CN106849079B - 电能质量在线检测及自控系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于分布式电源并网船舶的电能质量在线检测及自控系统，它包括设置在分布式电源和船舶电网之间的可调逆变器和交流连续可调滤波器，交流连续可调滤波器输出端设置的信号采集单元，数据处理单元和信息存储单元；信号采集单元用于采集分布式电源并网侧实时电压、电流和频率；数据处理单元用于根据采集的分布式电源并网侧实时电压和频率，计算逆变并网处的电能质量和谐波信号，将实时电压和频率传输给可调逆变器，将谐波信号传输给交流连续可调滤波器；信息存储单元用于存储实时的逆变并网处的电能质量。本发明能够实现分布式电源并网电流电能质量的实时监测和自动调控，集在线监测、自动控制为一体，保障船舶电力系统的稳定和安全。
Description
技术领域
本发明属于电能质量在线监测及自控技术领域，具体涉及一种基于分布式电源并网船舶的电能质量在线检测及自控系统和方法。
背景技术
随着海洋环境污染问题的日益严峻，船舶节能减排工作逐渐得到了国际海事组织的重视，在传统船舶平台上集成绿色分布式电源技术是当前船舶实现节能减排的重要途径。分布式电源并网技术在船舶上的应用，不但会改变船舶电网原有的拓扑结构和潮流分布，也会带来新的电能质量问题，引起诸如频率偏差、电压波动、谐波畸变等危害。电网电能质量的下降不仅会影响船舶电网和船用电气设备的正常运行，造成巨大的经济损失，还会造成电气设备故障，严重危害船舶安全。
近年来，国际海事组织及中国船级社对船舶电网和分布式电源并网电流的电能质量均制定了详细的标准。标准规定了电能质量的极限值，基于分布式电源并网船舶的电能质量在线检测及自控系统的应用，正是为了改善分布式电源并网电流的电能质量，避免不佳的电能质量对船舶电网的冲击。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于分布式电源并网船舶的电能质量在线检测及自控系统和方法，能够实现分布式电源并网电流电能质量的实时监测和自动调控。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于分布式电源并网船舶的电能质量在线检测及自控系统，其特征在于：它包括设置在分布式电源和船舶电网之间、依次连接的可调逆变器和交流连续可调滤波器，交流连续可调滤波器输出端设置的信号采集单元，数据处理单元和信息存储单元；其中，
信号采集单元用于采集分布式电源并网侧实时电压、电流和频率；
数据处理单元用于根据采集的分布式电源并网侧实时电压和频率，计算逆变并网处的电能质量和谐波信号，将实时电压和频率传输给可调逆变器，将谐波信号传输给交流连续可调滤波器；
信息存储单元用于存储实时的逆变并网处的电能质量。
按上述方案，所述的数据处理单元和信息存储单元整体由PLC下位机形成。
按上述方案，本系统还包括用于显示实时电能质量的上位机，与所述的PLC下位机连接。
按上述方案，本系统还包括用于在实时电能质量超过设定的指标值时发出报警信号的报警器，与所述的PLC下位机连接。
利用所述的基于分布式电源并网船舶的电能质量在线检测及自控系统实现的自控方法，其特征在于：它包括以下步骤：
根据实时采集的分布式电源并网侧实时电压和频率，计算逆变并网处的电能质量和谐波信号；所述的电能质量包括实时电压偏差、实时频率偏差、实时单次谐波含量、实时谐波总畸变率和实时电流不平衡度；
通过信息存储单元将实时电能质量进行存储；
可调逆变器将采集的实时电压和频率，与系统额定电压和频率相比，得到电压、频率的实时偏差，电压实时偏差经占空比调节器控制可调逆变器IGBT的开通与关断的占空比，频率实时偏差经调制波频率调节器对可调逆变器调制波的频率进行微调；
交流连续可调滤波器根据谐波信号计算滤波器实时的失谐度，根据实时的失谐度进行分析计算，连续平滑地调节滤波电抗器的电感量，以适应电网频率或滤波电容参数的变化，使滤波器始终处于最佳调谐状态。
按上述方法，根据船级社对船舶逆变电源并网电能质量的要求设定报警器的指标值，当实时电能质量超过设定的指标值时，触发报警。
本发明的有益效果为：本发明通过采集分布式电源并网电流的实时电能信号，进行电能质量的计算，根据计算的结果来实时的调节逆变器和滤波器的参数，从而使得并网电流能够更加稳定，改善船舶环境下逆变电源并网的电能质量，因此本发明能够实现分布式电源并网电流电能质量的实时监测和自动调控，集在线监测、自动控制为一体，保障船舶电力系统的稳定和安全。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构示意图。
图2为逆变器反馈调节模块框图。
图3为自适应调谐控制单元流程图。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种基于分布式电源并网船舶的电能质量在线检测及自控系统，如图1所示，它包括设置在分布式电源和船舶电网之间、依次连接的可调逆变器和交流连续可调滤波器，交流连续可调滤波器输出端设置的信号采集单元，数据处理单元和信息存储单元；其中，信号采集单元用于采集分布式电源并网侧实时电压、电流和频率；数据处理单元用于根据采集的分布式电源并网侧实时电压和频率，计算逆变并网处的电能质量和谐波信号，将实时电压和频率传输给可调逆变器，将谐波信号传输给交流连续可调滤波器；信息存储单元用于存储实时的逆变并网处的电能质量。
所述分布式电源为新能源电源，诸如光伏电源、蓄电池、波浪能发电模块、风力涡轮机或燃料电池等。
所述的数据处理单元和信息存储单元为PLC下位机。
本系统还包括用于显示实时电能质量的上位机，与所述的PLC下位机连接。本实施例中，上位机显示界面由FameView实现，信息存储也存储在上位机硬盘中。
本系统还包括用于在实时的电能质量超过设定的指标值时发出报警信号的报警器，与所述的PLC下位机连接。
利用上述基于分布式电源并网船舶的电能质量在线检测及自控系统实现的自控方法，它包括以下步骤：
根据实时采集的分布式电源并网侧实时电压和频率，计算逆变并网处的电能质量和谐波信号；所述的电能质量包括实时电压偏差、实时频率偏差、实时单次谐波含量、实时谐波总畸变率和实时电流不平衡度。
通过信息存储单元将实时电能质量进行存储，并在上位机中进行显示。
可调逆变器将采集的实时电压和频率，与系统额定电压和频率相比，得到电压、频率的实时偏差，电压实时偏差经占空比调节器控制可调逆变器IGBT的开通与关断的占空比，频率实时偏差经调制波频率调节器对可调逆变器调制波的频率进行调节。
交流连续可调滤波器根据谐波信号计算滤波器实时的失谐度，根据实时的失谐度进行分析计算，连续平滑地调节滤波电抗器的电感量，以适应电网频率或滤波电容参数的变化，使滤波器始终处于最佳调谐状态。
根据船级社对船舶逆变电源并网电能质量的要求设定报警器的指标值，当实时电能质量超过设定的指标值时，触发报警。
如图2所示，可调逆变器中自带调频调压装置，实时电压、频率信号与系统额定电压、频率相比，得到电压、频率的实时偏差，电压实时偏差经占空比调节器控制可调逆变器IGBT的开通与关断的占空比，实现可调逆变器实时电压调节功能，频率偏差经调制波频率调节器对可调逆变器调制波的频率进行微调，实现可调逆变器的输出电流频率的实时校正。
如图3所示，谐波电流经PLC下位机进行快速傅里叶变换，得到逆变电路中的谐波信号，交流连续可调滤波器中自带自适应调谐控制器，能够实时计算当前失谐度，根据当前失谐度进行分析计算，给执行机构发出调节指令，执行机构则根据指令连续平滑地调节主滤波电路中可调电抗器的电感值，以适应电网频率或滤波电容参数的变化，使滤波器始终处于最佳调谐状态。
所述的电能质量的具体计算方法如下：
电压偏差：
频率偏差：
最大电压、电流谐波含量：
电压、电流谐波总畸变率：
电流不平衡度：
式中：ih、vh分别为各次谐波电压值和电流值；vn、in分别为工频下船舶电网实际电压值和电流值；Imaxl-l和Iminl-l分别为最大线电流和最小线电流；Iav为三相平均电流。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于分布式电源并网船舶的电能质量在线检测及自控系统，其特征在于：它包括设置在分布式电源和船舶电网之间、依次连接的可调逆变器和交流连续可调滤波器，交流连续可调滤波器输出端设置的信号采集单元，数据处理单元和信息存储单元；其中，
信号采集单元用于采集分布式电源并网侧实时电压、电流和频率；
数据处理单元用于根据采集的分布式电源并网侧实时电压、电流和频率，计算逆变并网处的电能质量和谐波信号，将实时电压和频率传输给可调逆变器，将谐波信号传输给交流连续可调滤波器；
信息存储单元用于存储实时的逆变并网处的电能质量；
本系统按以下步骤进行处理：
根据实时采集的分布式电源并网侧实时电压、电流和频率，计算逆变并网处的电能质量和谐波信号；所述的电能质量包括实时电压偏差、实时频率偏差、实时单次谐波含量、实时谐波总畸变率和实时电流不平衡度；
通过信息存储单元将实时电能质量进行存储；
可调逆变器将采集的实时电压和频率，与系统额定电压和频率相比，得到电压、频率的实时偏差，电压实时偏差经占空比调节器控制可调逆变器IGBT的开通与关断的占空比，频率实时偏差经调制波频率调节器对可调逆变器调制波的频率进行调节；
交流连续可调滤波器根据谐波信号计算滤波器实时的失谐度，根据实时的失谐度进行分析计算，连续平滑地调节滤波电抗器的电感量，以适应电网频率或滤波电容参数的变化，使滤波器始终处于最佳调谐状态。
2.根据权利要求1所述的基于分布式电源并网船舶的电能质量在线检测及自控系统，其特征在于：所述的数据处理单元和信息存储单元整体由PLC下位机形成。
3.根据权利要求2所述的基于分布式电源并网船舶的电能质量在线检测及自控系统，其特征在于：本系统还包括用于显示实时电能质量的上位机，上位机与所述的PLC下位机连接。
4.根据权利要求2所述的基于分布式电源并网船舶的电能质量在线检测及自控系统，其特征在于：本系统还包括用于在实时电能质量超过设定的指标值时发出报警信号的报警器，与所述的PLC下位机连接。
5.根据权利要求1所述的基于分布式电源并网船舶的电能质量在线检测及自控系统，其特征在于：根据船级社对船舶逆变电源并网电能质量的要求设定报警器的指标值，当实时电能质量超过设定的指标值时，触发报警。
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