CN105262142B - 一种岸电变频电源自动并车控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岸电变频电源自动并车控制方法，本发明岸电变频电源自动并车控制方法替代了传统自动并车方案中同期并车控制装置，并简化了自动并车过程中的控制流程，避免因同期并车控制装置的误动作产生损坏船舶或岸电设备的问题，同时也有效提高了岸电变频电源自动并车中的成功率与可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于虚拟同步发电机特性的岸电变频电源平滑并入船舶供电系统的控制方法，主要解决船舶供电系统与岸电变频电源平滑同步并车的问题，属于岸电电源控制技术领域。
背景技术
近年来，随着国家经济持续快速发展，港口建设的步伐越来越快。船舶停靠码头的数量和密度大幅增加，为此需要消耗大量燃油，造成大量废气和颗粒物排放，从而对港口附近的大气环境产生了严重的污染。船舶接用岸电电源作为一项可以有效减少港口污染物排放的技术，越来越受到重视。
由于船舶上有自备发电机运行，形成独立的船载供电系统，其到达港口要接入岸电电源系统，一般采用靠岸后船舶发电机停止供电，待可靠接入岸电电源系统后由岸电电源供电运行，这种方式需对船舶供电负荷断电，无法保证船舶负荷的供电质量。
目前针对船舶电源平滑并入岸电电源的控制技术，也有一些应用研究，主要采取自动同期并车装置控制的方法，该方法需要在船上安装自动同期并车装置，同时采集船舶发电机和岸电电源的电压与频率并进行同期条件的判断，因需要调节船舶发电机的电压与频率，其准确率会受到发电机调节及隔离开关响应时间的影响，因此调节周期较长、误判率较高，且一旦识别错误将会导致船舶与岸电供电系统的全部故障解列，误差较大甚至会损坏岸电电源、船舶负荷等设备。
发明内容
本实发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出了一种基于虚拟同步发电机特性的岸电变频电源自动并车方法，可有效提高岸电电源系统与船舶供电系统并车的成功率，消除并车误动作产生的危害，有效提高船舶负荷的供电质量。
为解决上述问题，本实发明采用的技术方案为：
一种岸电变频电源自动并车控制方法，适用于三相岸电变频电源系统，所述三相岸电变频电源系统包括网侧整流器、船侧变流器及测量控制模块；所述船侧变流器包括依次连接的三相半桥G、滤波电抗器LF和隔离变压器T，还包括与三相半桥G并联的滤波电容CF；所述测量控制模块包括依次连接的电压电流检测单元、同步发电特性控制单元、输出电压控制单元和SVPWM模块单元；所述网侧整流器输入端与电网连接，其输出端与所述船侧变流器输入端相连；所述测量控制模块的检测端与所述船侧变流器输出端相连，所述测量控制模块输出控制端与所述三相半桥G相连；
该方法包括以下步骤：
1)船舶供用电系统正常运行，合船舶输出开关K1，则岸电变频电源可检测到岸电变频电源输出侧的三相电压Ua，Ub，Uc；
2)岸电变频电源通过输出侧电压锁定船侧运行角度θ、计算得到电压幅值Um，以该角度为起始角、电压幅值为起始幅值启动运行，并入船舶供用电系统中；
3)岸电变频电源获取输出侧电流Ia，Ib，Ic，并结合输出侧电压计算得到实时三相有功功率值P1，三相无功功率值Q1，并根据船舶负荷功率等级确定岸电变频电源与船舶发电机联合运行时要分配的有功功率P2、无功功率Q2；
4)岸电变频特性根据所要承担的有功和无功功率，由虚拟同步发电机特性中的下垂曲线计算得到给定电压指令Uref、频率指令Fref；
5)岸电变频电源按照电压指令Uref和频率指令Fref运行，船舶负荷功率将部分转移由岸电变频电源承担，此时可由岸电变频电源开出接点信号或由船舶工作人员手动操作分开船舶发电机开关K2，完成岸电变频电源的自动并车运行。
进一步优选，步骤1)中，所述岸电变频电源输出侧的三相电压Ua、Ub、Uc通过电压电流测量单元获得。
进一步优选，步骤2)中，所述船侧运行角度通过软件锁相的方式得到，所述电压幅值通过均方根求解的方式得到。
进一步优选，步骤3)中，所述岸电变频电源获取输出侧电流Ia，Ib，Ic通过电压电流测量单元获得；所述岸电变频电源通过傅里叶分解的方式获取三相有功功率值P1和三相无功功率值Q1；所述岸电变频电源在船舶靠岸后可获取其功率等级，并以船舶分配功率系数Kp计算得到在与船舶发电机联合运行时岸电变频电源所需分担的有功功率P2和无功功率Q2。
进一步优选，步骤4)中，所述给定电压指令Uref和频率指令Fref由式I和式II得到：
Fref＝Fnorm-mP2 I；
Uref＝U0-nQ2 II；
式I和式II中，P2、Q2分别为岸电变频电源所需分担的有功功率和无功功率，m为虚拟同步发电机特性中原动机的调差系数，n为虚拟同步发电机特性中励磁机的调差系数，Fnorm为控制额定频率，根据船舶类型设定为50Hz或60Hz，U0为额定电压，一般为380V。
进一步优选，所述船舶分配功率系数Kp为0.6-0.8，所述岸电变频电源所需分担的有功功率P2和无功功率Q2由式III和式IV得出：
P2＝Pnorm*Kp III；
Q2＝Qnorm*Kp IV；
式III和式IV中，Pnorm为船舶负荷的额定有功功率，Qnorm为船舶负荷的额定无功功率。
有益效果：相比于现有技术，本发明岸电变频电源自动并车控制方法替代了传统自动并车方案中同期并车控制装置，并简化了自动并车过程中的控制流程，避免因同期并车控制装置的误动作产生损坏船舶或岸电设备的问题，同时也有效提高了岸电变频电源自动并车中的成功率与可靠性。
附图说明
图1岸电变频电源自动并车装置拓扑结构图；
图2虚拟同步发电机特性下垂曲线中的虚拟同步原动机曲线；
图3虚拟同步发电机特性下垂曲线中的虚拟同步励磁机曲线；
图4基于虚拟同步发电机特性的控制框图；
图5基于虚拟同步发电机特性的自动并车波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明内容作进一步说明。
如图1～5所示，本发明的岸电变频电源自动并车控制方法，适用于三相岸电变频电源系统，三相岸电变频电源系统包括网侧整流器、船侧变流器及测量控制模块；船侧变流器由三相半桥G、滤波电抗器LF、滤波电容CF和隔离变压器T组成；测量控制模块包括电压电流检测单元、同步发电特性控制单元、输出电压控制单元和SVPWM模块单元；网侧整流器输入端与电网连接，其输出端与船侧变流器输入端相连；测量控制模块的检测端与船侧变流器输出端相连，测量控制模块输出控制端与三相半桥G相连；
岸电变频电源的网侧整流器接入电网，并给船侧变流器提供稳定的直流电压，船侧变流器经由船侧输出开关K1接入船舶供用电系统；具体包括如下步骤：
首先在0s时刻合船侧输出开关K1，通过电压电流测量单元获得岸电变频电源输出侧的三相电压Ua，Ub，Uc以及三相电流Ia，Ib，Ic；
然后岸电变频电源通过软件锁相的方式获取船侧运行角度θ，通过均方根求解方式计算电压幅值Um，在1s时刻，以该角度为起始角、电压幅值为起始幅值启动运行，并入船舶供用电系统中，船侧变流器自动分配部分船舶负荷功率；
此时岸电变频电源利用输出侧电流Ia，Ib，Ic并通过傅里叶分解的方式获取三相有功功率值P1、三相无功功率值Q1；同时，岸电变频电源在船舶靠岸后可获取船舶负荷的额定有功功率Pnorm和船舶负荷的额定无功功率Qnorm，并以船舶分配功率系数Kp计算得到在与船舶发电机联合运行时岸电变频电源所需分担的有功功率P2无功功率Q2：
P2＝Pnorm*Kp (1)；
Q2＝Qnorm*Kp (2)；
岸电变频特性根据所要承担的有功无功功率，由虚拟同步发电机特性中的如图2所示的下垂曲线计算得到给定电压指令Uref、频率指令Fref，其中m为虚拟同步发电机特性中原动机的调差系数，n为虚拟同步发电机特性中励磁机的调差系数，Fnorm为控制额定频率，根据船舶类型可设定为50Hz或60Hz，U0为额定电压，一般为380V，其关系由下式成立：
Fref＝Fnorm-mP2 (3)；
Uref＝U0-nQ2 (4)；
岸电变频电源按照电压指令和频率指令按照如图4所示的控制框图控制船侧变流器运行，在4s时刻基本完成负荷转移，随后断开船舶发电机开关K2，完成岸电变频电源的自动并车运行。图4中电压指令Uref与三相电压幅值形成闭环控制输出正弦波幅值，频率指令Fref通过异步调频的方式得到调制波周期，二者合成后形成正弦调制波，经PWM控制输出脉冲波形控制船侧变流器电压波形。
采用上述控制过程可替代传统自动并车方案中的同期并车控制装置，并简化了自动并车过程中的控制流程，避免因同期并车控制装置的误动作产生损坏船舶或岸电设备的问题，可有效提高岸电变频电源自动并车中的成功率与可靠性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种岸电变频电源自动并车控制方法，适用于三相岸电变频电源系统，其特征在于：所述三相岸电变频电源系统包括网侧整流器、船侧变流器及测量控制模块；所述船侧变流器包括依次连接的三相半桥G、滤波电抗器LF和隔离变压器T，还包括与三相半桥G并联的滤波电容CF；所述测量控制模块包括依次连接的电压电流检测单元、同步发电特性控制单元、输出电压控制单元和SVPWM模块单元；所述网侧整流器输入端与电网连接，其输出端与所述船侧变流器输入端相连；所述测量控制模块的检测端与所述船侧变流器输出端相连，所述测量控制模块输出控制端与所述三相半桥G相连；
该方法包括以下步骤：
1)船舶供用电系统正常运行，合船舶输出开关K1，则岸电变频电源可检测到岸电变频电源输出侧的三相电压Ua，Ub，Uc；
2)岸电变频电源通过其输出侧电压锁定船侧运行角度θ、计算得到电压幅值Um，以该角度为起始角、电压幅值为起始幅值启动运行，并入船舶供用电系统中；
3)岸电变频电源获取输出侧电流Ia，Ib，Ic，并结合输出侧电压计算得到实时三相有功功率值P1，三相无功功率值Q1，并根据船舶负荷功率等级确定岸电变频电源与船舶发电机联合运行时要分配的有功功率P2、无功功率Q2；
4)岸电变频特性根据所要承担的有功和无功功率，由虚拟同步发电机特性中的下垂曲线计算得到给定电压指令Uref、频率指令Fref；岸电变频电源获取输出侧电流Ia，Ib，Ic通过电压电流测量单元获得；所述岸电变频电源通过傅里叶分解的方式获取三相有功功率值P1和三相无功功率值Q1；所述岸电变频电源在船舶靠岸后可获取其功率等级，并以船舶分配功率系数Kp计算得到在与船舶发电机联合运行时岸电变频电源所需分担的有功功率P2和无功功率Q2；
5)岸电变频电源按照电压指令Uref和频率指令Fref运行，船舶负荷功率将部分转移由岸电变频电源承担，此时可由岸电变频电源开出接点信号或由船舶工作人员手动操作分开船舶发电机开关K2，完成岸电变频电源的自动并车运行；其中，所述给定电压指令Uref和频率指令Fref由式I和式II得到：
Fref＝Fnorm-mP2 I；
Uref＝U0-nQ2 II；
式I和式II中，P2、Q2分别为岸电变频电源所需分担的有功功率和无功功率，m为虚拟同步发电机特性中原动机的调差系数，n为虚拟同步发电机特性中励磁机的调差系数，Fnorm为控制额定频率，根据船舶类型设定为50Hz或60Hz，U0为额定电压，一般为380V。
2.根据权利要求1所述的岸电变频电源自动并车控制方法，其特征在于：步骤1)中，所述岸电变频电源输出侧的三相电压Ua、Ub、Uc通过电压电流测量单元获得。
3.根据权利要求1所述的岸电变频电源自动并车控制方法，其特征在于：步骤2)中，所述船侧运行角度通过软件锁相的方式得到，所述电压幅值通过均方根求解的方式得到。
4.根据权利要求1所述的岸电变频电源自动并车控制方法，其特征在于：所述船舶分配功率系数Kp为0.6-0.8，所述岸电变频电源所需分担的有功功率P2和无功功率Q2由式III和式IV得出：
P2＝Pnorm*Kp III；
Q2＝Qnorm*Kp IV；
式III和式IV中，Pnorm为船舶负荷的额定有功功率，Qnorm为船舶负荷的额定无功功率。
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