级平台网络化部署时，不再加载用于结算/分析的统计服务模块，同时，不再配套站控的报表系统，也就是关闭站控关于运营部门的所有入口；配置与上级平台的通信通道，按照通信规约，接收来自于上级平台的相关指令(如计费模型下发、供电启/停指令等)，同时，将站内信息整合后进行上送。

插件化集成的通信服务框架：为提高系统的可用性，采用规约插件化的设计理念，简化各类设备的接入开发工作量。

1)基于消息总线模型构建XML文件解析组件，主要用于数据文件内容实例化，及各模块操作文件包含信息接口的封装；通讯服务框架加载该组件，对接入的数据业务包进行实例化，形成通讯业务处理内存库，支持各规约数据点的单点数据刷新和数据对象业务包的形成。

2)根据岸电运行实际需求，采用模块“在线注册/注销”设计理念，基于岸电场站运行的特性，通讯服务框架支持业务模块的“在线注册/注销”，即在通讯服务框架运行的过程中，可根据需求修改核心运行配置文件，指定某特定业务模块的运行/卸载，可大大简化问题定位的难度，对于运行过程中问题的定位与排查起到关键性作用。

灵活通用的数据转发框架：在岸电监控系统内部部署一个通用的数据转发服务模块，可支撑不同语言开发的数据转发应用；转发应用与转发服务间采用固定的接口，将对上业务的通信的差异性屏蔽到具体的转发应用中，随项目的积累，可逐渐形成转发业务类型库，再遇到类似接入需求时，仅作简单的配置修改即可完成与上级系统的对接，可极大降低开发工作量及调试周期。具体架构如图4所示。

船舶岸电监控控制系统的一种实施方式，如图2所示，包括就地监控装置、以太网、若干通讯单元、现场总线、岸基设备、船基设备、计量设备以及监控中心。

所述就地监控装置通过以太网连接若干通信单元，与船基设备、岸基设备、计量计费设备通讯。

所述就地监控装置与船基设备通讯，获取电缆卷筒上传的张力状态、线长状态、滑环温度、接地状态、与船连接状态以及船基告警信息；根据船基报警信息自动控制卷筒电源断开。进一步地，与船连接状态是指就地监控与岸电箱控制板通讯，时刻监测岸电箱与船连接状态，主要指通/断状态，同时监控可遥控岸电箱的运行状态。

所述就地监控装置与岸基设备监控，获取变频器运行状态、岸基告警信息、供电功率以及开关状态；获取接电箱与电缆卷筒连接状态以及接地故障信息；根据岸基报警信息自动切断接电箱断路器。

所述就地监控装置与计量计费设备通讯，获取上传的电压和电流信息、运行时间，结合基准价计量供电价格。

结合图3，船舶连接完成后，所述就地监控装置通过光纤按照通信规约获取船基供电系统的信息，与船舶匹配完成后，在监控系统上予以确认；确认后，对进线柜进行控制，信息核对完成后，与船舶确认当前要求的电压和频率，将参数下发给变频电源，信息全部核对完成后，再从监控系统上向变频电源下发“合闸”控制命令。“合闸”控制命令发出后，根据当前船舶停靠序列依次控制T接箱的开关合闸。

结合图1，所述就地监控装置包括规约处理模块、控制策略模块、数据统计模块、计量管理模块、智能告警模块、对上转发模块、历史库、实时库以及四遥库。

规约处理模块对来自于不同通信介质、不同通信规约的数据进行采集和转换。

控制策略模块根据不同场景对岸电电源进行控制。

数据统计模块对采集的数据进行计算、处理和统计；例如，通过GPS获取岸电与岸电趸船位置信息以及电缆张力大小，判断电缆是否收放；统计各端口用电频率及功率，判断岸电运行成本及利润。

计量管理模块获取上传的电压和电流信息、运行时间，结合基准价计量供电价格。

智能告警模块根据采集的数据预判影响设备正常运行的信息，并给出提前预警；例如，当电缆卷筒张力过大超过阈值时，监控自动判断此时卷筒故障，同时通过PLC控制此线路关断。

对上转发模块对上级平台系统转发模块对采集的信息及告警信息，并接收上级平台系统的下行命令。

所述历史库用于存储计量数据、岸电使用时间及功率，卷筒的滑环温度、张力状态、线长状态、告警信息以及控制操作记录。

所述实时库用于存储实时采集的数据。

四遥库用于存储指遥测、遥信、遥调、遥控的控制逻辑、算法及实时运行信息或状态。

所述控制策略模块根据不同场景对岸电电源进行控制具体包括：

不同场景包括靠岸固定式、靠岸浮动式、离岸固定式、离岸浮动式、船电宝以及水上服务区综合能源保障6种场景：

对于靠岸固定式场景，所有岸电设备均放置在岸基侧，卷筒配置电缆较长，此时监控系统根据潮水涨落结合电缆张力大小自动控制收放电缆，当卷筒仅剩2圈时自动告警中断岸电接口。

对于靠岸浮动式场景，此种场景必配置岸电趸船，所有岸电设备均放置在岸电趸船上且配置高压卷筒，监控通过监测高压卷筒电缆张力及与岸基位移，采用GPS定位技术确定供电趸船位置，当高压卷筒、高压接口箱、低压岸电箱、低压卷筒等设备有故障告警时，监控自动通过PLC控制接口关断。

对于离岸固定式场景，此场景往往有靠船墩，设备往往布置在靠船墩上且配置浮动式岸电接口装置，监控通过检测卷筒张力判断水位变化控制电缆收放。当张力过大电缆卷筒超过设定阈值时切断电源。

对于离岸浮动式场景，由于此场景岸电设备离岸基较远，此场景往往配置导向滑轮及恒张力控制系统，以及T接装置，监控可时刻监测多端口同时供电状态。当T接装置告警或电缆张力超过设定阈值时，船舶岸电监控系统控制切断电源。

对于船电宝场景，此场景必配置大容量电池，监控通过BMS时刻监测电池的充放电的状态信息，以及岸基充电桩充电控制。当电池过热或电池过充过放时船舶岸电监控系统切断电池输出通道。

对于水上服务区综合能源保障场景，此场景类似运行酒店，监控时刻监测整个运行服务区所有用电状态信息，同时通过调配各端口用电功率，保障整个服务用电正常运行。

进一步地，6种场景根据现场情况，手动切换。

实施例

以宜昌秭归茅坪港客运码头岸电监控为实际应用对象。

传统的岸电系统大多为简单的“电网-岸电电源-船舶”连接形式，缺乏相应的岸电监控系统，岸电运行、设备监控、计量计费及安全防护等缺乏统一的管理，采用该系统后，站内所有设备均通过一套监控系统予以高程度集成，极大简化了网络配置。

传统意义上的监控系统完成站内设备的接入以及接入上级系统一般需要20～30天；采用该系统后，通过“插件化集成的通信服务框架”和“灵活通用的数据转发框架”整体接入调试时间9天，工作效率提高2倍以上。截至目前，系统已运行半年以上，尚未发现异常，可靠性得以验证。

传统意义上的监控系统仅能实现对设备的监控，基本不具备运营功能；采用该系统后，用户不仅可通过监控系统实现对港口的运营，在接入上级平台后，可使用上级平台配套的移动应用实现对港口的运营。

从上述的实践数据来看，本发明在简化工程配置难度，提高运行可靠性的同时，亦可采用站控系统进行运营，实现了岸电场站高效运营的目标。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。