CN107658964A - 一种具有监测预警功能的岸电接船电方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有监测预警功能的岸电接船电方法，包括以下步骤：控制模块控制整流逆变器，使船舶发电机的负载功率向整流逆变器转移；当船舶发电机的输出功率下降到预设功率或以下时，关闭船舶发电机，完成船电切换至岸电；监测预警模块实时监测船舶与码头的当前距离大小和风力大小；当监测预警模块检测到异常情况时，发出警报，通知控制模块，并进行下一步骤，否则保持供电；警报发出后，启动船舶发电机，控制模块控制整流逆变器，使整流逆变器的负载功率向船舶发电机转移；当整流逆变器的输出功率下降到预设功率或以下时，断开岸上电源与船舶电网的连接，完成岸电切换至船电。

Description

一种具有监测预警功能的岸电接船电方法及装置
技术领域
本发明涉及一种岸电接船电的方法及装置，尤其涉及一种具有监测预警功能的岸电接船电的方法及装置。
背景技术
当船舶在海岸停靠时，可能会遭遇各种突发的天气变化。尤其在外海岸停靠时，会面对比内海岸更不可预测的情况，例如海流变化、风力变化、涨潮退潮等等，甚至会遭遇台风等等恶劣情况，此时，船舶产生晃动，甚至飘离码头，使船舶与码头间连接的缆绳绷紧，且在巨大的拉力作用下伸长，使船舶与码头间的停靠位置发生变化，停靠位置变化包括船舶的位移或停靠角度的变化，严重时，缆绳可能产生断裂，导致船舶与码头间的连接情况更加不稳定。如果在停靠过程中，船舶与岸上电源接通，岸电通过电缆与船舶对接，对船上设施进行供电，在突遇异常环境状况时，船舶停靠位置发生变化、甚至缆绳断裂的情况下，则电缆有可能产生松动或断裂，导致船上设施突然断电，对设备产生损坏，甚至造成危险。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种具有监测预警功能的岸电接船电方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种具有监测预警功能的岸电接船电方法，包括以下步骤：
将岸电变压器与岸上电源连接；将岸电变压器与整流逆变器连接；将整流逆变器与船舶电网连接；
控制模块控制整流逆变器，使船舶发电机的负载功率向整流逆变器转移；
当船舶发电机的输出功率下降到预设功率或以下时，关闭船舶发电机，完成船电切换至岸电；
监测预警模块实时监测异常情况；当监测到异常情况时，发出警报，通知控制模块，并进行下一步骤，否则保持供电；
警报发出后，启动船舶发电机，控制模块控制整流逆变器，使整流逆变器的负载功率向船舶发电机转移；
当整流逆变器的输出功率下降到预设功率或以下时，断开岸上电源与船舶电网的连接，完成岸电切换至船电。
本发明的具有监测预警功能的岸电接船电方法，在提供岸电与船电间的无缝切换方案的同时，能够实时监测异常情况，在供电过程中如监测到，则可自动由岸上供电切换回船舶供电，防止突发的异常天气如潮汐或暴风等情况下继续供电，可能产生电缆松动或断裂的危险，导致船上设施突然断电。船舶重新供电后，可灵活应对突发情况。
进一步地，所述监测预警模块包括缆绳监测模块、停靠位置监测模块、风力监测模块、判断模块和警报模块，所述异常情况包括缆绳断裂情况、船舶当前距离异常的情况和当前风力异常的情况；所述停靠位置监测模块检测船舶与码头的当前距离，所述风力监测模块监测当前风力；所述判断模块接收当前距离以及当前风力的信息，并判断当前距离是否在安全距离范围以外，以及当前风力是否在安全风力范围以外，当判断结果为当前距离在安全距离范围以外，或当前风力在安全风力范围以外时，通知警报模块；所述缆绳监测模块包括监测按钮，当监测按钮被按下后，通知警报模块；所述警报模块接收到判断模块或缆绳监测模块的通知后，发出警报，并通知控制模块。
进一步地，船舶发电机的负载功率向整流逆变器转移的具体过程为：
对整流逆变器采用内环控制方法和外环控制方法，其中，外环控制方法采用V/f控制方法，由船舶发电机的目标频率转换为岸电变压器输出的目标频率；同时，使用锁相环控制方法控制整流逆变器输出的频率和电压；
将整流逆变器的外环控制方法由V/f控制方法转换为P/Q控制方法，控制船舶发电机频率和电压，以船舶电网实时负载功率为目标功率，进行功率转移，使整流逆变器输出功率增加，船舶发电机输出功率下降；同时，使用锁相环控制方法控制整流逆变器输出的频率和电压。
进一步地，设置一50Hz线路、一60Hz线路和一公共线路；根据船舶电网标准选择50Hz线路或60Hz线路，当船舶电网标准为50Hz时，将岸电变压器、整流逆变器、50Hz线路和公共线路连接，当船舶电网标准为60Hz时，将岸电变压器、整流逆变器、60Hz线路和公共线路连接；将公共线路与船舶电网连接；
若船舶电网标准为50Hz时，当船电切换至岸电完成后，关闭整流逆变器，岸电变压器通过50Hz线路与公共线路连接，由岸电变压器向船舶电网直接供电；当监测预警模块发出警报时，启动整流逆变器，启动船舶发电机，控制模块控制整流逆变器，使整流逆变器的负载功率向船舶发电机转移，完成岸电切换至船电。
进一步地，所述50Hz线路包括第一开关、第二开关、第一电感、第二电感、第四电感和第一电容，所述60Hz线路包括第三开关、第三电感、第五电感和第二电容，所述公共线路包括第一电阻、第六电感和第四开关；
岸电变压器的一端用于连接岸上电源，另一端接整流逆变器的一端和第一开关，整流逆变器的另一端分别接第二开关和第三开关的一端；第一开关的另一端串接第一电感后连接第二开关的另一端，第二开关的该另一端连接第二电感的第一连接端，第二电感的第二连接端依次串接第四电感、第一电阻、第六电感和第四开关，通过所述第四开关与船舶电网连接，第一电容的一端连接在第二电感与第四电感之间，其另一端接地；第三开关的另一端连接第三电感的第一连接端，第三电感的第二连接端依次串接第五电感、第一电阻、第六电感和第四开关的一端，第二电容的一端连接在第三电感与第五电感之间，其另一端接地。
本发明还提供一种具有监测预警功能的岸电接船电装置，包括岸电变压器、整流逆变器、控制模块、监测预警模块；所述岸电变压器和整流逆变器连接；所述岸电变压器的另一端用于与岸上电源连接，所述整流逆变器的另一端用于与船舶电网连接；
所述控制模块用于控制整流逆变器，使船舶发电机的负载功率向整流逆变器转移，当船舶发电机的输出功率下降到预设功率或以下时，关闭船舶发电机，完成船电切换至岸电；所述控制模块还用于在船舶发电机启动后，控制整流逆变器，使整流逆变器的负载功率向船舶发电机转移，完成岸电切换至船电；
所述监测预警模块用于船电切换至岸电完成后，当检测到异常情况时，发出警报，并通知控制模块控制整流逆变器，使整流逆变器的负载功率向船舶发电机转移，完成岸电切换至船电。
进一步地，所述监测预警模块包括缆绳监测模块、停靠位置监测模块、风力监测模块、判断模块和警报模块，所述异常情况包括缆绳断裂情况、船舶当前距离异常的情况和当前风力异常的情况；所述停靠位置监测模块用于检测船舶与码头的当前距离，所述风力监测模块用于监测当前风力；所述判断模块用于接收当前距离以及当前风力的信息，并判断当前距离是否在安全距离范围以外，以及当前风力是否在安全风力范围以外，当判断结果为当前距离在安全距离范围以外，或当前风力在安全风力范围以外时，通知警报模块；所述缆绳监测模块包括监测按钮，所述监测按钮被按下后，通知警报模块；所述警报模块用于接收判断模块或缆绳监测模块的通知，发出警报，并通知控制模块。
进一步地，所述控制模块包括内环控制模块和外环控制模块，所述外环控制模块包括V/f控制模块、P/Q控制模块和锁相环控制模块；
所述V/f控制模块，用于使船舶发电机的目标频率转换为岸电变压器输出的目标频率；
所述P/Q控制模块，用于当V/f控制模块处理完毕后，控制船舶发电机频率和电压，以船舶电网实时负荷功率为目标功率，进行功率转移，使整流逆变器输出功率增加，船舶发电机输出功率下降，当船舶发电机输出功率下降到预设功率或以下时，船舶发电机关闭；
所述锁相环控制模块用于控制整流逆变器输出的频率和电压。
进一步地，还包括50Hz线路、60Hz线路和公共线路；所述50Hz线路或60Hz线路根据船舶电网标准选择；当船舶电网标准为50Hz时，所述岸电变压器、整流逆变器、50Hz线路和公共线路依次连接，当船舶电网标准为60Hz时，所述岸电变压器、整流逆变器、60Hz线路和公共线路依次连接；所述公共线路与船舶电网连接；
所述50Hz线路还用于当船电切换至岸电完成后，整流逆变器关闭，岸电变压器通过50Hz线路与公共线路连接，由岸电变压器向船舶电网直接供电；当监测预警模块发出警报时，整流逆变器启动，岸电变压器通过整流逆变器、50Hz线路与公共线路连接，以完成岸电切换至船电。
进一步地，所述50Hz线路包括第一开关、第二开关、第一电感、第二电感、第四电感和第一电容，所述60Hz线路包括第三开关、第三电感、第五电感和第二电容，所述公共线路包括第一电阻、第六电感和第四开关；
所述岸电变压器的一端用于连接岸上电源，另一端接整流逆变器的一端和第一开关，整流逆变器的另一端分别接第二开关和第三开关的一端；第一开关的另一端串接第一电感后连接第二开关的另一端，第二开关的该另一端连接第二电感的第一连接端，第二电感的第二连接端依次串接第四电感、第一电阻、第六电感和第四开关，通过所述第四开关与船舶电网连接，第一电容的一端连接在第二电感与第四电感之间，其另一端接地；第三开关的另一端连接第三电感的第一连接端，第三电感的第二连接端依次串接第五电感、第一电阻、第六电感和第四开关的一端，第二电容的一端连接在第三电感与第五电感之间，其另一端接地。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明的岸电接船电的方法流程图；
图2为本发明的岸电与船电切换的示意图。
具体实施方式
请参阅图1，其为本发明的岸电接船电的方法流程图，同时参阅图2，其为本发明的岸电与船电切换的示意图。本发明的具有监测预警功能的岸电接船电装置，包括岸电变压器、整流逆变器、控制模块、监测预警模块、50Hz线路、60Hz线路和公共线路。根据船舶电网标准选择50Hz或60Hz线路，所述岸电变压器、整流逆变器、50Hz线路和公共线路连接，所述岸电变压器、整流逆变器、60Hz线路和公共线路连接；所述公共线路与船舶电网连接。所述岸电变压器另一端用于与岸上电源连接。
具体地，所述控制模块用于控制整流逆变器，完成船电与岸电之间的切换。所述控制模块包括内环控制模块和外环控制模块，所述外环控制模块包括V/f控制模块、P/Q控制模块和锁相环控制模块；所述V/f控制模块，用于使船舶发电机的目标频率转换为岸电变压器输出的目标频率；所述P/Q控制模块，用于当V/f控制模块处理完毕后，控制船舶发电机频率和电压，以船舶电网实时负荷功率为目标功率，进行功率转移，整流逆变器输出功率增加，船舶发电机输出功率下降，当船舶发电机输出功率下降到预设功率或以下时，船舶发电机关闭；所述锁相环控制模块用于控制整流逆变器输出的频率和电压。
所述监测预警模块包括缆绳监测模块、停靠位置监测模块、风力监测模块、判断模块和警报模块，其用于监测异常情况，所述异常情况包括缆绳断裂情况、船舶当前距离异常的情况和当前风力异常的情况；所述停靠位置监测模块包括至少一距离传感器，其检测船舶与码头的当前距离，具体地，船舶平行于码头停靠，该当前距离即船舶靠近码头一侧的船身中部与码头间的距离；在其他实施方式中，距离传感器也可以设置多个，分别用于检测船舶靠近码头一侧的船身的前部、中部、后部等位置与码头间的距离，以应对船舶的停靠角度发生变化的情况，也可以以船身或码头上的其他位置为基准点，检测船身与码头间的距离，多方位判断船舶的位移或停靠角度的变化情况，例如船舶产生晃动，甚至船舶飘离码头等可能导致电缆断裂的情况；所述风力监测模块用于监测当前风力，具体包括风力计；所述判断模块接收当前距离以及当前风力的信息，并判断当前距离是否在安全距离以外，该安全距离在本实施例中具体为0-1米，当有测距模块设有多个距离传感器时，则判断是否至少有一当前距离在安全距离以外，，所述判断模块还判断当前风力是否在安全风力范围以外，当判断结果为至少一个当前距离在安全距离范围以外，，或当前风力在安全风力范围以外时，通知警报模块；所述缆绳监测模块用于监测船舶与码头间连接的缆绳是否有断裂情况，具体包括一监测按钮，当值班的工作人员发现至少一根缆绳出现断裂情况时，则按下该监测按钮，监测按钮被按下后，缆绳监测模块通知警报模块；所述警报模块接收到判断模块或缆绳监测模块的通知后，发出警报，通知控制模块。该监测预警模块可以设置在船舶上也可以设置在岸上，在本实施例中设置在船舶上，其与船舶电网连接，通过船舶电网与控制模块连接。
所述50Hz线路或60Hz线路根据船舶电网标准选择。根据国际海事组织统计，60％以上的国际航运船舶采用450V/60Hz电制，而60％以上的岸上供电为400V/50Hz电制。本实施例中，岸上电源采用400V/50Hz电制，可供50Hz船舶和60Hz船舶接入，当船舶采用50Hz电制时，采用50Hz线路，与岸电进行50Hz-50Hz对接；当船舶采用60Hz电制时，采用60Hz线路，与岸电进行50Hz-60Hz对接。
具体地，请参阅图2，所述50Hz线路包括第一开关K1、第二开关K2、第一电感L1、第二电感L2、第四电感L4和第一电容C1，所述60Hz线路包括第三开关K3、第三电感L3、第五电感L5和第二电容C2，所述公共线路包括第一电阻R1、第六电感L6和第四开关K4；岸电变压器T1的一端用于连接岸上电源，另一端分别接整流逆变器UI1的一端、第一开关K1，整流逆变器UI1的另一端分别接第二开关K2和第三开关K3的一端；第一开关K1的另一端串接第一电感L1后连接第二开关K2的另一端，第二开关K2的该另一端连接第二电感L2的第一连接端，第二电感L2的第二连接端依次串接第四电感L4、第一电阻R1、第六电感L6和第四开关K4的一端，第一电容C1的一端连接在第二电感L2与第四电感L4之间，其另一端接地；第三开关K3的另一端连接第三电感L3的第一连接端，第三电感L3的第二连接端依次串接第五电感L5、第一电阻R1、第六电感L6和第四开关K4的一端，第二电容C2的一端连接在第三电感L3与第五电感L5之间，其另一端接地；第四开关K4的另一端用于与船舶电网连接。第一电阻R1、第六电感L6是用于限流，在其他实施方式中也可以省略。
本发明的具有监测预警功能的岸电接船电方法，包括以下步骤：
步骤1：连接设备，具体是，将岸电变压器与岸上电源连接；将控制模块与整流逆变器连接；将监测预警模块与控制模块连接；将公共线路与船舶电网连接，具体是将岸上的电缆的插口插入到船舶相应的接口中，电缆具体采用可随时插拔的电缆，以灵活应对各种需要拔除电缆的紧急情况；根据船舶电网标准选择50Hz线路或60Hz线路，将岸电变压器、整流逆变器、50Hz线路和公共线路连接，或将岸电变压器、整流逆变器、60Hz线路和公共线路连接；若选择50Hz线路，将第二开关与第四开关闭合，若选择60Hz线路，将第三开关与第四开关闭合。
步骤2：控制模块控制整流逆变器，使船舶发电机的负载功率向整流逆变器转移；具体包括步骤21和步骤22。
步骤21：对整流逆变器采用内环控制方法和外环控制方法，其中，外环控制方法采用V/f控制方法，由船舶发电机的目标频率转换为岸电变压器输出的目标频率；同时，使用锁相环控制方法控制整流逆变器输出的频率和电压；
根据整流逆变器V/f控制理论基础，V/f控制由电流内环和电压外环组成，主要系数有：电流环比例系数Kpi和积分系数Kii、电压环比例系数Kpv和积分系数Kiv，设负载等效电阻R、等效电抗X、滤波电感Ls，整流逆变器输出电流不计电容滤波I1≈I2≈I、Id、Iq分别为dq轴分量。
设电压环的参考值Uref的dq轴分量Udref和Uqref为输入，整流逆变器输出电压的dq轴分量Vd和Vq为输出，系统方程为以下公式：
本实施例中的步骤21具体包括以下步骤：
步骤211：在第二电感的第二连接端以及第三电感的第二连接端处设置A点，获得A点处的整流逆变器输出电流值i1，并计算其dq轴分量i1d、i1q；在第四电感和第一电阻之间以及第五电感和第一电阻之间设置B点，获得B点处的整流逆变器输出电压值v、电流值i2，其中，电压v包括其abc轴分量va、vb、vc，然后计算电流值i2的dq轴分量i2d、i2q，以及电压的dq轴分量vd、vq；
步骤212：输入ω、uref、vd、vq，根据V/f控制方法获得电流环参考值idref、iqref，具体公式如下：
θ＝∫(2πf-ω)dt,Udref＝uref cosθ,Uqref＝uref sinθ,
idref＝Kpv(udref-vd)+Kiv∫(udref-vd)dt,iqref＝Kpv(udref-vd)+Kiv∫(uqref-vq)dt
其中，uref为电压环参考值，根据船舶电网的电压设置，ω为整流逆变器输出角频率，也即船舶电网的电压频率60Hz，θ为整流逆变器输出电压相角，Kpv为电压环比例系数，Kiv为电压环积分系数；
步骤213：输入i1d、i1q、i2d、i2q、idref、iqref、vd、vq，根据内环控制方法获得vsd、vsq，具体公式如下：
vsd＝vd-ωLsilq+Kpi(idref-i2d)+Kii∫(idref-i2d)dt
vsq＝vq-ωLsilq+Kpi(iqref-i2q)+Kii∫(iqref-i2q)dt；
其中，Kpi为电流环比例系数，Kii为电流环积分系数，Ls为滤波电感；
步骤214：输入vsd、vsq，计算其abc轴分量，转换为PWM后输出至整流逆变器。
在一个实施例中，在步骤21进行的同时，进行锁相环控制，以稳定频率和电压。
根据锁相环控制理论，在输入量的频率变化时，三相锁相环的输出仍是与输入同频同相位的输出信号，在输入存在直流偏移、三相不对称、谐波畸变等条件下，三相锁相环都具有较好的抗干扰能力。参考以下公式，其中θ为整流逆变器输出电压相角，θpll为锁相环输出，ωff、θff分别为目标值：
vq＝V sin(θ-θpll)
θ＝ω0t+θ0
即本发明的步骤211-214进行的同时，同步进行步骤215：输入va、vb、vc、ωff，根据锁相环控制方法获得锁相环输出θpll，具体公式如下：
ωpll＝ωff+Kp.pllvq+Ki.pll∫vqdt
其中，Kp.pll为锁相环比例系数，Ki.pll为锁相环积分系数，ωff为理论角频率，ωff＝2*π*60Hz；ωpll为整流逆变器输出电压的角频率；输入θpll，经处理后输出至整流逆变器。
步骤215的锁相环控制方法，能够稳定整流逆变器的输出频率和电压。
步骤22：将整流逆变器的外环控制方法由V/f控制方法转换为P/Q控制方法，控制船舶发电机频率和电压，以船舶电网实时负载功率为目标功率，进行功率转移，使整流逆变器输出功率增加，船舶发电机输出功率下降；同时，使用锁相环控制方法控制整流逆变器输出的频率和电压。此过程中，船舶发电机可以以下垂控制、自动调频调载或手动调节调速器来减少负荷。
根据整流逆变器P/Q控制理论，P/Q控制在微网中实现间歇性电源的最大利用率，输出有功和无功分别为其参考值Pref和Qref。其控制原理为：功率给定值与实测值相减，经过比例积分控制器后得到电流参考信号idref、iqref，从而控制整流逆变器输出功率，P/Q控制的比例系数KpP和积分系数KiP，参考以下公式：
Pref＝KP/f(fref-f)
Qref＝KQ/f(Uref-U)
本实施例的步骤22具体包括以下步骤：
步骤221：在第二电感的第二连接端以及第三电感的第二连接端处设置A点，获得A点处的整流逆变器输出电流值i1，并计算其dq轴分量i1d、i1q；在第四电感和第一电阻之间以及第五电感和第一电阻之间设置B点，获得B点处的整流逆变器输出电压值v、电流值i2，其中，电压v包括其abc轴分量va、vb、vc，然后计算电流值i2的dq轴分量i2d、i2q，以及电压的dq轴分量vd、vq；
步骤222：输入vd、vq、i2d、i2q、Pref、Qref，根据P/Q控制方法获得电流环参考值idref、iqref，具体公式如下：
P＝vdi2d+vqi2q,Q＝vqi2d+vdi2q
idref＝KpP(Pref-P)+KiP∫(Pref-P)dt
iqref＝KpQ(Qref-Q)+KiQ∫(Qref-Q)dt
其中，Pref为有功功率参考值，Qref为无功功率参考值，KpP为有功控制的比例系数，KpQ为无功控制的比例系数，KiP为有功控制的积分系数，KiQ为无功控制的积分系数；
步骤223：输入i1d、i1q、i2d、i2q、idref、iqref、vd、vq，根据内环控制方法获得vsd、vsq，具体公式如下：
vsd＝vd-ωLsilq+Kpi(idref-i2d)+Kii∫(idref-i2d)dt
vsq＝vq-ωLsilq+Kpi(iqref-i2q)+Kii∫(iqref-i2q)dt；
其中，Kpi为电流环比例系数，Kii为电流环积分系数，Ls为滤波电感；
步骤224：输入vsd、vsq，计算其abc轴分量，转换为PWM后输出至整流逆变器。
在步骤221-224进行的同时，进行锁相环控制，以稳定整流逆变器的输出频率和电压，即同时进行步骤225，步骤225与步骤215相同。
步骤225：输入va、vb、vc、ωff，根据锁相环控制方法获得锁相环输出θpll，具体公式如下：
ωpll＝ωff+Kp.pllvq+Ki.pll∫vqdt
其中，Kp.pll为锁相环比例系数，Ki.pll为锁相环积分系数，ωff为理论角频率，ωff＝2*π*60Hz；ωpll为整流逆变器输出电压的角频率；输入θpll，经处理后输出至整流逆变器。
步骤3：当船舶发电机的输出功率下降到预设功率或以下时，关闭船舶发电机，完成船电切换至岸电，此时由岸上电源持续为船舶供电。具体地，预设功率为5％的船舶发电机额定功率，也可以根据情况设置为其他大小。
如果船舶电网标准为50Hz，则进一步执行步骤31：关闭整流逆变器，具体是闭合第一开关，断开第二开关，岸电变压器通过50Hz线路与公共线路连接，无需变频，由岸电变压器向船舶电网直接供电；如果船舶电网标准为60Hz，则不执行步骤31。
本发明提供了50Hz-60Hz和50Hz-50Hz两种频率的岸电无缝切换船电的方法及相应装置，在岸电和船电供电切换时，船上设备无需断电，通过V/f控制跟随频率，再通过P/Q控制将负载功率从船舶发电机转移到岸电电网中，完成无缝切换；另外，能够实现岸电50Hz电源，对60Hz或50Hz两种不同电网标准的船舶进行供电，适应不同船舶的需要，当对50Hz船舶进行无缝接岸电时，无需用传统的同步表或者限流控制，而是采用60Hz整流逆变器作为50Hz无缝平滑接岸电过渡装置，切换完成后，关闭整流逆变器，从50Hz逆变供电转换到岸电变压器直接供电，实现无冲击电流的平滑连接。
步骤4：在供电过程中，监测预警模块实时监测海上环境以及船舶停靠情况，该监测预警模块可以设置在船舶上也可以设置在岸上。所述监测预警模块包括缆绳监测模块、停靠位置监测模块、风力监测模块、判断模块和警报模块；所述停靠位置监测模块包括至少一距离传感器，其检测船舶与码头的当前距离，具体地，船舶平行于码头停靠，该当前距离即船舶靠近码头一侧的船身中部与码头间的距离；在其他实施方式中，距离传感器也可以设置多个，分别用于检测船舶靠近码头一侧的船身的前部、中部、后部等位置与码头间的距离，以应对船舶的停靠角度发生变化的情况，也可以以船身或码头上的其他位置为基准点，检测船身与码头间的距离，多方位判断船舶的位移或停靠角度的变化情况，例如船舶产生晃动，甚至船舶飘离码头等可能导致电缆断裂的情况；所述风力监测模块用于监测当前风力，具体包括风力计；所述判断模块接收当前距离以及当前风力的信息，并判断当前距离是否在安全距离以外，该安全距离在本实施例中具体为0-1米，当有测距模块设有多个距离传感器时，则判断是否至少有一当前距离在安全距离以外，，所述判断模块还判断当前风力是否在安全风力范围以外，当判断结果为至少一个当前距离在安全距离范围以外，，或当前风力在安全风力范围以外时，通知警报模块；所述缆绳监测模块用于监测船舶与码头间连接的缆绳是否有断裂情况，具体包括一监测按钮，当值班的工作人员发现至少一根缆绳出现断裂情况时，则按下该监测按钮，监测按钮被按下后，缆绳监测模块通知警报模块；所述警报模块接收到判断模块或缆绳监测模块的通知后，发出警报，通知控制模块，并进行下一步骤，否则保持供电。警报可通过界面提示、广播、蜂鸣器、闪光灯等形式进行。
步骤5：启动船舶发电机，控制模块控制整流逆变器，使整流逆变器的负载功率向船舶发电机转移；本步骤中的整流逆变器的负载功率向船舶发电机转移的具体过程为步骤2中的船舶发电机的负载功率向整流逆变器转移的逆过程，其原理相同，在此不再赘述。
步骤6：当整流逆变器的输出功率下降到预设功率或以下时，断开岸上电源与船舶电网的连接，即断开第四开关K4，拔除电缆，完成岸电切换至船电。具体地，预设功率为5％的船舶发电机额定功率，也可以根据情况设置为其他大小。
本发明的具有监测预警功能的岸电接船电方法及装置，在提供岸电与船电间的无缝切换方案的同时，能够实时监测船舶停靠位置和风力情况，在供电过程中如监测到可能导致电缆断裂的异常情况，则可自动由岸上供电切换回船舶供电，防止突发的异常天气如潮汐或暴风等情况下继续供电，可能产生电缆松动或断裂的危险，导致船上设施突然断电。船舶重新供电后，可灵活应对突发情况。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有监测预警功能的岸电接船电方法，其特征在于，包括以下步骤：
将岸电变压器与岸上电源连接；将岸电变压器与整流逆变器连接；将整流逆变器与船舶电网连接；
控制模块控制整流逆变器，使船舶发电机的负载功率向整流逆变器转移；
当船舶发电机的输出功率下降到预设功率或以下时，关闭船舶发电机，完成船电切换至岸电；
监测预警模块实时监测异常情况；当监测到异常情况时，发出警报，通知控制模块，并进行下一步骤，否则保持供电；
警报发出后，启动船舶发电机，控制模块控制整流逆变器，使整流逆变器的负载功率向船舶发电机转移；
当整流逆变器的输出功率下降到预设功率或以下时，断开岸上电源与船舶电网的连接，完成岸电切换至船电。
2.根据权利要求1所述的具有监测预警功能的岸电接船电方法，其特征在于：所述监测预警模块包括缆绳监测模块、停靠位置监测模块、风力监测模块、判断模块和警报模块，所述异常情况包括缆绳断裂情况、船舶当前距离异常的情况和当前风力异常的情况；所述停靠位置监测模块检测船舶与码头的当前距离，所述风力监测模块监测当前风力；所述判断模块接收当前距离以及当前风力的信息，并判断当前距离是否在安全距离范围以外，以及当前风力是否在安全风力范围以外，当判断结果为当前距离在安全距离范围以外，或当前风力在安全风力范围以外时，通知警报模块；所述缆绳监测模块包括监测按钮，当监测按钮被按下后，通知警报模块；所述警报模块接收到判断模块或缆绳监测模块的通知后，发出警报，并通知控制模块。
3.根据权利要求1所述的具有监测预警功能的岸电接船电方法，其特征在于：船舶发电机的负载功率向整流逆变器转移的具体过程为：
对整流逆变器采用内环控制方法和外环控制方法，其中，外环控制方法采用V/f控制方法，由船舶发电机的目标频率转换为岸电变压器输出的目标频率；同时，使用锁相环控制方法控制整流逆变器输出的频率和电压；
将整流逆变器的外环控制方法由V/f控制方法转换为P/Q控制方法，控制船舶发电机频率和电压，以船舶电网实时负载功率为目标功率，进行功率转移，使整流逆变器输出功率增加，船舶发电机输出功率下降；同时，使用锁相环控制方法控制整流逆变器输出的频率和电压。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有监测预警功能的岸电接船电方法，其特征在于：设置一50Hz线路、一60Hz线路和一公共线路；根据船舶电网标准选择50Hz线路或60Hz线路，当船舶电网标准为50Hz时，将岸电变压器、整流逆变器、50Hz线路和公共线路连接，当船舶电网标准为60Hz时，将岸电变压器、整流逆变器、60Hz线路和公共线路连接；将公共线路与船舶电网连接；
若船舶电网标准为50Hz时，当船电切换至岸电完成后，关闭整流逆变器，岸电变压器通过50Hz线路与公共线路连接，由岸电变压器向船舶电网直接供电；当监测预警模块发出警报时，启动整流逆变器，启动船舶发电机，控制模块控制整流逆变器，使整流逆变器的负载功率向船舶发电机转移，完成岸电切换至船电。
5.根据权利要求4所述的具有监测预警功能的岸电接船电方法，其特征在于：所述50Hz线路包括第一开关、第二开关、第一电感、第二电感、第四电感和第一电容，所述60Hz线路包括第三开关、第三电感、第五电感和第二电容，所述公共线路包括第一电阻、第六电感和第四开关；
岸电变压器的一端用于连接岸上电源，另一端接整流逆变器的一端和第一开关，整流逆变器的另一端分别接第二开关和第三开关的一端；第一开关的另一端串接第一电感后连接第二开关的另一端，第二开关的该另一端连接第二电感的第一连接端，第二电感的第二连接端依次串接第四电感、第一电阻、第六电感和第四开关，通过所述第四开关与船舶电网连接，第一电容的一端连接在第二电感与第四电感之间，其另一端接地；第三开关的另一端连接第三电感的第一连接端，第三电感的第二连接端依次串接第五电感、第一电阻、第六电感和第四开关的一端，第二电容的一端连接在第三电感与第五电感之间，其另一端接地。
6.一种具有监测预警功能的岸电接船电装置，其特征在于：包括岸电变压器、整流逆变器、控制模块、监测预警模块；所述岸电变压器和整流逆变器连接；所述岸电变压器的另一端用于与岸上电源连接，所述整流逆变器的另一端用于与船舶电网连接；
所述控制模块用于控制整流逆变器，使船舶发电机的负载功率向整流逆变器转移，当船舶发电机的输出功率下降到预设功率或以下时，关闭船舶发电机，完成船电切换至岸电；
所述控制模块还用于在船舶发电机启动后，控制整流逆变器，使整流逆变器的负载功率向船舶发电机转移，完成岸电切换至船电；
所述监测预警模块用于船电切换至岸电完成后，当检测到异常情况时，发出警报，并通知控制模块控制整流逆变器，使整流逆变器的负载功率向船舶发电机转移，完成岸电切换至船电。
7.根据权利要求6所述的具有监测预警功能的岸电接船电装置，其特征在于：所述监测预警模块包括缆绳监测模块、停靠位置监测模块、风力监测模块、判断模块和警报模块，所述异常情况包括缆绳断裂情况、船舶当前距离异常的情况和当前风力异常的情况；所述停靠位置监测模块用于检测船舶与码头的当前距离，所述风力监测模块用于监测当前风力；所述判断模块用于接收当前距离以及当前风力的信息，并判断当前距离是否在安全距离范围以外，以及当前风力是否在安全风力范围以外，当判断结果为当前距离在安全距离范围以外，或当前风力在安全风力范围以外时，通知警报模块；所述缆绳监测模块包括监测按钮，所述监测按钮被按下后，通知警报模块；所述警报模块用于接收判断模块或缆绳监测模块的通知，发出警报，并通知控制模块。
8.根据权利要求6所述的具有监测预警功能的岸电接船电装置，其特征在于：所述控制模块包括内环控制模块和外环控制模块，所述外环控制模块包括V/f控制模块、P/Q控制模块和锁相环控制模块；
所述V/f控制模块，用于使船舶发电机的目标频率转换为岸电变压器输出的目标频率；
所述P/Q控制模块，用于当V/f控制模块处理完毕后，控制船舶发电机频率和电压，以船舶电网实时负荷功率为目标功率，进行功率转移，使整流逆变器输出功率增加，船舶发电机输出功率下降，当船舶发电机输出功率下降到预设功率或以下时，船舶发电机关闭；
所述锁相环控制模块用于控制整流逆变器输出的频率和电压。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的具有监测预警功能的岸电接船电装置，其特征在于：还包括50Hz线路、60Hz线路和公共线路；所述50Hz线路或60Hz线路根据船舶电网标准选择；当船舶电网标准为50Hz时，所述岸电变压器、整流逆变器、50Hz线路和公共线路依次连接，当船舶电网标准为60Hz时，所述岸电变压器、整流逆变器、60Hz线路和公共线路依次连接；所述公共线路与船舶电网连接；
所述50Hz线路还用于当船电切换至岸电完成后，整流逆变器关闭，岸电变压器通过50Hz线路与公共线路连接，由岸电变压器向船舶电网直接供电；当监测预警模块发出警报时，整流逆变器启动，岸电变压器通过整流逆变器、50Hz线路与公共线路连接，以完成岸电切换至船电。
10.根据权利要求9所述的具有监测预警功能的岸电接船电装置，其特征在于：所述50Hz线路包括第一开关、第二开关、第一电感、第二电感、第四电感和第一电容，所述60Hz线路包括第三开关、第三电感、第五电感和第二电容，所述公共线路包括第一电阻、第六电感和第四开关；
所述岸电变压器的一端用于连接岸上电源，另一端接整流逆变器的一端和第一开关，整流逆变器的另一端分别接第二开关和第三开关的一端；第一开关的另一端串接第一电感后连接第二开关的另一端，第二开关的该另一端连接第二电感的第一连接端，第二电感的第二连接端依次串接第四电感、第一电阻、第六电感和第四开关，通过所述第四开关与船舶电网连接，第一电容的一端连接在第二电感与第四电感之间，其另一端接地；第三开关的另一端连接第三电感的第一连接端，第三电感的第二连接端依次串接第五电感、第一电阻、第六电感和第四开关的一端，第二电容的一端连接在第三电感与第五电感之间，其另一端接地。
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