CN106672193B - 一种船舶电源故障自平衡系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及领域，具体涉及一种船舶电源故障自平衡系统，包括主控制器以及若干供电管理器，所述主控制器配置有功率控制模块、故障检测模块以及掉电执行模块，所述功率控制模块分别控制供电管理器的输出功率；当任意供电管理器故障时，所述故障检测模块输出对应的故障信号至掉电执行模块，所述掉电执行模块接收故障信号并使对应故障的供电管理器短路，所述故障检测模块耦接所述功率控制模块，当所述功率控制模块接收故障信号时，输出功率提升信号以提升未故障的供电管理器的功率以补偿故障的供电管理器输出功率。

Description

一种船舶电源故障自平衡系统及其方法

技术领域

本发明涉及电气控制系统领域，具体涉及一种船舶电源故障自平衡系统。

背景技术

目前全球各国的环保问题已经是各国政府极度重视的矛盾，伴随着这些问题，节能减排的高科技环保设备层出不穷，岸基船舶电源是自2012年起开始发展，用以替代船舶停靠时柴油辅机发电来供电的高科技电气系统。整套系统由岸上电气系统、电缆管理系统和船上电气系统构成，由于发展时间短，现有系统存在诸多问题，其中当岸基船舶电源系统出现部分单体故障时，会致使岸基船舶电源系统整体宕机，导致船舶断电。

现有的岸基电源系统，为了满足功率冗余，变流器部分通常采用加大功率容量的方式来实现，又或者采用单元模块冗余，当故障出现时，短路掉故障模块，但是在短路的瞬间，变流器处于瞬间停止输出的状态，对于电机这种负载，允许出线瞬间短时无供电的工况，但对于船舶而言，负载类型多样，特别是非线性负载，在瞬间停电后，就会停止工作，从而造成船舶经济损失，并由于不得不重新启动柴油辅机，间接导致严重空气污染。

发明内容

本发明的第一目的在于，提供一种当变流器故障时可以自动补偿故障的船舶电源管理系统，解决以上技术问题；

本发明的第二目的在于提供中电源故障时自平衡控制方法。

一种船舶电源故障自平衡系统，包括主控制器以及若干供电管理器，所述主控制器配置有功率控制模块、故障检测模块以及掉电执行模块，所述功率控制模块分别控制供电管理器的输出功率；当任意供电管理器故障时，所述故障检测模块输出对应的故障信号至掉电执行模块，所述掉电执行模块接收故障信号并使对应故障的供电管理器短路，

故障检测模块耦接所述功率控制模块，当所述功率控制模块接收故障信号时，输出功率提升信号以提升未故障的供电管理器的功率以补偿故障的供电管理器输出功率。

通过这样设置，首先，正常情况下，当故障检测模块检测到故障时，掉电执行模块将供电管理器短路进行保护，本设计在此基础上，通过建立故障检测模块和功率控制模块的连接关系，通过将故障信号发送至功率控制模块进行控制，起到一个较佳的控制效果，保证供电功率稳定，不会因功率不足引起欠压，保证所有船舶设备工作状态较为正常。

进一步的，所述供电管理器并联设置有功率吸收电路，所述功率吸收电路包括一储能元件，当一供电管理器被短路时，所述功率吸收电路吸收反灌电流至储能元件。通过功率吸收电路的设置，当一供电管理器出现异常时，会出现电流反灌的现象，而如果没有吸收电路，那么电流反灌现象会导致其他设备收到影响宕机，而通过储能元件的设置，可以起到一个功率吸收效果，并反馈到电网，保证功率吸收。

进一步的，所述船舶电源故障自平衡系统母线和支路分别设置有功率检测模块，所述支路设置有冗余判断模块，所述冗余判断模块包括电流检测器和电压检测器，所述主控制器还包括功率比较模块，当所述母线功率小于预设值时，所述比较模块输出补偿信号，所述冗余判断模块判断供电管理器的冗余状态耦接功率控制模块，当所述功率控制模块接收补偿信号时，提升处于冗余状态下的供电管理器输出功率。通过冗余判断模块和功率比较模块的设置，可以实时对功率进行判断，保证整个供电管理器处于满功率吸收状态，保证使用效果。

进一步的，所述主控制器还包括上电模块，所述供电管理器和主控制器之间通过通讯模块进行通讯，当故障的供电管理器发送代表修复完成的上电请求信号时，所述上电模块工作，所述上电模块包括调节单元以及上电执行单元，所述调节单元检测并调节供电管理器的输出波形至与母线的输出波形一致，所述上电执行单元耦接并受控于调节单元，当所述调节单元调节完成时，所述上电执行单元将对应供电管理器接入回路。通过上电模块的设置，可以起到一个较佳的上电效果，同时当供电管理器经过维修完成时，发送到上电请求信号，而上电模块内部的调节模块就开始对其相位和电压进行调节校准，而校准完成，就可以通过上电执行单元控制对应供电管理器接入回路。

进一步的，所述供电管理器设置为变流器。通过将供电管理器设置为变流器，较为便利，保证了使用寿命和效果。

为了实现本发明的第二目的，一种供电故障控制方法，应用于多个供电管理器组成的供电系统中，

步骤1，获取故障供电管理器信息；

步骤2，根据鼓掌供电管理器信息屏蔽对应供电管理器同时提升其他供电管理器的输出功率使母线功率不变。整个步骤过程中，供电输出功率稳定，不会导致负载欠压的情况出现。

同样的，一种供电故障控制方法，应用于多个供电管理器组成的供电系统中，

步骤1，获取故障供电管理器信息；

步骤2，根据鼓掌供电管理器信息屏蔽对应供电管理器同时提升其他供电管理器的输出功率使母线功率不变；

步骤3，等待故障的供电管理器修复完成后运行供电管理器；

步骤4，检测并调整步骤3中所述的供电管理器的输出波形至与母线输出波形匹配；

步骤5，将步骤3中的供电管理器接入供电网络。通过该方式对供电管理器进行控制，保证供电稳定，同时在过程中无需断开总电源进行转换，较为合理。

进一步的，所述步骤3中还包括通过分别对母线和支路上的功率检测保持母线功率不变。

进一步的，所述步骤2中还包括通过吸收电路吸收倒灌电流。

进一步的，所述步骤2中还包括通过将吸收的倒灌电流反馈入电网。

有益效果：由于采用以上技术方案，本发明通过这样设置，首先，正常情况下，当故障检测模块检测到故障时，掉电执行模块将供电管理器短路进行保护，本设计在此基础上，通过建立故障检测模块和功率控制模块的连接关系，通过将故障信号发送至功率控制模块进行控制，起到一个较佳的控制效果，保证供电功率稳定，不会因功率不足引起欠压，保证所有船舶设备工作状态较为正常。

附图说明

图1为电路原理结构示意图。

附图标记：100、主控制器；210、功率吸收电路；200、供电管理器；310、冗余判断模块；320、组网接口；330、功率检测模块。

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的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参照图1，一种船舶电源故障自平衡系统，包括主控制器100以及若干供电管理器200，所述主控制器100配置有功率控制模块、故障检测模块以及掉电执行模块，所述功率控制模块分别控制供电管理器200的输出功率；当任意供电管理器200故障时，所述故障检测模块输出对应的故障信号至掉电执行模块，所述掉电执行模块接收故障信号并使对应故障的供电管理器200短路。

故障检测模块耦接所述功率控制模块，当所述功率控制模块接收故障信号时，输出功率提升信号以提升未故障的供电管理器200的功率以补偿故障的供电管理器200输出功率。所述供电管理器200可以设置为变流器或变频器。通过将供电管理器200设置为变流器，较为便利，保证了使用寿命和效果。功率控制模块为现有电路，通过输出功率控制指令可以控制变频器或者变流器的输出功率，耦接在逆变电路上，不做赘述，而鼓掌检测模块同样为现有主控制器100中配置的装置，根据故障输出对应信号。

所述供电管理器200并联设置有功率吸收电路210，所述功率吸收电路210包括一储能元件，当一供电管理器200被短路时，所述功率吸收电路210吸收反灌电流至储能元件。通过功率吸收电路210的设置，当一供电管理器200出现异常时，会出现电流反灌的现象，而如果没有吸收电路，那么电流反灌现象会导致其他设备收到影响宕机，而通过储能元件的设置，可以起到一个功率吸收效果，并反馈到电网，保证功率吸收。能量逆反馈功能，在变流器单体故障的瞬间，船舶侧会对岸基电源系统形成能量倒灌，如果不具备逆反馈功能，则系统会过压宕机，甚至损坏逆变器元器件；该功能可以有效的将能量反向送回电网，从而保证岸基电源系统的持续运行，并能实时节省能源；功率吸收电路210可以是溃电电路可以设计在电网中，也可以设计在供电管理器200电路中，不做赘述。

所述船舶电源故障自平衡系统母线和支路分别设置有功率检测模块330，所述支路设置有冗余判断模块310，所述冗余判断模块310包括电流检测器和电压检测器，所述主控制器100还包括功率比较模块，当所述母线功率小于预设值时，所述比较模块输出补偿信号，所述冗余判断模块310判断供电管理器200的冗余状态耦接功率控制模块，当所述功率控制模块接收补偿信号时，提升处于冗余状态下的供电管理器200输出功率。通过冗余判断模块310和功率比较模块的设置，可以实时对功率进行判断，保证整个供电管理器200处于满功率吸收状态，保证使用效果。输出功率检测调节技术，检测输出总母线与支路的输出功率、输出电压、输出电流，并进行比较；根据比较的结果，实时提升冗余单体变流器的输出功率，从而补充故障单体的功率损失，确保岸基电源系统的满功率输出；冗余判断模块310和功率控制模块根据实际需求设置，冗余判断模块310式通过在每一支路上设计电压电流采样，而分析实际输出功率，对比母线上的功率检测模块330进行输出。

所述主控制器100还包括上电模块，所述供电管理器200和主控制器100之间通过通讯模块进行通讯，当故障的供电管理器200发送代表修复完成的上电请求信号时，所述上电模块工作，所述上电模块包括调节单元以及上电执行单元，所述调节单元检测并调节供电管理器200的输出波形至与母线的输出波形一致，所述上电执行单元耦接并受控于调节单元，当所述调节单元调节完成时，所述上电执行单元将对应供电管理器200接入回路。通过上电模块的设置，可以起到一个较佳的上电效果，同时当供电管理器200经过维修完成时，发送到上电请求信号，而上电模块内部的调节模块就开始对其相位和电压进行调节校准，而校准完成，就可以通过上电执行单元控制对应供电管理器200接入回路。单体变流器同步并网技术，在故障单元修复后，岸基电源的主控制系统与单体变流器控制系统主动通讯，检测修复指令，确认单体变频器的修复状态，并在确认后，将单体变流器以热备机状态拉入系统，单体变流器自动检测母线输出电压、相位，调节一致后，输出功率到母线中，从而完成同步并网，而上电和掉电的控制逻辑相似，可以通过无触点开关也可以通过机械式电控开关实现组网的接入接出控制，图中以组网接口320示出，便于理解。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种船舶电源故障自平衡系统，包括主控制器以及若干供电管理器，所述主控制器配置有功率控制模块、故障检测模块以及掉电执行模块，所述功率控制模块分别控制供电管理器的输出功率；当任意供电管理器故障时，所述故障检测模块输出对应的故障信号至掉电执行模块，所述掉电执行模块接收故障信号并使对应故障的供电管理器短路，其特征在于，

所述故障检测模块耦接所述功率控制模块，当所述功率控制模块接收故障信号时，输出功率提升信号以提升未故障的供电管理器的功率以补偿故障的供电管理器输出功率。

2.根据权利要求1所述的一种船舶电源故障自平衡系统，其特征在于，所述供电管理器并联设置有功率吸收电路，所述功率吸收电路包括一储能元件，当一供电管理器被短路时，所述功率吸收电路吸收反灌电流至储能元件。

3.根据权利要求1所述的一种船舶电源故障自平衡系统，其特征在于，所述船舶电源故障自平衡系统母线和支路分别设置有功率检测模块，所述支路设置有冗余判断模块，所述冗余判断模块包括电流检测器和电压检测器，所述主控制器还包括功率比较模块，当所述母线功率小于预设值时，所述比较模块输出补偿信号，所述冗余判断模块判断供电管理器的冗余状态耦接功率控制模块，当所述功率控制模块接收补偿信号时，提升处于冗余状态下的供电管理器输出功率。

4.根据权利要求1所述的一种船舶电源故障自平衡系统，其特征在于，所述主控制器还包括上电模块，所述供电管理器和主控制器之间通过通讯模块进行通讯，当故障的供电管理器发送代表修复完成的上电请求信号时，所述上电模块工作，所述上电模块包括调节单元以及上电执行单元，所述调节单元检测并调节供电管理器的输出波形至与母线的输出波形一致，所述上电执行单元耦接并受控于调节单元，当所述调节单元调节完成时，所述上电执行单元将对应供电管理器接入回路。

5.根据权利要求1所述的一种船舶电源故障自平衡系统，其特征在于，所述供电管理器设置为变流器。

6.一种供电故障控制方法，应用于多个供电管理器组成的供电系统中，其特征在于，

步骤1，获取故障供电管理器信息；

步骤2，根据鼓掌供电管理器信息屏蔽对应供电管理器同时提升其他供电管理器的输出功率使母线功率不变；

步骤3，等待故障的供电管理器修复完成后运行供电管理器；

步骤4，检测并调整步骤3中所述的供电管理器的输出波形至与母线输出波形匹配；

步骤5，将步骤3中的供电管理器接入供电网络。

7.如权利要求6所述的一种供电故障控制方法，其特征在于，所述步骤3中还包括通过分别对母线和支路上的功率检测保持母线功率不变。

8.如权利要求6所述的一种供电故障控制方法，其特征在于，所述步骤2中还包括通过吸收电路吸收倒灌电流。

9.如权利要求8所述的一种供电故障控制方法，其特征在于，所述步骤2中还包括通过将吸收的倒灌电流反馈入电网。