CN109039097B - 变频控制方法、装置、岸电系统和存储介质 - Google Patents

变频控制方法、装置、岸电系统和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变频控制方法、装置、岸电系统和存储介质，该方法包括采集第一供电源的第一电压值。根据所述第一电压值计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位。分别独立调节所述实时电压幅值和所述实时电压频率；根据调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压。通过对多相电压每相电压的频率和电压的分别调节，解决了现有技术中变频采用变频器使电压和频率需要保证特定比例关系限制的技术问题。

Description

变频控制方法、装置、岸电系统和存储介质
技术领域
本发明涉及变频控制领域，尤其是指一种变频控制方法、装置、岸电系统和存储介质。
背景技术
变频控制是电控领域使用最为广泛的技术之一。现有技术中的变频采用变频器实现，但是变频器对电机进行变频时由于其自身的设计局限性需要使电压和频率按照固定比例进行调节。但是在一些场景下，比如在岸供电并网时需要分别对发电设备的电压和频率独立的进行调节。上述变频的技术问题在岸电领域应用尤其广泛。
在岸电变频领域中，船舶靠岸时在岸供电系统与船舶供电系统要进行并网，在并网的过程中则需要进行变频。现有技术中的岸电供电系统是采用传统的变频调速装置供电。此类装置主电路采用交流转直流再转交流的电路结构。岸电供电系统变频的基本步骤为对其输出的供电首先进行滤波(此步骤为可选步骤)然后进行整流(整流的方式可分为可控与不可控两种)，整流后的供电进一步的进行逆变最后滤波(此滤波步骤为可选步骤)最终输出。二种整流方式中，不可控的整流方式采用二极管整流桥进行整流即可实现交流直流的变换。但是不可控的整流方式由于不能实现能量回馈，需要在直流回路中增加制动电源，以防在岸供电系统与船舶供电系统并网时发生逆功率引起船舶供电系统的损害。另外一种可控整流的方式是采用IGBT，该方式的拓扑结构与IGBT三相半桥逆变电路相似实现交流转直流，不可控的整流方式可以实现能量反馈到达岸供电系统一侧。可以有效的避免逆功率对船舶供电系统的损害，但大大增加了系统的硬件成本。逆变步骤中在380伏等低电压逆变领域大多采用IGBT三相半桥的方式实现逆变，在6千伏及以上电压的逆变领域大多数采用多个低电压逆变单元串联连接来实现。
根据上述岸电的技术背景，其现有技术中的问题主要存在有输出电压和其频率由于采用变频器控制，使在岸供电系统的输出电压和输出频率比例固定，不能各自独立调节。输出电压的波形在启动及频率变化过程中，按照电机类负载的转速及转矩进行调节，仅适用于三相电机类负载。输出电压的波形动态响应速度根据电机类负载特性设计，不适合非电机类负载。所以现有技术并不适合岸电系统对交流电源的变频设计要求，不宜用于供电系统的变频。
另外，岸电系统在与船舶供电系统并网过程中，还会产生逆功率流动的问题。影响岸电供电系统或者船舶供电系统的正常运行。如果处理不当会造成岸电供电系统或者船舶供电系统故障跳机，甚至烧毁。其中有些岸电供电系统采用四象限能量回馈结构的变流装置，还有一些岸电供电系统采用专用的逆功率处理装置，上述两种方案虽然能够解决岸电供电系统与船舶供电系统并网过程中的逆功率问题，但是增加了至少一倍的设备成本和占地空间，同时增加了整套设备的故障率，提高了设备的维护和管理成本。现有技术中的内部控制系统功能相对固定，很难灵活适用于多种工况的要求，对于不同的电压等级或者输出功率的岸电供电系统，控制系统需要重新设计从而增加了设计成本和周期。
供电系统之间进行变频。因为在岸供电并网时需要供电的频率不变而电压根据工况进行调整变化，所以现有技术中的变频器则不能满足上述要求。现阶段还没有一种技术可以实现满足上述场景的技术要求，本领域技术人员也在寻找解决上述技术问题的技术方案。
发明内容
本申请提供了一种变频控制方法、装置、岸电系统和存储介质，解决现有技术中变频器无法独立自由调节输出电压与其频率的技术问题。
在一可选实施方式中，本申请提供了一种变频控制方法，该方法包括：
采集第一供电源的第一电压值；
根据所述第一电压值计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位；
分别独立调节所述实时电压幅值和所述实时电压频率；
根据调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压。
可见，在本实施方式中提供了一种电压波形生成方法。所述第一供电源(即在岸供电系统)输出的所述第一电压值进行处理，剥离其中的所述实时电压幅值和所述实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位。在分别独立调节所述实时电压幅值和所述实时电压频率后，最终将调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位重新调制得到所述输出电压。克服了现有技术中按线性比例调节所述实时电压幅值和所述实时电压频率的技术问题。本实施方式提供的方法更加符合岸电的技术要求。
在另一可选实施方式中，所述根据调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压之后，该方法还包括：
将所述第一供电源与第二供电源合并形成并网供电系统；
逐渐降低所述第二供电源的供电电压直至关闭。
本实施方式提供了一种平滑并网方法。在所述第一供电源与所述第二供电源(即船舶供电系统)合并形成并网供电系统时通过逐渐降低所述第二供电源的供电电压直至关闭使所述并网供电系统的只保留一个供电源(即所述第一供电源)。上述方法可以有效避免所述并网供电系统在并网时发生逆功率的问题。
在另一可选实施方式中，所述将所述第一供电源与第二供电源合并形成并网供电系统之后，该方法还包括：
采集所述并网供电系统的第二电压值；
将所述第二电压值的每相电压分别与对应的参考值相减得到每相电压的变化值；
根据所述变化值调节所述第二电压值对应的相电压，以使所述变化值的绝对值小于标准值。
本实施方式提供了一种电压平稳稳压方法。通过调节所述第二电压值的每相电压分别与对应的参考值相减得到每相电压的变化值平衡系统内的电压。当其中一相电压负载过大时则会出现电压不平衡的问题。电压平稳稳压方法可以实现三相电压各自独立控制，根据每相用电线路的负载用电情况分别独立调节，从而保证了三相电压的电压平衡。
在另一可选实施方式中，所述根据所述第一电压值计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位包括：
对所述第一电压值的每相电压执行傅里叶计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率；
对所述第一电压值执行锁相环计算得到每相电压的实时电压波形相位。
本实施方式提供了计算得到实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位的具体算法。
在另一可选实施方式中，所述根据调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压包括：
对调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位执行SVPWM调制得到输出电压。
本实施方式提供了一种调制调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位的具体算法。
在另一可选实施方式中，本申请还提供了一种变频控制装置，包括：
一采集模块，用于采集第一供电源的第一电压值；
一计算模块，用于根据所述第一电压值计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位；
一调节模块，用于分别独立调节所述实时电压幅值和所述实时电压频率；
所述计算模块，还用于根据调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压。
可见，在本实施方式中提供了一种电压波形生成方法。所述第一供电源(即在岸供电系统)输出的所述第一电压值进行处理，剥离其中的所述实时电压幅值和所述实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位。在分别独立调节所述实时电压幅值和所述实时电压频率后，最终将调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位重新调制得到所述输出电压。克服了现有技术中按线性比例调节所述实时电压幅值和所述实时电压频率的技术问题。本实施方式提供的方法更加符合岸电的技术要求。
在另一可选实施方式中，所述变频控制装置，还包括：
一输出开关，用于将所述第一供电源与第二供电源合并形成并网供电系统；
所述调节模块，用于逐渐降低所述第二供电源的供电电压直至关闭。
本实施方式提供了一种平滑并网方法。在所述第一供电源与所述第二供电源(即船舶供电系统)合并形成并网供电系统时通过逐渐降低所述第二供电源的供电电压直至关闭，使所述并网供电系统的只保留一个供电源(即所述第一供电源)。上述方法可以有效避免所述并网供电系统在并网时发生逆功率的问题。
在另一可选实施方式中，所述采集模块，还用于采集所述并网供电系统的第二电压值；
所述计算模块，还用于将所述第二电压值的每相电压分别与对应的参考值相减得到每相电压的变化值；
所述调节模块，还用于根据所述变化值调节所述第二电压值对应的相电压，以使所述变化值的绝对值小于标准值。
本实施方式提供了一种电压平稳稳压方法。通过调节所述第二电压值的每相电压分别与对应的参考值相减得到每相电压的变化值平衡系统内的电压。当其中一相电压负载过大时则会出现电压不平衡的问题。电压平稳稳压方法可以实现三相电压各自独立控制，根据每相用电线路的负载用电情况分别独立调节，从而保证了三相电压的电压平衡。
在另一可选实施方式中，所述计算模块还用于对所述第一电压值的每相电压执行傅里叶计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，还用于对所述第一电压值执行锁相环计算得到每相电压的实时电压波形相位。本实施方式提供了计算得到实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位的具体算法。
在另一可选实施方式中，所述计算模块还用于对调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位执行SVPWM调制得到输出电压。本实施方式提供了一种调制调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位的具体算法。
在另一可选实施方式中，本申请还提供了一种岸电系统，包括：
一第一供电源，用于输出第一电压值；
一控制器，用于采集所述第一供电源的所述第一电压值；根据所述第一电压值计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位；分别独立调节所述实时电压幅值和所述实时电压频率；根据调节后的所述实时电压幅值和所述实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压；
一整流单元，其与所述第一供电源电连接；
一逆变单元，其分别与所述整流单元和所述控制器电连接；
一变压器，其与所述逆变单元电连接，所述变压器上设置有一受电端口；
一第二供电源，其与所述受电端口对接实现并网形成并网供电系统。
岸电系统的主要作用在于实现第一供电源801(即在岸供电系统)与第二供电源901(即船舶供电系统)的并网，在本实施方式中控制器100用于将第一供电源801输出的所述第一电压值进行计算得到所述实时电压幅值和所述实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形，并且分别进行调整控制摆脱了现有技术中需要按比例调节所述输出电压的电压和频率的技术问题。同时本岸电系统还可以对输出的所述输出电压进行整流和逆变、变压处理最终输出到第二供电源901上使船舶的用电设备加以使用。具体而言，整流单元130可以采用二极管整流桥实现，既可以满足系统的性能要求成本也比较低廉。逆变单元140在380伏等低压逆变领域可以采用IGBT三相半桥的逆变方式，在6千伏以上的电压逆变领域可以采用多个低电压逆变单元140串联来实现，具体的方式是本领域技术人员可以轻易想到的，在此就不再赘述了。
在另一可选实施方式中，所述岸电系统，其还包括：
一第一滤波装置，其串联在所述第一供电源与所述整流单元之间；
一输入开关，其串联在所述第一供电源与所述第一滤波装置之间，用于连接或断开所述第一供电源与所述第一滤波装置的电连接；
一第二滤波装置，其串联在所述逆变单元与所述变压器之间；
一输出开关，其串联在所述变压器与所述受电端口之间，用于连接或断开所述变压器与所述受电端口的电连接。
在本实施方式完善了上述岸电系统，滤波实际为一可选步骤，但为了使所述输出电压的输出波形更加稳定才设置了滤波装置进行相应的处理。另外，在实际并网的过程中应在并网前断开输出开关701，在实现完对电压和频率的调节后再度闭合输出开关701完成电压平衡稳压方法和平滑并网方法。
在另一可选实施方式中，所述控制器包括一控制总线，其上电连接有一控制器供电单元、一计算处理单元、一信号反馈单元、一调制输出单元、一数字量I/O单元和一模拟量I/O单元，以及一对外通讯单元。本实施方式提供了一种控制器100的具体结构，用于二次开发和扩展。
在另一可选实施方式中，所述控制器包括：如上任一项所述的变频控制装置。
本申请还提供了一种变频控制装置，所述装置包括：处理器和存储器；
所述存储器中存储有可被所述处理器执行的应用程序，用于使得所述处理器执行所述的变频控制方法步骤。
因此，本发明实施方式还实现了一种基于处理器和存储器架构的变频控制装置，处理器可以执行如上任一项变频控制方法的步骤。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读指令用于执行如上任一项所述的变频控制方法的步骤。
因此，本发明实施方式还实现了一种计算机可读存储介质，存储于计算机可读存储介质中的计算机可读指令可以执行变频控制方法的步骤。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1为本发明实施方式中变频控制方法的示例性流程图；
图2为本发明另一实施方式中变频控制方法的示例性流程图；
图3为本发明另一实施方式中变频控制方法的示例性流程图；
图4为本发明实施方式中变频控制装置的示例性结构图；
图5为本发明实施方式中变频控制系统的示例性结构图；
图6为本发明实施方式中控制器的示例性结构图；
图7为本发明另一实施方式中变频控制装置的示例性结构图；
其中，附图标记如下：
标号 含义
102-108 步骤
202-204 步骤
302-306 步骤
401 采集模块
501 计算模块
601 调节模块
701 输出开关
801 第一供电源
901 第二供电源
100 控制器
1001 控制总线
1002 控制器供电单元
1003 计算处理单元
1004 信号反馈单元
1005 调制输出单元
1006 数字量I/O单元
1007 模拟量I/O单元
1008 对外通讯单元
110 输入开关
120 第一滤波装置
130 整流单元
140 逆变单元
150 第二滤波装置
160 变压器
1010 处理器
1020 存储器
具体实施方式
申请人发现现有技术中采用变频器进行变频，变频器会根据电机频率和电压之间的比例关系设计。在很多场景中并不适用，比如在岸发电设备的变频需要频率保持不变而电压根据工况进行具体的调整。
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。在表示各实施方式的附图中，相同的后两位数字表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。
为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
图1为本发明实施方式中变频控制方法的示例性流程图。如图1所示，在一可选实施方式中，本申请提供了一种变频控制方法，该方法包括：
步骤102，采集第一供电源的第一电压值；
在本步骤中所述第一电压值为交流多相电压。所述第一供电源在上述岸电的场景下是指在岸供电系统，所述第一供电源发出的电为交流三相电。需要指出的是本发明所申请的方法不限于三相电，同样适用于其他的交流多相电。
步骤104，根据所述第一电压值计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位；
在本步骤中需要指出的是本申请每相电压的计算采用的是通过处理器的方式进行计算。与现有技术相比大幅提高了执行速度以及响应时间，处理周期可以降低到50微秒到1毫秒。
步骤106，分别独立调节所述实时电压幅值和所述实时电压频率；
在本步骤中实现对所述实时电压幅值和所述实时电压频率进行单独的调节。在岸电场景下所述实时电压频率不发生改变，但是也可以根据具体的情况对其进行调节。调节的具体方式是本领域技术人员都可以想到的，在此就不再赘述了。
步骤108，根据调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压。
调节完成后的实时电压幅值和实时电压频率符合工况要求后，再与所述实时电压波形相位调制拟合后即为所需的所述输出电压。不同的交流多相电电压的波形相位不同，比如其中两相电的波形相位差为180度，而三相电的波形相位差为120度。
在本实施方式中提供了一种电压波形生成方法。以三相电的岸电领域为例，在现有技术中由于在变频器设计的过程中要遵循电机的运动规律(即近似恒磁通)。简言之，变频器需要使输出电压与输出频率成线性比例关系，而本申请的电压波形生成方法则不存在输出电压与输出频率的比例关系。本申请的目的在于首先将所述第一电压值的电压、频率，以及多相电压之间的波形相位相互剥离，单独去调节其中的电压和频率(电压即所述实时电压幅值，频率即所述实时电压频率)，所述实时电压幅值可以根据需要从0伏调节至额定电压值(如380伏、450伏、6.6千伏等)，所述实时电压频率同样可以根据具体情况由0赫兹调节到额定频率值(如50赫兹或60赫兹)。然后将调节后的电压和频率，以及剥离出来的波形相位重新拟合得到最终的所述输出电压。本方法的优点在于可以分别对所述第一电压值的电压值和频率进行独立调节实现对所述输出电压的电压值和频率的精确控制，更加符合岸电领域对所述输出电压的技术要求。完成上述步骤的周期可以降低到50微秒到1毫秒，具有每相负载变化时快速动态响应，完全满足岸电系统对电能质量严苛要求的优点。
图2为本发明另一实施方式中变频控制方法的示例性流程图。如图2所示，在另一可选实施方式中，所述根据调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压之后，该方法还包括：
步骤202，将所述第一供电源与第二供电源合并形成并网供电系统,。
本步骤中的所述第二供电源同样也是会进行发电，所述第一供电源与所述第二供电源实现电连接并网。在岸电场景中所述第二供电源设置在船舶上用于发电，当所述船舶靠岸时船舶上的所述第二供电源将与所述第一供电源实现并网形成一个统一的配电系统。
步骤204，逐渐降低所述第二供电源的供电电压直至关闭。
本步骤中当所述第一供电源与所述第二供电源合并后，所述并网供电系统内只有一个供电源。所以需要逐步降低所述第二供电源的供电电压以使述并网供电系统中只保留一个供电源防止逆功率的发生。
本实施方式提供了一种平滑并网方法，在岸电领域中船舶供电系统(即第二供电源)与在岸供电系统(即第一供电源)进行并网时均处于供电状态。在上述过程中所述第一供电源与所述第二供电源由于同时供电则会在所述并网供电系统中产生逆功率。为了解决上述问题需要逐渐减低所述第二供电源的供电电压直至关闭，采用平滑并网可以避免逆功率的产生实现平滑并网的控制。
图3为本发明另一实施方式中变频控制方法的示例性流程图。如图3所示，在另一可选实施方式中，所述将所述第一供电源与第二供电源合并形成并网供电系统之后，该方法还包括：
步骤302，采集所述并网供电系统的第二电压值。
在本步骤中基于所述并网供电系统采集其所述第二电压值，具体的方式与采集所述第一电压值相同。
步骤304，将所述第二电压值的每相电压分别与对应的参考值相减得到每相电压的变化值。
在本步骤中以三相电为例，A、B、C分别表示所述第二电压值的三相电。基于上述步骤对于A相电的算法可以将其表达为VA*(k)-VA(k)＝△VA。其中，VA*(k)为所述第二电压值的A相电压，VA(k)为A相电压对应的所述参考值。△VA则表示A相电的所述变化值。以此类推所述第二电压值的B、C相也采用同样的方法进行计算。
步骤306，根据所述变化值调节所述第二电压值对应的相电压，以使所述变化值的绝对值小于标准值。
在本步骤中需要一个所述标准值，所述变化值的绝对值应小于所述标准值，其目的在于确保所述第二电压值与预定的电压值差值维持在一个可允许的范围内起到平衡稳压的作用。
在本实施方式中提供了一种电压平稳稳压方法。以现有技术中的三相电压为例，为了遵循三相电机的运动规律，三相电压必须同时调高或调低。船舶上的用电设备由可能存在三相负载不平衡的问题，比如其中一相用电线路负载较重时，造成三相用电线路电压不平衡，影响三相用电设备(比如三相异步电机)的用电安全，现有技术输出三相电压的方式就不再适合应用场景。本申请可以实现三相电压各自独立控制，根据每相用电线路的负载用电情况分别独立调节，从而保证了三相电压的电压平衡。
在另一可选的实施方式中，所述根据所述第一电压值计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位包括：
对所述第一电压值的每相电压执行傅里叶计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率。
在本实施方式中提供了一种计算得到所述实时电压幅值和所述实时电压频率的具体算法。
对所述第一电压值执行锁相环计算得到每相电压的实时电压波形相位。
在本实施方式中提供了一种计算得到所述实时电压波形相位的具体算法。
在另一可选的实施方式中，所述根据调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压包括：
对调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位执行SVPWM调制得到输出电压。
本步骤提供了一种将调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位进行调制得到所述输出电压的具体算法。
基本原理与工作过程：
下面以岸电为例对上述方法进行详细的阐述。需要指出的是本申请的变频控制方法不限于岸电的使用场景仅仅是为了更好的解释本申请的技术方案。现有技术中的岸电一方面需要实现在岸发电设备(即本申请中的所述第一供电源)的变频。另外，对于所述并网供电系统还存在着功能相对固定，无法根据不同工况对电压等级或输出功率进行调节，只能重新对系统进行设计增加了设计成本和周期。另一方面需要实现船舶停靠时船上发电设备(即本申请中的所述第二供电源)的并网。当所述第一供电源与所述第二供电源并网时由于二者均处于发电状态所以会在系统(即本申请中的所述并网供电系统)中形成逆功率。影响所述第一供电源或者所述第二供电源的正常运行，如果处理不当会造成故障跳机，甚至烧毁。虽然现有技术中也可以采用四象限能量回馈结构的变流装置或者逆功率处理装置来解决并网过程中的逆功率问题，但是增加了至少一倍的设备成本和占地空间，同时增加了整套设备的故障率，提高了设备管理和维护的成本。
针对上述的问题通过本申请的变频控制方法均可以解决。首先采集所述第一供电源的所述第一电压值，所述第一电压值为多相交流电，对所述第一电压值每相电分别进行傅里叶计算得到所述实时电压幅值和所述实时电压频率，对所述第一电压值进行锁相环计算得到所述述第一电压值的实时电压波形相位。调节每相电的所述实时电压幅值和所述实时电压频率再通过与所述实时电压波形相位进行拟合得到所述输出电压，至此为所述输出电压的生成方法。现有技术中变频生成所述输出电压时，遵循多相电机的运行规律，采用近似恒磁通控制方法生成所需电压。所述所需电压的电压值和频率成线性比例关系。在固定输出50赫兹或者60赫兹时，电压值不能根据船舶负载的动态变化做调整，不适合作为交流电源给船舶供电。通过本申请的方法电压值和频率摆脱了比例关系的束缚，能够分别独立任意调节。在频率固定的条件下，电压值可以从零伏调节至额定电压(比较常用的额定电压值有380伏、450伏、6.6千伏等)
此后实现所述第一供电源与第二供电源合并形成并网供电系统，逐渐降低所述第二供电源的供电电压直至关闭。上述步骤属于平滑并网方法。
所述将所述第一供电源与第二供电源合并形成并网供电系统之后，采集所述并网供电系统的第二电压值，将所述第二电压值的每相电压分别与对应的参考值相减得到每相电压的变化值，根据所述变化值调节所述第二电压值对应的相电压，以使所述变化值的绝对值小于标准值。上述方法则属于多相电压的平衡稳压方法。现有技术中的调压方法，为了遵循三相电机的运行规律，三相电压必须同时调高或者同时调低，而船舶上采用的用电设备经常存在三相负载不平衡的问题。比如其中一相电路负载较重时该相用电线路电压偏低，进而造成三相用电线路电压不平衡，影响三相用电设备(比如三相异步电机)的安全。所以现有技术中的变频输出方式就不再合适。本申请的多相电压的平衡稳压方法可以实现三相电压各自独立控制，根据每相用电线路的负载用电情况分别独立调节，从而保证多相电压的平衡稳压。需要指出的是多相电压的每相电的调节方法相同。
图4为本发明实施方式中变频控制装置的示例性结构图。如图4所示，该变频控制装置，包括一采集模块401和一计算模块501、以及一调节模块601。
其中，所述采集模块401用于采集第一供电源801的第一电压值。
所述计算模块501用于根据所述第一电压值计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位。
所述调节模块601用于分别独立调节所述实时电压幅值和所述实时电压频率。所述计算模块501还用于根据调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压。
在另一可选实施方式中，还包括一输出开关701，所述输出开关701用于将所述第一供电源801与第二供电源合并形成并网供电系统。所述调节模块601用于逐渐降低所述第二供电源的供电电压直至关闭。
在另一可选实施方式中，所述采集模块401还用于采集所述并网供电系统的第二电压值。所述计算模块501还用于将所述第二电压值的每相电压分别与对应的参考值相减得到每相电压的变化值。所述调节模块601还用于根据所述变化值调节所述第二电压值对应的相电压以使所述变化值的绝对值小于标准值。
在另一可选实施方式中，所述计算模块501，还用于对所述第一电压值的每相电压执行傅里叶计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，以及对所述第一电压值执行锁相环计算得到每相电压的实时电压波形相位。
在另一可选实施方式中，所述计算模块501还用于对调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位执行SVPWM调制得到输出电压。
图5为本发明实施方式中变频控制系统的示例性结构图。如图5所示，在另一可选实施方式中，本申请还提供了一种岸电系统，包括一第一供电源801、一控制器100、一整流单元130、一逆变单元140和一变压器160，以及一第二供电源901。第一供电源801用于输出第一电压值。控制器100用于采集所述第一供电源801的所述第一电压值。根据所述第一电压值计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位。分别独立调节所述实时电压幅值和所述实时电压频率。根据调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压。整流单元130与第一供电源801电连接，逆变单元140分别与整流单元130和控制器100电连接，变压器160与逆变单元140电连接，变压器160上设置有一受电端口，第二供电源901与所述受电端口对接实现并网形成并网供电系统。通过控制器100对输入第二供电源901的电流实现反馈用于进一步调整并网后的所述并网供电系统。
岸电系统的主要作用在于实现第一供电源801(即在岸供电系统)与第二供电源901(即船舶供电系统)的并网，在本实施方式中控制器100用于将第一供电源801输出的所述第一电压值进行计算得到所述实时电压幅值和所述实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形，并且分别进行调整控制摆脱了现有技术中需要按比例调节所述输出电压的电压和频率的技术问题。同时本岸电系统还可以对输出的所述输出电压进行整流和逆变、变压处理最终输出到第二供电源901上使船舶的用电设备加以使用。具体而言，整流单元130可以采用二极管整流桥实现，既可以满足系统的性能要求成本也比较低廉。逆变单元140在380伏等低压逆变领域可以采用IGBT三相半桥的逆变方式，在6千伏以上的电压逆变领域可以采用多个低电压逆变单元140串联来实现，具体的方式是本领域技术人员可以轻易想到的，在此就不再赘述了。
在另一可选实施方式中，所述岸电系统还包括一第一滤波装置120、一输入开关110、一输入开关701和一第二滤波装置150，以及一输出开关701。第一滤波装置120串联在第一供电源801与整流单元130之间。输入开关110串联在第一供电源801与第一滤波装置120之间，用于连接或断开第一供电源801与第一滤波装置120的电连接。第二滤波装置150串联在逆变单元140与变压器160之间。输出开关701串联在变压器160与受电端口之间，用于连接或断开变压器160与受电端口的电连接。
在本实施方式完善了上述岸电系统，滤波实际为一可选步骤，但为了使所述输出电压的输出波形更加稳定才设置了滤波装置进行相应的处理。另外，在实际并网的过程中应在并网前断开输出开关701，在实现完对电压和频率的调节后再度闭合输出开关701完成电压平衡稳压方法和平滑并网方法。
图6为本发明实施方式中控制器的示例性结构图。如图6所示，在另一可选实施方式中，控制器100包括一控制总线1001，控制总线1001上电连接有一控制器供电单元1002、一计算处理单元1003、一信号反馈单元1004、一调制输出单元1005、一数字量I/O单元1006和一模拟量I/O单元1007，以及一对外通讯单元1008。其中，信号反馈单元1004用于采集电流信号反馈，调制输出单元1005与所述逆变单元电连接。控制器供电单元1002用于为控制器100的各个单元供电，可以接入交流220伏或者直流24伏等外部电源。所述计算处理单元1003用于数据处理和计算以及调制。信号反馈单元1004用于采集信号，如所述第一电压值和所述第二电压值。调制输出单元1005用于对所述逆变单元输出调制，控制所述逆变单元输出电压，且调制输出单元1005可以根据需要选择电接口的形式和光纤接口的形式输出。所述数字量I/O单元1006用于接收外部输入的数字量形式的控制信号，如控制开关闭合或断开的控制信号，以及信号的高电平、低电平等等均可以进行扩展，也可以用于对外部输出的控制信号，例如控制器100的状态信号。所述模拟量I/O单元1007用于接收外部输入的模拟量形式信号。如外部输入的控制量以4至20毫安电流的形式输入控制器100。同时也可以用于对外部输出模拟量形式的信号，比如以4至20毫安的形式输出控制器100供电单元内部温度等等。对外通讯单元1008用于实现与外部设备或控制系统的通讯，或者进行数据及控制信号的交换。比如连接外接的触摸屏、远端上位机等等。可以采用电接口或者光纤接口的以太网、串口(比如RS232或者RS485),可以实现有线或者无线通讯。能够采用的协议包括Modbus、PROFIBUS、Ethernet等。由此可以看出控制器100提供了后续二次开发和扩展的硬件基础。本实施方式提供了一种控制器100的具体结构。
在另一可选实施方式中，控制器100包括所述的变频控制装置。
图7为本发明另一实施方式中变频控制装置的示例性结构图。如图7所示，所述装置可包括处理器1010和存储器1020。
其中，存储器1020中存储有可被处理器1010执行的应用程序，用于使得处理器1010执行上述的变频控制方法的步骤。
在另一可选实施方式中，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读指令用于执行如所述的变频控制方法的步骤。
本发明还提供了一种机器可读的存储介质，存储用于使一机器执行如本文所述方法的指令。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施方式的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。此外，还可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作。还可以将从存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施方式中任一实施方式的功能。
用于提供程序代码的存储介质实施方式包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种变频控制方法，其特征在于，该方法包括：
采集第一供电源的第一电压值；
根据所述第一电压值计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位；
分别独立调节所述实时电压幅值和所述实时电压频率；
根据调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压。
2.根据权利要求1所述的变频控制方法，其特征在于，所述根据调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压之后，该方法还包括：
将所述第一供电源与第二供电源合并形成并网供电系统；
逐渐降低所述第二供电源的供电电压直至关闭。
3.根据权利要求2所述的变频控制方法，其特征在于，所述将所述第一供电源与第二供电源合并形成并网供电系统之后，该方法还包括：
采集所述并网供电系统的第二电压值；
将所述第二电压值的每相电压分别与对应的参考值相减得到每相电压的变化值；
根据所述变化值调节所述第二电压值对应的相电压，以使所述变化值的绝对值小于标准值。
4.根据权利要求1所述的变频控制方法，其特征在于，所述根据所述第一电压值计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位包括：
对所述第一电压值的每相电压执行傅里叶计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率；
对所述第一电压值执行锁相环计算得到每相电压的实时电压波形相位。
5.根据权利要求1所述的变频控制方法，其特征在于，所述根据调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压包括：
对调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位执行SVPWM调制得到输出电压。
6.变频控制装置，其特征在于，包括：
一采集模块，用于采集第一供电源的第一电压值；
一计算模块，用于根据所述第一电压值计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位；
一调节模块，用于分别独立调节所述实时电压幅值和所述实时电压频率；
所述计算模块，还用于根据调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压。
7.根据权利要求6所述的变频控制装置，其特征在于，还包括：
一输出开关，用于将所述第一供电源与第二供电源合并形成并网供电系统；
所述调节模块，用于逐渐降低所述第二供电源的供电电压直至关闭。
8.根据权利要求7所述的变频控制装置，其特征在于，
所述采集模块，还用于采集所述并网供电系统的第二电压值；
所述计算模块，还用于将所述第二电压值的每相电压分别与对应的参考值相减得到每相电压的变化值；
所述调节模块，还用于根据所述变化值调节所述第二电压值对应的相电压，以使所述变化值的绝对值小于标准值。
9.根据权利要求6所述的变频控制装置，其特征在于，
所述计算模块，还用于对所述第一电压值的每相电压执行傅里叶计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，还用于对所述第一电压值执行锁相环计算得到每相电压的实时电压波形相位。
10.根据权利要求6所述的变频控制装置，其特征在于，
所述计算模块，还用于对调节后的实时电压幅值和实时电压频率，以及所述实时电压波形相位执行SVPWM调制得到输出电压。
11.岸电系统，其特征在于，包括：
一第一供电源，用于输出第一电压值；
一控制器，用于采集所述第一供电源的所述第一电压值；根据所述第一电压值计算得到每相电压的实时电压幅值和实时电压频率，以及每相电压的实时电压波形相位；分别独立调节所述实时电压幅值和所述实时电压频率；根据调节后的所述实时电压幅值和所述实时电压频率，以及所述实时电压波形相位调制得到输出电压；
一整流单元，其与所述第一供电源电连接；
一逆变单元，其分别与所述整流单元和所述控制器电连接；
一变压器，其与所述逆变单元电连接，所述变压器上设置有一受电端口；
一第二供电源，其与所述受电端口对接实现并网形成并网供电系统。
12.根据权利要求11所述的岸电系统，其特征在于，其还包括：
一第一滤波装置，其串联在所述第一供电源与所述整流单元之间；
一输入开关，其串联在所述第一供电源与所述第一滤波装置之间，用于连接或断开所述第一供电源与所述第一滤波装置的电连接；
一第二滤波装置，其串联在所述逆变单元与所述变压器之间；
一输出开关，其串联在所述变压器与所述受电端口之间，用于连接或断开所述变压器与所述受电端口的电连接。
13.根据权利要求11或12所述的岸电系统，其特征在于，所述控制器包括：
一控制总线，其上电连接有一控制器供电单元、一计算处理单元、一信号反馈单元、一调制输出单元、一数字量I/O单元和一模拟量I/O单元，以及一对外通讯单元。
14.如权利要求11所述的岸电系统，其特征在于，所述控制器包括：如权利要求6至10中任一项所述的变频控制装置。
15.变频控制装置，其特征在于，所述装置包括：处理器和存储器；
所述存储器中存储有可被所述处理器执行的应用程序，用于使得所述处理器执行如权利要求1至5中任一项所述变频控制方法的步骤。
16.计算机可读存储介质，其特征在于，其中存储有计算机可读指令，该计算机可读指令用于执行如权利要求1至5中任一项所述变频控制方法的步骤。
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