CN107947316A - 一种船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电控制方法 - Google Patents

一种船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电控制方法。此外，本发明还提供了一种船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电结构，该供电结构包括发电机(1)、整流器(2)、蓄电池组(3)、直流母线(4)以及逆变器(5)，该并联供电结构用于给负载(6)进行供电。本发明的供电结构及供电方法简单实用，相比于整流器传统的恒压控制方法，本发明所提出的控制方法仅增加了一个电流给定值限幅环节，方便控制方法在实际应用中实现；2)本发明能够在负载功率大于整流发电机额定输出功率时，实现蓄电池组和整流发电机的并联供电，能够提升舰船电力系统的最大输出功率。

Description

一种船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电控制方法
技术领域
本发明涉及电力变换领域，具体涉及一种舰船电力系统整流发电机和蓄电池并联供电方法以及相应供电结构。
背景技术
船舶电力系统采用直流主网结构时，为了保证供电可靠性，常使用整流发电机与蓄电池直连的系统结构。目前船舶电力系统供电方式为，正常情况下，由整流发电机单独对负载供电，同时对蓄电池浮充。在发电机故障情况时，由蓄电池对负载供电。目前供电方式没有整流发电机和蓄电池并联供电的工况。由于船舶空间有限，发电机体积和功率受限，而船舶电力系统的负载较多，目前的供电方式会出现整流发电机单独供电时，负载功率超过整流发电机额定功率的情况。
而现有的各种供电方法都无法解决这一问题。
发明内容
本发明的目的是针对舰船的电力系统结构，提供一种可以提升舰船电力系统最大输出功率的整流发电机和蓄电池并联供电方法。
本发明的发明人研究船舶电力系统的控制方法，在负载功率超过发电机功率时，通过切换整流装置控制方法，使得蓄电池能和整流发电机并联供电，使蓄电池能分担负载功率，船舶电力系统能够承担更大的负载功率。
一种船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电结构，包括发电机、整流器、蓄电池组、直流母线以及逆变器，该并联供电结构用于给负载进行供电，其特征在于：
所述发电机为交流发电机，发电机输出侧连接至整流器的输入侧；
所述整流器对所述发电机所发交流电进行整流，其输出侧正极连接至直流母线的正极，整流器输出侧负极连接至直流母线的负极；
所述蓄电池组输出侧正极连接至直流母线的正极，蓄电池组输出侧负极连接至直流母线的负极；
所述逆变器的输入侧正极连接至直流母线的正极，逆变器的输入侧负极连接至直流母线的负极，逆变器的输出侧连接至负载的输出侧；
所述负载的输入侧连接至逆变器的输出侧。
进一步地，所述发电机输出工频或高频三相交流电。
进一步地，所述的整流器将发电机发出的交流电整流成直流电。
另一方面，本发明提供一种用于船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电结构的供电方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
步骤S1、采集发电机输出侧交流三相电压，经过锁相环进行锁相处理，得出三相交流电压d、q分量值，进而计算出三相交流电压的相位；
流程2、测量直流母线电压值，将直流母线电压值与母线电压参考值比对，计算直流母线电压与母线电压参考值之间的电压差，基于二者电压差，通过PI调节计算出，发电机整流器需要输出的电流有功分量目标值idref；
步骤S3、通过发电机额定功率计算出发电机有功电流最大输出给定值
步骤S4、将电流有功分量目标值idref与发电机有功电流最大输出给定值比较，判断电流有功分量目标值是否大于发电机有功电流最大输出给定值，若大于等于发电机有功电流最大输出给定值，则将发电机有功电流输出给定值设定为发电机有功电流最大输出给定值，否则，将发电机有功电流输出给定值设定为电流有功分量目标值；
步骤S5、根据电流有功分量给定值，分别与测得的实际电流d、q分量做差，经过电流PI调节，控制交流侧电流。
本发明的优势在于，
1)本发明所提出的控制策略简单实用，相比于整流器传统的恒压控制策略，本发明所提出的控制策略仅增加了一个电流给定值限幅环节，方便控制策略在实际应用中实现；
2)本发明能够在负载功率大于整流发电机额定输出功率时，实现蓄电池组和整流发电机的并联供电，能够提升舰船电力系统的最大输出功率；
3)本发明能够在负载功率小于或等于整流发电机额定输出功率时，维持母线电压在额定值；
4)本发明能够在负载功率小于整流发电机额定输出功率时，使得蓄电池组处于充电状态；
5)本发明能够在负载功率大于整流发电机额定输出功率时，实现整流发电机输出额定功率，蓄电池补充输出负载功率超出整流发电机额定功率差值，蓄电池能够维持供电状态最长时间；
6)本发明能够在负载功率大于整流发电机额定输出功率时，能维持母线电压至系统所能维持的最大值。
附图说明
图1为本发明的电力系统拓扑结构图和控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行更详细的说明。
本发明所针对的舰船电力系统结构包括发电机1、整流器2、蓄电池组3、直流母线4、逆变器5、负载6。其特征在于：
所述发电机1为交流发电机，输出工频或高频三相交流电，发电机1输出侧连接至整流器2的输入侧；
所述整流器2输出侧正极连接至直流母线4的正极，整流器2输出侧负极连接至直流母线4的负极，整流器2把发电机1发出的交流电整流成直流电；
所述蓄电池组3输出侧正极连接至直流母线4的正极，蓄电池组3输出侧负极连接至直流母线4的负极，蓄电池3输出直流电，直流母线4电压高于蓄电池端口电压时，蓄电池处于充电状态，直流母线4电压低于蓄电池端口电压时，蓄电池处于放电状态；
所述逆变器5的输入侧正极连接至直流母线4的正极，逆变器5的输入侧负极连接至直流母线4的负极，逆变器5的输出侧连接至负载6的输出侧，逆变器5将直流电逆变成三相交流电，逆变器在直流母线4电压波动在一定范围内时，输出交流电会保持恒定的电压值；
所述负载6的输入侧连接至逆变器5的输出侧，负载6为三相交流负载，负载值会随着舰船电力系统运行工况的变化而变化。
更进一步地，所述舰船电力系统整流发电机与蓄电池组并联供电的控制方法包括以下流程：
流程1、采集发电机1输出侧交流三相电压，经过锁相环处理，得出三相交流电压d、q分量值，得出三相交流电压的相位；
流程2、测量直流母线4电压值，将直流母线4电压值与母线电压参考值比对，基于二者电压差，通过PI环节计算出，整流器需要输出的电流有功分量目标值idref；
流程3、通过发电机额定功率计算出发电机有功功率最大输出给定值
流程4、将电流有功分量目标值idref与发电机有功电流最大输出给定值比较，判断电流有功分量目标值是否大于发电机有功电流最大输出值，若大于等于发电机有功电流最大输出值，则将发电机有功电流输出给定值设定为发电机有功电流最大输出值，否则，将发电机有功电流输出给定值设定为电流有功分量目标值；
流程5、根据发电机输出电流有功分量给定值，分别与实际测得的电流d、q分量做差，经过电流PI调节，生成控制开关管通断的驱动信号，从而控制交流侧电流，控制发电机输出。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变换或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电结构，其特征在于：
包括发电机(1)、整流器(2)、蓄电池组(3)、直流母线(4)以及逆变器(5)，该并联供电结构用于给负载(6)进行供电。
2.如权利要求1所述的一种船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电结构，其特征在于，所述发电机(1)为交流发电机，发电机(1)输出侧连接至整流器(2)的输入侧；
所述整流器(2)对所述发电机(1)所发交流电进行整流，其输出侧正极连接至直流母线(4)的正极，整流器(2)输出侧负极连接至直流母线(4)的负极；
所述蓄电池组(3)输出侧正极连接至直流母线(4)的正极，蓄电池组(3)输出侧负极连接至直流母线(4)的负极；
所述逆变器(5)的输入侧正极连接至直流母线(4)的正极，逆变器(5)的输入侧负极连接至直流母线(4)的负极，逆变器(5)的输出侧连接至负载(6)的输出侧；
所述负载(6)的输入侧连接至逆变器(5)的输出侧。
3.如权利要求2所述的一种船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电结构，其特征在于，所述发电机(1)输出工频或高频三相交流电。
4.如权利要求3所述的一种船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电结构，其特征在于，所述的整流器(2)将发电机(1)发出的交流电整流成直流电。
5.一种用于船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电结构的供电方法。
6.根据权利要求5所述的用于船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电结构的供电方法，其特征在于，所述方法用于对权利要求1所述的电路进行供电控制。
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