CN103825277B - 基于岸控环流的智能岸电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于岸控环流的智能岸电系统，包括智能控制模块，电抗器控制单元、环流检验单元、断路器、变压器和第一开关；所述变压器、第一开关、断路器、环流检验单元依次连接并接入船舶岸电箱；所述电抗器控制单元与相连的断路器和环流检验单元并联；所述智能控制模块分别连接所述船舶岸电箱、所述环流检测单元。采用本发明可以实现船电不断电接入岸电和岸电不断电接入船电，且采用智能模块控制连接过程，操作简单，装置经济。

Description

基于岸控环流的智能岸电系统

技术领域

本发明涉及岸电系统，尤其涉及一种基于岸控环流的智能岸电系统。

背景技术

船舶在行驶过程中采用船舶发电机供电，船舶船电具体的连接如图1所示，多个船舶发电机的船电经由对应的发电机控制屏共同接入负载屏和并车屏，并车屏与负载屏也连接；如若连接岸电，则将来自码头岸电箱的岸电通过船舶岸电箱接入负载屏。

目前的国内港口码头大都有码头岸电箱供靠港船舶连接岸电，连接岸电可以实现船舶节能和港口减排环保。但是连接岸电存在技术和其它方面的问题，例如很多船舶靠港大多不愿接岸电，因为一般港口与船舶采用先停船电再接岸电和先断岸电再起动船用发电机供电的方式，船上许多设备断电后复位麻烦，罗经等断电后复位有时需要4个小时，影响船舶的开航，机舱互为备用的设备断电后存在同时启动的危险；另外大型船舶相对靠港时间短，计交电费麻烦。上述原因导致许多大型船舶靠港不愿接岸电。对此，连云港、蛇口与上海部分集装箱码头2011年采用高压变频岸电技术，需要将岸电改造，船电改造，特别是将高压和变频技术综合在一起，投资巨大，一个码头岸电装置需要1000万，一条船舶电站同步改造需要100万，而且也只能用于专门的船舶和码头。美国替换航海电力系统（alternativemaritimepowersystem，amp），是在船舶停泊时连接岸上供电系统后，由管理系统主导船电的电力管理系统控制船电的电压、相位和频率等，调整至与岸电的特性相匹配时即执行两电力系统的短暂并联运作，随即执行负载转移的操作，完成供电的交替。此系统船上要有船岸并联控制装置，岸上要求有专门的电源，同样只能用于专门的船舶和码头。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于岸控环流的智能岸电系统。其目的在于不需要改变船舶电站结构，不需要大量增加岸电改造投资，即可实现船电不断电情况下接入岸电或岸电不断电情况下接入船电，通过计算机智能控制、操作方便、高效，可适用于多种电制的码头或船舶电站。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于岸控环流的智能岸电系统，包括智能控制模块，电抗器控制单元、环流检验单元、断路器、变压器和第一开关；

所述变压器、第一开关、断路器、环流检验单元依次连接并接入船舶岸电箱；所述电抗器控制单元与相连的断路器和环流检验单元并联；所述智能控制模块分别连接所述船舶岸电箱、所述环流检测单元；

接入岸电时，当所述智能控制模块检测到接入的船电信号与岸电信号相位差较小时，闭合所述第一开关，通过电抗器控制单元控制内部的电抗器接入，控制所述变压器输出高于船电的电压，并在船电和岸电达到并联条件时，闭合所述断路器，使所述电抗器短接，实现船电和岸电并联，之后控制所述变压器输出稍微高于船电的电压，并通过调节船舶发电机调速开关，使负载从船电转移至岸电，实现船电不断电接入岸电；

断开岸电时，首先启动船舶发电机使船电接入电网，从而产生冲击环流，使所述断路器跳闸、所述电抗器接入，之后控制所述变压器输出稍微低于船电的电压，并通过调节船舶发电机调速开关，使负载从岸电转移至船电，实现岸电不断电接入船电。

进一步的，所述智能控制模块包括电信号输入接口、检测单元、输入单元、隔离转换电路、数据处理单元、驱动电路，输出控制接口；所述电信号输入接口将接入的电信号经由检测单元、隔离转换电路接入数据处理单元；所述输入单元连接所述数据处理单元；所述驱动电路一端连接所述数据处理单元，另一端连接所述输出控制接口；所述检测单元用于检测输入的电信号的电压、电流、频率的大小，以及接入的环流的大小；所述输入单元用于输入数据和指令；所述输出控制接口用于根据所述数据处理单元处理的结果输出控制信号。

进一步的，所述智能岸电系统还包括变频器，所述变频器的一端通过第二开关连接所述变压器，另一端连接所述电抗器控制单元，所述变频器用于由所述智能控制模块控制所述变压器输出电压的频率大小。

优选的，所述变压器的输出电压高低由第三开关和第四开关控制，所述第三开关连接第一高压侧分接头，第四开关连接第二高压侧分接头，所述第三开关还与所述第四开关连接，当所述第三开关和第四开关断开时，所述变压器输出高于船电的电压，当所述第三开关闭合、第四开关断开时，所述变压器输出稍微高于船电的电压，当所述第三开关闭合、第四开关闭合时，所述变压器输出稍微低于船电的电压。

优选的，所述第三开关和第四开关的分合由所述智能控制模块的输出控制接口输出的信号控制。

进一步的，所述智能控制模块还包括显示单元，所述显示单元与所述驱动电路连接，用于监测显示、报警显示、用电量和电费显示、实时可接最大负载显示、可否接岸电显示。

优选的，所述电抗器控制单元包括所述电抗器和第五开关、第六开关、第七开关，所述第五开关、第六开关、第七开关分别连接所述电抗器的低容量接头、中容量接头、高容量接头，对应的，所述断路器的动作电流分为三个等级，所述第五开关、第六开关、第七开关的分合由所述智能控制模块的输出控制接口输出的信号控制，对应的，所述断路器的动作电流等级也由所述智能控制模块控制。其中，所述船电与岸电的并联条件为岸电与船电频率和相位相同、环流为零。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、系统简单、经济，不需要更改原有设置，不需要改变船舶电站结构，不需要大量增加岸电改造投资，只需要在原有基础上增加几个开关、断路器、电抗器即可实现出岸电不断电情况下接入岸电或岸电不断电情况下接入船电；

2、采用计算机智能控制多个开关和变压器、电抗器、变频器，操作方便、高效。

3、本装置适用于多种电制的码头或船舶电站。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的船舶电站的连接图；

图2是本发明实施例提出的基于岸控环流的智能岸电系统的系统框图；

图3是图1中智能控制模块的具体框图;

图4是图2的具体连接图;

图5是智能控制模块的控制流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种基于岸控环流的智能岸电系统，如图2所示，包括智能控制模块10，电抗器控制单元20、环流检验单元30、断路器QFb、变压器40和第一开关KM1；

所述变压器40、第一开关KM1、断路器QFb、环流检验单元30依次连接并接入船舶岸电箱；所述电抗器控制单元20与相连的断路器QFb和环流检验单元30并联；所述智能控制模块10分别连接所述船舶岸电箱、所述环流检测单元30；

接入岸电时，当所述智能控制模块10检测到接入的船电信号与岸电信号相位差较小时，闭合所述第一开关KM1，通过电抗器控制单元20控制内部的电抗器接入，控制所述变压器40输出高于船电的电压，并在船电和岸电达到并联条件时，闭合所述断路器QFb，使所述电抗器短接，实现船电和岸电并联，之后控制所述变压器40输出稍微高于船电的电压，并通过调节船舶发电机调速开关，使负载从船电转移至岸电，实现船电不断电接入岸电；

断开岸电时，首先启动船舶发电机使船电接入电网，从而产生冲击环流，使所述断路器QFb跳闸、所述电抗器接入，之后控制所述变压器40输出稍微低于船电的电压，并通过调节船舶发电机调速开关，使负载从岸电转移至船电，实现岸电不断电接入船电。其中，所述船电与岸电的并联条件为岸电与船电频率和相位相同、环流为零。

进一步的，所述智能岸电系统还包括变频器50，所述变频器50的一端通过第二开关KM2连接所述变压器40，另一端连接所述电抗器控制单元20，所述变频器50用于由所述智能控制模块10控制所述变压器40输出电压的频率大小。进一步的，如图3所示，所述智能控制模块10包括电信号输入接口101、检测单元102、输入单元103、隔离转换电路104、数据处理单元105、驱动电路106，输出控制接口107；所述电信号输入接口101将接入的电信号经由检测单元102、隔离转换电路104接入数据处理单元105；所述输入单元103连接所述数据处理单元105，；所述驱动电路106一端连接所述数据处理单元105，另一端连接所述输出控制接口107，所述检测单元102用于检测输入的电信号的电压、电流、频率的大小，以及接入的环流的大小；所述输入单元103用于输入数据和指令；所述输出控制接口107用于根据所述数据处理单元105处理的结果输出控制信号。

如图4所示，为具体的连接图，所述变压器40的输出电压高低由第三开关KM3和第四开关KM4控制，所述第三开关KM3连接第一高压侧分接头，第四开关KM4连接第二高压侧分接头，所述第三开关KM3还与所述第四开关KM4连接，当所述第三开关KM3和第四开关KM4断开时，所述变压器输出高于船电的电压，当所述第三开关KM3闭合、第四开关KM4断开时，所述变压器输出稍微高于船电的电压，当所述第三开关KM3闭合、第四开关KM4闭合时，所述变压器输出稍微低于船电的电压。

优选的，所述第三开关KM3和第四开关KM4的分合由所述智能控制模块10的输出控制接口107输出的信号控制。

进一步的，所述智能控制模块10还包括显示单元108，所述显示单元108与所述驱动电路106连接，用于监测显示、报警显示、用电量和电费显示、实时可接最大负载显示、可否接岸电显示。

优选的，如图4所示，所述电抗器控制单元20包括所述电抗器和第五开关KM5、第六开关KM6、第七开关KM7，所述第五开关KM5、第六开关KM6、第七开关KM7分别连接所述电抗器的低容量接头、中容量接头、高容量接头，对应的，所述断路器QFb的动作电流分为三个等级，所述第五开关KM5、第六开关KM6、第七开关KM7的分合由所述智能控制模块10的输出控制接口107输出的信号控制，对应的，所述断路器QFb的动作电流等级也由所述智能控制模块10控制。

本发明提出的系统具体工作原理为：

1、船电不断电并入岸电

接好电缆，岸电箱断路器QFa解除互锁后合闸，岸上计算机取样船电电压、频率和相位信号与岸电比较，在相位差小于1/4T时，智能控制模块10控制第一开关KM1主触点闭，电抗器接入，三级电抗器大小选择由船舶发电机容量决定，中等容量时KM6闭合。智能控制模块10控制第三开关KM3主触点断开，变压器电压高于船电电压，有利于向岸电自动转移负载，变压器高压侧分接头改变电压，在高压侧电流小可减少冲击。

电抗器限流均压和自整步，使船舶发电机加速或减速，与变压器40的频率相等，同时相位差减少，当智能控制模块10检测频差为零，同时相位差为零时，环流为零，控制断路器QFb合闸，电抗器短接，完成自动并联。智能控制模块10控制第三开关KM3闭合，变压器电压减少到稍高于发电机电压，以补偿电缆的电压损耗。

通过手动控制调节船舶发电机调速开关减速，使船舶发电机向变压器转移负载，当发电机功率减到5%PN（PN为额定功率）时，船舶发电机跳闸停柴油机，上述发电机转移负载也可自动完成。接完电缆15秒内会完成自动并联，接到岸电信号1分钟内，停船上柴油发电机。

2、岸电不断电并入船电

手动或自动启动船用发电机并建立电压，合闸进入电网，此时在船舶发电机与变压器40之间形成电压差和冲击环流，电压差使冲击环流从负荷电流开始上升，包络线上电压差约172.8V，环流约1.8IN(IN为额定电流)，0.01秒后断路器QFb跳闸，接入电抗器，电抗器限流、均压和自整步。

接入电抗器后，智能控制模块10控制第四开关KM4闭合，变压器40电压稍低于发电机电压，有利于向船舶发电机自动转移负载，定时到手动调节发电机调速开关加速或自动调节，变压器转移负载，当功率减到5%PN时，智能控制模块10控制第一开关KM1断，切除岸电和变压器。

其中，断路器QFb动作电流根据发电机容量分三个等级，与三级电抗器对应由智能控制模块10控制选择。

也有可能发电机合闸时就满足与变压器40并联条件,环流达不到1.8IN，断路器QFb不跳闸，第四开关KM4不动作，自动并联,定时到后的控制与操作同上。

接入船电时断路器QFb跳闸接入电抗器可靠，15秒内能指示并联成功；断路器QFb动作电流与发电机、岸电箱断路器短路保护配合可靠，不会有误动作。

3、智能控制模块的控制流程

智能控制模块岸控流程主要体现在岸电并入时环流控制电抗器的接入过程，发电机并入冲击环流控制断路器过程，和无线信号采集和变频器接入控制等全面的综合控制，如图5所示。

智能控制模块具有采集信息分析处理，提供输出控制和流程控制三大功能，如图5所示，首先智能控制模块采集船舶发电机电网电压、频率和相位信息，可以通过驾驶台与智能控制模块间的无线传递，确定船舶与岸电频率相应时，进入下一个流程控制，设定船舶电负荷选择断路器QFb动作电流和电抗器等级，否则接入变频器或者结束流程，接着进行相位比较，在相位差小于1/4T时，智能控制模块通过驱动电路使电抗器接入接触器线圈通电。

智能控制模块进入下一个循环，在自整步作用下频差为零时，智能控制模块再进入下一个循环，相位差为零时，智能控制模块输出通过驱动电路使断路器QFb动作短接电抗器，同时使第三开关KM3断开。并联转移负荷后智能控制模块控制第三开关KM3闭合，此时船舶电网已进入岸电供电状态，智能控制模块实时检测船舶负荷的功率，进行用电量统计，并储存用电量数据。

冲击环流约1.8IN时，断路器QFb跳闸，智能控制模块检测跳闸信号后控制第四开关KM4闭合，在自整步作用和转移负载过程中变压器输出功率减少到5%PN，智能控制模块检测该信号，通过驱动电路控制第一开关KM1断开，切除岸电和变压器。

其中，环流对发电机具有均压作用：发电机电压低于变压器电压时，环流使发电机产生增磁电枢反应其电压升高，发电机电压高于变压器电压时，去磁电压降低。环流对发电机具有自整步作用：发电机电压相位超前变压器电压相位时（或者频率前者高于后者），环流使发电机处于发电状态，轴受制动力减速；相位滞后（或者频率前者低于后者），发电机处于电动状态，轴受驱动力加速。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、系统简单、经济，不需要更改原有设置，不需要改变船舶电站结构，不需要大量增加岸电改造投资，只需要在原有基础上增加几个开关、断路器、电抗器即可实现出岸电不断电情况下接入岸电或岸电不断电情况下接入船电；

2、采用计算机智能控制多个开关和变压器、电抗器、变频器，操作方便、高效。

3、本装置适用于多种电制的码头或船舶电站。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种基于岸控环流的智能岸电系统，其特征在于，包括智能控制模块，电抗器控制单元、环流检验单元、断路器、变压器和第一开关；

所述变压器、第一开关、断路器、环流检验单元依次连接并接入船舶岸电箱；串联后的断路器和环流检验单元与所述电抗器控制单元并联；所述智能控制模块分别连接所述船舶岸电箱、所述环流检测单元；

接入岸电时，当所述智能控制模块检测到接入的船电信号与岸电信号相位差小于1/4T时，闭合所述第一开关，通过电抗器控制单元控制内部的电抗器接入，控制所述变压器输出高于船电的电压，并在船电和岸电达的频率、相位相同且环流为零时，闭合所述断路器，使所述电抗器短接，实现船电和岸电并联，之后控制所述变压器输出稍高于船电的电压，并通过调节船舶发电机调速开关，使负载从船电转移至岸电，实现船电不断电接入岸电；

断开岸电时，首先启动船舶发电机使船电接入电网，从而产生冲击环流，使所述断路器跳闸、所述电抗器接入，之后控制所述变压器输出稍低于船电的电压，并通过调节船舶发电机调速开关，使负载从岸电转移至船电，实现岸电不断电接入船电。

2.如权利要求1所述的基于岸控环流的智能岸电系统，其特征在于，所述智能控制模块包括电信号输入接口、检测单元、输入单元、隔离转换电路、数据处理单元、驱动电路，输出控制接口；

所述电信号输入接口将接入的电信号经由检测单元、隔离转换电路接入数据处理单元；所述输入单元连接所述数据处理单元；所述驱动电路一端连接所述数据处理单元，另一端连接所述输出控制接口；

所述检测单元用于检测输入的电信号的电压、电流、频率的大小，以及接入的环流的大小；所述输入单元用于输入数据和指令；所述输出控制接口用于根据所述数据处理单元处理的结果输出控制信号。

3.如权利要求2所述的基于岸控环流的智能岸电系统，其特征在于，所述智能岸电系统还包括变频器，所述变频器的一端通过第二开关连接所述变压器，另一端连接所述电抗器控制单元，所述变频器由所述智能控制模块控制并用于控制所述变压器输出电压的频率大小。

4.如权利要求2所述的基于岸控环流的智能岸电系统，其特征在于，所述变压器的输出电压高低由第三开关和第四开关控制，所述第三开关连接第一高压侧分接头，第四开关连接第二高压侧分接头，所述第三开关还与所述第四开关连接，当所述第三开关和第四开关断开时，所述变压器输出高于船电的电压，当所述第三开关闭合、第四开关断开时，所述变压器输出稍高于船电的电压，当所述第三开关闭合、第四开关闭合时，所述变压器输出稍低于船电的电压。

5.如权利要求4所述的基于岸控环流的智能岸电系统，其特征在于，所述第三开关和第四开关的分合由所述智能控制模块的输出控制接口输出的信号控制。

6.如权利要求2所述的基于岸控环流的智能岸电系统，其特征在于，所述智能控制模块还包括显示单元，所述显示单元与所述驱动电路连接，用于监测显示、报警显示、用电量和电费显示、实时可接最大负载显示、可否接岸电显示。

7.如权利要求2所述的基于岸控环流的智能岸电系统，其特征在于，所述电抗器控制单元包括所述电抗器和第五开关、第六开关、第七开关，所述第五开关、第六开关、第七开关分别连接所述电抗器的低容量接头、中容量接头、高容量接头，对应的，所述断路器的动作电流分为三个等级，所述第五开关、第六开关、第七开关的分合由所述智能控制模块的输出控制接口输出的信号控制，对应的，所述断路器的动作电流等级也由所述智能控制模块控制。

8.如权利要求1所述的基于岸控环流的智能岸电系统，其特征在于，所述船电与岸电的并联条件为岸电与船电频率和相位相同、环流为零。