CN110875606B - 一种柴网储混成式电源装置能量调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柴网储混成式电源装置能量调控系统，具体包括：输入端交流电源、输入端变压器、多脉波不控整流模块、直流母线缓启动模块、双向DC‑DC变换模块、三相逆变桥模块、三相输出滤波器模块、负载和主控制器模块；所述输入端交流电源、输入变压器、多脉波不控整流模块、直流母线缓启动模块、三相逆变桥模块、三相输出滤波器模块、负载依次电性连接；所述直流母线缓启动模块与双向DC‑DC变换模块电性连接；所述双向DC‑DC变换模块和三相逆变桥模块与所述主控制器模块电性连接；所述输入端变压器与负载电性连接；本发明的有益效果是：通过一套系统将岸电、柴电、蓄电池三种供电模式协调控制，完成电网供电工况、柴电供电工况、蓄电池供电工况和蓄电池充电工况。

Description

一种柴网储混成式电源装置能量调控系统

技术领域

本发明涉及电力电子设备领域，尤其涉及一种柴网储混成式电源装置能量调控系统。

背景技术

港口以往停靠码头的船舶必须一天24小时采用船舶辅机发电，以满足船舶用电的需求，辅机在工作中燃烧大量的油料，排除大量的废气，同时24小时不间断地产生噪声等污染。船用燃料在燃烧过程中会向大气排放硫氧化物(SOX)、氮氧化物(NOX)和颗粒物(PM)，这些排放物将对生态系统造成严重影响，并对人类的健康产生不利影响。船舶靠港大气污染物排放占整个港口排放的60％～80％，对港口周边环境影响较大。为解决这一问题，目前的解决方法就是采用岸电系统，避免船舶停靠码头时不再依赖于辅机，而是采用码头岸电系统提供能源。

我国制定了《船舶与港口污染防治专项行动实施方案(2015～2020年)》，它是依据《大气污染防治法》《港口法》《国内水路运输管理条例》《船舶和海上设施检验条例》等有关法律、行政法规的规定以及我国加入的国际公约等制定的。新规要求，具备岸电(以下没有特别说明，岸电就是专指港区陆地电力系统，简称电网)受电设施的船舶，在沿海船舶大气污染物排放控制区内具备岸电供应能力的泊位停泊超过3小时，或者在内河船舶大气污染物排放控制区内具备岸电供应能力的泊位停泊超过2小时，且不使用有效替代措施的，应当使用岸电。要求码头工程项目单位、港口经营人、国内水路运输经营者、码头岸电经营人、船舶等应当落实国家生态文明建设和大气污染防治有关法律法规、政策标准的要求，建设岸电和受电设施，按规定供应和使用岸电，并接受负有监督管理职责部门的监督检查，如实提供有关情况和资料。不按要求建设和使用岸电设施的，交通运输管理部门有权责令限期改正。

港口提供岸电的功率应该能够保证满足船舶停泊后所必须的全部电力设备用电需求，包括：生产设备以及生活设施、安全设备和其它设备。港口(提供岸电)和靠港船舶(接受岸电)各自都专门带有一套岸电系统。船舶靠港使用岸电和低硫油具有很大的社会效益，理想状态下也能实现经济效益，而环保高压下使用岸电和低硫油也是大势所趋。

大量调研与科研实践表明，我国港区陆地电力系统与船电还是存在显著差异性：

第一，电制不同。大多采用三相四线制380V/50Hz的交流电，而停靠码头的船舶由于来自不同国家，船舶电制存在明显差异，大多以三相三线制440V/60Hz的交流电为主，这势必造成港区电制与船舶电制的不一致。

第二，交流幅值相异。岸电大多采用低压440V供电，而对于大型船舶而言，由于船上各种电气设备负荷较大，如果采用低压供电，在输送功率一定的情况下，流过电缆的电流较大，要求码头提供多根电缆对大型船舶输送岸电。电缆拖接困难、难度大，且过长的低压电缆导致电力损耗较大。

第三，切换与连接的差异性问题突出。如果船电向岸电切换过程中，船舶岸电开关没有断开，就会出现岸电电源和船舶辅机短时并联运行，此时如果辅机并联运行条件不满足，就会造成船电向岸电切换过程中的非同期合闸，极易引发事故。当然，还包括连接件标准不同，不能直接相连，而必须采用转接头，既增加转换成本，还埋置了不安全、可靠性低等隐患。

第四，其它如相序、不停电切换、岸电连接点的选择、设备的能量管理等问题，也是不容小觑的。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的不足，提供一种柴网储混成式电源装置能量调控系统，其将港区陆地电力系统(简称电网)、柴油发电机(又称辅机)、蓄电池三种电源模式协调控制，实现几种典型的供电模式，即电网模式、发电机模式、蓄电池模式、手动维修模式、自动旁路模式和充电模式。

本发明所采用的柴网储混成式电源装置能量调控系统，具体包括：

输入端交流电源、输入端变压器、多脉波不控整流模块、直流母线缓启动模块、双向DC-DC变换模块、三相逆变桥模块、三相输出滤波器模块、负载和主控制器模块；

所述输入端交流电源包括电网电源和柴油发电机电源，用于为一种柴网储混成式电源装置能量调控系统提供电网电源和柴油发电机电源；所述输入端变压器包括旁路变压器和多脉波变压器，所述旁路变压器用于在旁路工作时提供旁路变压器，所述多脉波变压器为所述三相逆变桥模块工作时所需的直流电源提供多脉波变压器；所述多脉波不控整流模块，用于向所述三相逆变桥模块提供直流电源；所述直流母线缓启动模块，用于避免获取输入端剑流电源时产生的强电流损坏电力电子器件；所述三相逆变桥模块，接受来自多脉波不控整流模块的直流电源，用于将直流转换为交流；所述三相输出滤波器模块，用于改善所述三相逆变桥模块输出波形的质量，降低高频电力电子器件带来的电磁干扰；所述主控制器模块，以ARM芯片为核心处理器，用于根据预设的的模式协调控制电网、柴油发电机和蓄电池三种电源切换进行供电或蓄电池充电；所述预设的模式，包括电网模式、发电模式、蓄电池模式、手动维修模式、自动旁路模式和充电模式；

所述输入端交流电网电源经由开关S_1与所述输入端变压器相连，所述柴油发电机电源经由开关S_2与所述输入端变压器相连；所述多脉波变压器的输出端与所述多脉波不控整流模块的输入端相连接；所述多脉波不控整流模块通过所述直流母线缓启动模块与所述双向DC-DC变换模块电性相连；所述直流母线缓启动模块与所述三相逆变桥模块电性相连；所述三相逆变桥模块通过接线端子T₁₆～T₁₈与所述三相输出滤波器模块电性连接；所述三相输出滤波器模块通过开关S_5与所述负载电性连接；所述输入端变压器还通过开关S_6和开关S_4与所述负载电性连接；所述双向DC-DC变换模块和三相逆变桥模块还与所述主控制器模块电性连接。

进一步地，所述直流母线缓启动模块包括开关S_3、缓启动电阻R_D1和直流支撑电容C_D1；所述三相输出滤波器模块包括三相滤波电感L_F和三相滤波电容C_F。

进一步地，所述一种柴网储混成式电源装置能量调控系统，还包括：测试模块；测试模块具体包括电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3、柴油发电机电源的输出端电压测试模块V_IN4～V_IN6、旁路变压器输出端电压测试模块V₁～V₃、三相输出滤波器模块的输出端电压测试模块V₄～V₆、流入三相交流负载的电流测试模块I₁～I₃、直流母线的电压测试模块V_D1、直流母线的电流测试模块I_D1、蓄电池端的电压测试模块V_D2和蓄电池端的电流测试模块I_D2。

进一步地，所述电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3为电压互感器或者霍尔电压传感器；所述柴油发电机电源的输出端电压测试模块V_IN4～V_IN6为电压互感器或者霍尔电压传感器；所述旁路变压器输出端电压测试模块V₁～V₃为电压互感器或者霍尔电压传感器；所述三相输出滤波器模块的输出端电压测试模块V₄～V₆为电压互感器或者霍尔电压传感器；所述流入三相交流负载的电流测试模块I₁～I₃为电流互感器或者霍尔电流传感器；所述直流母线的电压测试模块V_D1和所述蓄电池端的电压测试模块V_D2为霍尔电压传感器；所述直流母线的电流测试模块I_D1和所述蓄电池端的电流测试模块I_D2为霍尔电流传感器。

进一步地，所述双向DC-DC变换模块和三相逆变桥模块还与所述主控制器模块电性连接；其中所述主控制器模块将指令脉冲T_Q1传送到双向DC-DC变换模块，用于触发所述双向DC-DC变换模块；所述双向DC-DC变换模块将表示其健康状态的脉冲T_F1发送至所述主控制器模块；所述主控制器模块将指令脉冲T_Q2传送至所述三相逆变桥模块，用于触发所述三相逆变桥模块；所述三相逆变桥模块将表示其健康状态的脉冲T_F2发送至所述主控制器模块。

进一步地，开关S_1为接电网电源的三相自动交流开关，具体为接触器或者功率开关；开关S_2为接柴油发电机电源的三相自动交流开关，具体为接触器或者功率开关；开关S_3为缓启动开关，具体为继电器或者功率开关；开关S_4为接旁路变压器输出端的三相自动交流开关，具体为接触器或者功率开关；开关S_5为接三相逆变桥模块输出端的三相自动交流开关，具体为接触器或者功率开关；开关S_6为接旁路变压器输出端的三相手动交流开关，为空气开关。

进一步地，所述电网模式，由电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3判断电网电压是否正常，如果正常，则由电网电源充当电源装置的交流输入电源；否则，启动发电模式；

所述发电模式，由柴油发电机电源的输出点电压测试模块V_IN4～V_IN6，判断柴油发电机电压是否正常，如果正常，由柴油发电机充当电源装置的交流输入电源；否则，所述主控制器模块控制柴网储混成式电源装置进入蓄电池供电模式；

所述蓄电池模式，由蓄电池端电压测试模块V_D2判断蓄电池电压是否正常，如果正常，由蓄电池充当电源装置的直流输入电源；否则，所述主控制器模块控制柴网储混成式电源装置进入停电模式；

所述手动维修模式，具体为，当所述三相逆变桥模块出现故障时，由电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3判断电网电压是否正常或者由柴油发电机电源的输出端电压测试模块V_IN4～V_IN6判断柴油发电机电压是否正常，如果电网电压和柴油发电机电压其中之一正常，且当主控制器模块没有接收到来自三相逆变桥模块的健康状态脉冲时，则所述主控制器模块控制柴网储混成式电源装置进入手动维修模式；如果电网电压和柴油发电机电压均不正常，则所述主控制器模块控制柴网储混成式电源装置进入停电模式；

所述自动旁路模式，具体为当所述三相逆变桥模块出现故障时，由电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3判断电网电压是否正常、或者由柴油发电机电源的输出端电压测试模块V_IN4～V_IN6判断柴油发电机电压是否正常，如果电网电压和柴油发电机电压其中之一正常，且当主控制器模块接收到来自三相逆变桥模块的健康状态脉冲时，则所述主控制器模块控制柴网储混成式电源装置进入自动旁路模式；

所述充电模式，由蓄电池端电压测试模块V_D2判断蓄电池电压是否欠压，如果欠压需要充电时，由电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3判断电网电压是否正常、或者由柴油发电机电源的输出端电压测试模块V_IN4～V_IN6判断柴油发电机电压是否正常，如果电网电压和柴油发电机电压其中之一正常，且当V_{D2_L}>V_D2时，则所述主控制器模块控制柴网储混成式电源装置进入充电模式；如果电网电压和柴油发电机电压均不正常，且V_D2>V_{D2_H}时，则禁止充电模式；禁止充电模式后，装置中所述双向DC-DC变换模块处于空闲状态。

进一步地，电网电压正常，具体指：V_{IN1_L}<V_IN1<V_{IN1_H}且V_{IN2_L}<V_IN2<V_{IN2_H}且V_{IN3_L}<V_IN3<V_{IN3_H}，其中V_{IN1_L}～V_{IN3_L}和V_{IN1_H}～V_{IN3_H}均为预设的阈值；柴油发电机电压正常，具体指：V_{IN4_L}<V_IN4<V_{IN4_H}且V_{IN5_L}<V_IN5<V_{IN5_H}且V_{IN6_L}<V_IN6<V_{IN6_H}，其中V_{IN4_L}～V_{IN6_L}和V_{IN4_H}～V_{IN6_H}均为预设的阈值；蓄电池电压正常，具体指：V_{D2_L}<V_D2<V_{D2_H}，所述V_{D2_L}和V_{D2_H}为预设值；所述停电模式，指整个柴网储混成式电源装置停止运行，处于断电状态。

所示指令脉冲T_Q1用于触发所述双向DC-DC变换模块；所述指令脉冲T_F1用于表示所述双向DC-DC变换模块的健康状态；所述指令脉冲T_Q2用于触发所述三相逆变桥模块；所述指令脉冲T_F2用于表示所述三相逆变桥模块的健康状态。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：通过一套系统将岸电、柴电、蓄电池三种供电模式协调控制，完成电网供电工况、柴电供电工况、蓄电池供电工况和蓄电池充电工况。

附图说明

图1是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的多脉波不控整流模块的结构示意图；，其中2-2表示多脉波变压器；3-1表示由4个三相不控整流桥组成的多脉波不控整流模块；3-2表示第一级平衡电感，它包含电感L₁～L₄；3-3表示第二级平衡电感，它包含电感L₅和L₆。

图3是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的主控制器模块的结构示意图；其中CPU是以ARM芯片STM32F417系列为例构建。

图4是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的典型模式的结构示意图；它包含电网模式、发电机模式、蓄电池模式、手动维修模式、自动旁路模式和充电模式

图5是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的典型工况示意图；它包含电网供电工况、柴油发电机工况、蓄电池供电工况、蓄电池充电工况。

图6是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的电网模式的流程示意图；

图7是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的蓄电池模式的流程示意图；

图8是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的发电机模式的流程示意图；

图9是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的发电机模式的输入端变压器的集成变压器结构示意图；其中，2-1表示旁路变压器；2-2表示多脉波变压器，它们共用原边绕组。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

图1是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括输入端交流电源1(其中，1-1表示电网电源；1-2表示柴油发电机电源)；输入端变压器2(其中，2-1表示旁路变压器；2-2表示多脉波变压器)；多脉波多脉波不控整流模块3；直流母线缓启动模块4(由缓启动开关S_3、缓启动电阻R_D1、直流支撑电容C_D1组成)；双向DC-DC变换模块5(由功率开关Q_B1和Q_B2、电感L_B1、电容C_B1和蓄电池V_B组成)；三相逆变桥模块6(可以是三电平逆变桥模块，也可以是两电平逆变桥模块)；三相输出滤波器模块7(由三相滤波电感L_F和三相滤波电容C_F组成)；三相交流负载8；主控制器模块9。如图1所示，输入端交流电网电源1-1经由接线端子T₁～T₃接电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3，输入端柴油发电机电源1-2经由接线端子T₂₈～T₃₀接柴油发电机电源的输出端电压测试模块V_IN4～V_IN6；电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3与柴油发电机电源的输出端电压测试模块V_IN4～V_IN6经接线端子T₄～T₆与T₃₁～T₃₃，分别与开关S_1与S_2的输入端相连。三相自动交流开关S_1经接线端子T₇～T₉与多脉波变压器2-2的输入端相连，多脉波变压器2-2的输出端与多脉波不控整流模块3的输入端相连接，多脉波不控整流模块3的+输出端与直流母线的电流测试模块I_D1的输入端相连，直流母线的电流测试模块I_D1的输出端经接线端子T₁₃与直流母线缓启动模块4中的缓启动开关S_3的输入端相连接，缓启动开关S_3的输出端接支撑电容C_D1的正极，支撑电容C_D1的负极接双向DC-DC变换模块5中功率开关Q_B2的T_E2脚，电容正极同时经接线端子T₁₅接直流母线的电压测试模块的输入端，控整流模块3的-输出端经接线端子T₁₄与支撑电容的负极相连，缓启动电阻R_D1并联在缓启动开关S_3的两端。缓启动开关S_3的输入端经接线端子T₁₃与功率开关Q_B1的T_C1脚相连，功率开关Q_B1的T_E1脚与功率开关Q_B2的T_C2脚相连，功率开关Q_B2的T_E2脚与蓄电池的负极相连。功率开关Q_B1的T_E1脚与T_C1脚之间并联一个二极管，阳极接T_E1脚，阴极接T_C1脚，功率开关Q_B2的T_E2脚与T_C2脚之间并联一个二极管，阳极接T_E2脚，阴极接T_C2脚。功率开关Q_B1的T_E1脚与功率开关Q_B2的T_C2脚接电感L_B1一端，另一端接蓄电池端的电压测试模块V_D2的输入端，蓄电池端的电压测试模块V_D2的输入端接电容C_B1的正极，电容C_B1的正极接蓄电池端的电流测试模块I_D2的输出端，蓄电池端的电流测试模块I_D2的输入端接蓄电池的正极，电容C_B1的负极与蓄电池端的电压测试模块V_D2的输出端均接蓄电池负极。支撑电容C_D1的正极经接线端子T₁₅与直流母线的电压测试模块V_D1的输入端相连，支撑电容C_D1的负极与直流母线的电压测试模块V_D1的输出端相连。直流母线的电压测试模块V_D1的输入端与输出端分别并接在三相逆变桥模块6的输入正极与负极之间，三相逆变桥模块6的三相输出端通过接线端子T₁₆～T₁₈分别按相序与三相输出滤波器模块7的三相滤波电感L_F的一端连接，三相滤波电感L_F的另一端分别与三相滤波电容C_F的一端连接，同时按相序与三相输出滤波器模块的输出端电压测试模块V₄～V₆的输入端连接，三相输出滤波器模块的输出端电压测试模块V₄～V₆的另一端与三相自动交流开关S_5的输入端连接，三相滤波电容C_F的另一端按照Y型连接。三相自动交流开关S_1经接线端子T₁₀～T₁₂与旁路变压器2-1的输入端相连，旁路变压器2-1的输出端经接线端子T₁₉～T₂₁与旁路变压器输出端电压测试模块V₁～V₃的输入端相连接，旁路变压器输出端电压测试模块V₁～V₃的输出端经接线端子T₂₂～T₂₄与旁路变压器输出端三相自动交流开关S_4和旁路变压器输出端三相手动交流开关S_6的输入端相连接，旁路变压器输出端三相自动交流开关S_4和旁路变压器输出端三相手动交流开关S_6的输出端按相序与三相自动交流开关S_5按相序并接同时按照相序一起与流入三相交流负载的电流测试模块I₁～I₃的输入端连接，流入三相交流负载的电流测试模块I₁～I₃的输出端与三相交流负载8相连接。主控制器模块9将触发双向DC-DC变换模块5的指令脉冲T_Q1传送到双向DC-DC变换模块5，双向DC-DC变换模块5将表示其健康状态的脉冲T_F1发送至主控制器模块9。主控制器模块9将触发三相逆变桥模块6的指令脉冲T_Q2传送到三相逆变桥模块6，三相逆变桥模块6将表示其健康状态的脉冲T_F2发送至主控制器模块9。

如图2所示，输入端交流电网电源1-1经由接线端子T₁～T₃接电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3，输入端柴油发电机电源1-2经由接线端子T₂₈～T₃₀接柴油发电机电源的输出端电压测试模块V_IN4～V_IN6；电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3与柴油发电机电源的输出端电压测试模块V_IN4～V_IN6经接线端子T₄～T₆与T₃₁～T₃₃，分别与三相自动交流开关S_1与S_2的输入端相连。三相自动交流开关S_1经接线端子T₇～T₉与多脉波变压器2-2的输入端原方线圈N₀相连，次级线圈分为四个三角形连接线圈N₁～N₄，线圈N₁的三端接口P₁～P₃分别接熔断器FU₁～FU₃的输入端，线圈N₂的三端接口P₄～P₆分别接熔断器FU₄～FU₆的输入端，线圈N₃的三端接口P₇～P₉分别接熔断器FU₇～FU₉的输入端，线圈N₄的三端接口P₁₀～P₁₂分别接熔断器FU₁₀～FU₁₂的输入端。3-1表示由4个三相不控整流桥Z₁～Z₄组成的多脉波不控整流模块。熔断器FU₁～FU₃的输入端接三相不控整流桥Z₁的输入端，熔断器FU₄～FU₆的输入端接三相不控整流桥Z₂的输入端，熔断器FU₇～FU₉的输入端接三相不控整流桥Z₃的输入端，熔断器FU₁₀～FU₁₂的输入端接三相不控整流桥Z₄的输入端。3-2表示第一级平衡电感，它包含电感L₁～L₄，3-3表示第二级平衡电感，它包含电感L₅和L₆。三相不控整流桥Z₁的输出端正极R₁与第一级平衡电感L₁的输入端连接，三相不控整流桥Z₂的输出端正极R₂与第一级平衡电感L₂的输入端连接，L₁与L₂的输出端与第二级平衡电感L₅的输入端相连接；三相不控整流桥Z₃的输出端正极R₃与第一级平衡电感L₃的输入端连接，三相不控整流桥Z₄的输出端正极R₄与第一级平衡电感L₄的输入端连接，L₃与L₄的输出端与第二级平衡电感L₆的输入端相连接。电感L₅和L₆的输出端经接线端子T₁₃与直流母线缓启动模块4的正极相连接，三相不控整流桥Z₁、Z₂、Z₃、Z₄的输出端负极R₂、R₄、R₆、R₈连接同时与直流母线缓启动模块4的负极相连接。

图3是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的主控制器模块的结构示意图。主控制器模块9中的芯片A₁的第105脚、第109脚、第110脚、第133脚和第25脚接编程接口J₁，芯片A₁的第138脚接电阻R₁₄的一端，电阻R₁₄的另一端接地线GND2，芯片A₁的第6脚接电源UDD，芯片A₁的第6脚接电容C₁₄的一端，电容C₁₄的另一端接地线GND2，芯片A₁的第33脚接电感L₂的一端，电感L₂的另一端接电源US2+，芯片A₁的第33脚同时接电容C₁₃的正极，电容C₁₃的负极接地线GND2，电容C₁₂的一端与芯片A₁的第33脚相连，电容C₁₂的另一端接地线GND2，芯片A₁的第33脚接电源UDD，芯片A₁的第31脚接地线GND2，芯片A₁的第121脚接电源US2+，电容C₁₁的一端与芯片A₁的第121脚相连，电容C₁₁的另一端接地线GND2，芯片A₁的第23脚接电容C₂₁的一端，电容C₂₁的另一端接地线GND2，芯片A₁的第24脚接电阻R₁₅的一端，电阻R₁₅的另一端接电容C₂₀的一端，电容C₂₀的另一端接地线GND2，晶振Y₁的外壳接地线GND2，晶振Y₁的一端接芯片A₁的第23脚，晶振Y₁的另一端接电容C₂₀的一端，电容C₂₀的另一端接地线GND2，芯片A₁的第106脚接电容C₁₉的一端，电容C₁₉的另一端接地线GND2，芯片A₁的第71脚接电容C₁₈的一端，电容C₁₈的另一端接地线GND2，芯片A₁的第143脚接电容C₁₁的一端，电容C₁₁的另一端接地线GND2，芯片A₁的第143脚接电感L₃的一端，电感L₃的另一端接电源US2+，电容C₁₇的一端接电源US2+，电容C₁₇的另一端接地线GND2，芯片A₁的第8脚接电容C₁₆的一端，电容C₁₆的另一端接地线GND2，芯片A₁的第9脚接电容C₁₅的一端，电容C₁₅的另一端接地线GND2，晶振Y₂的一端接芯片A₁的第8脚，晶振Y₂的另一端接芯片A₁的第9脚，芯片A₁的第120脚接地线GND2。芯片A₁的67和40脚分别通过接线端子N₁与N₂作为传送到双向DC-DC变换模块的触发指令脉冲的发送引脚，芯片A₁的44和46脚分别通过接线端子N₃与N₄作为来自双向DC-DC变换模块的健康状态脉冲的接收引脚，芯片A₁的28、26、35、36、37、40与41引脚分别通过接线端子N₁-N7作为传送到三相逆变桥模块的触发指令脉冲的发送引脚，芯片A₁的140、139、136和135脚分别通过接线端子N₁₂-N₁₅作为来自三相逆变桥模块的健康状态脉冲的接收引脚。

图4是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的模式示意图。如图4所示，依据本系统的工作特点可以分为6种典型工作模式，具体为：

模式1：利用电网经过整流、逆变模块直接给负载供电的电网模式；

模式2：利用柴油发电机经过整流、逆变模块直接给负载供电的发电机模式；

模式3：在蓄电池电量不足时，利用电网或者发电机经过整流模块与充电电路给蓄电池充电的充电模式；

模式4：在电网与柴油发电机同时不能工作时，利用蓄电池给负载供电的电池模式；

模式5：在电力变换模块发生故障时，通过电网或发电机经由自动旁路切换开关直接给负载供电的自动旁路模式；

模式6：在电力变换模块发生故障且需要进行维修时，通过电网或发电机经由手动旁路切换开关直接给负载供电的手动维修模式；

图5是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的事件示意图。如图5所示，依据本系统的工作特点可以分为4项事件，具体为：

事件1：在电网供电工况下给交流负载供电；

事件2：在柴油发电机供电工况下给交流负载供电；

事件3：在蓄电池工况下给交流负载供电；

事件4：在电网或柴油发电机供电工况下给蓄电池组充电；

图6是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的第一工作模式的流程示意图。如图6所示，其工作流程为：

步骤1：判断设备是否处于电网模式，如果是“否”，则直接返回；如果是“是”，则转为步骤2。

步骤2：判断电网电压是否正常，如果是“否”，则转为步骤3；如果是“是”，则进行判断柴油发电机是否已启动，如果是“否”，则直接返回，如果是“是”，则将柴油发电机停机。

步骤3：判断蓄电池电压是否正常，如果是“否”，则转为步骤4，如果是“是”，则设备切换到蓄电池模式。

步骤4：判断柴油发电机是否已启动，如果是“否”，则启动柴油发电机；如果是“是”，则转为步骤5。

步骤5：判断柴油发电机是否启动超时或输出电压异常，如果是“否”，则设备切换到发电机模式；如果是“是”，则设备告警。

图7是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的第二工作模式的流程示意图。如图7所示，其工作流程简述如下：

步骤1：判断设备是否处于蓄电池模式，如果是“否”，则直接返回，如果是“是”，则转为步骤2。

步骤2：判断电网电压是否正常，如果是“否”，则转为步骤3，如果是“是”，则设备切换到电网模式。

步骤3：判断柴油发电机是否已经启动，如果是“否”，则启动柴油发电机，而后转为步骤5；如果是“是”，则转为步骤4。

步骤4：判断柴油发电机输出电压是否正常，如果是“否”，则转为步骤5；如果是“是”，则设备切换到发电机模式。

步骤5：判断蓄电池电压是否正常，如果是“否”，则系统告警；如果是“是”，则直接返回。

图8是本发明实施例的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统的发电机模式的流程示意图。如图8所示，其工作流程简述如下

步骤1：判断设备是否处于发电机模式，如果是“否”，则直接返回，如果处于发电机模式时，转为步骤2。

步骤2：判断电网电压是否正常，如果是“否”，转为步骤3，如果是“是”，设备切换到电网模式。

步骤3：判断柴油发电机输出电压是否正常，如果是“否”，转为步骤4，如果是“是”，则直接返回。

步骤4：判断蓄电池电压是否正常，如果是“否”，则系统告警，如果是“是”，则设备切换到蓄电池模式。

如图1所示，三相自动交流开关S_1、S_2、S_4和S_5优选为交流接触器或者功率开关，用于接通或断开交流电。该交流接触器或者功率开关，可以根据充电系统的具体容量酌情选择采购；三相自动交流开关S_3优选为功率开关，可依据其所需的具体容量选择采购。三相手动交流开关S_6优选为空开，可依据其所需的具体容量选择采购。

如图1所示，双向DC-DC变换模块4的功率开关Q_B1和Q_B2，优选IGBT或者MOS管子，不过，需要依据其所需的具体容量选择采购。

如图2所示，多脉波变压器2-2是一种实施例，图中原边三相绕组为三角形，副边三相绕组也为三角形，这只是一种实施例，也可以根据实际需求，原边三相绕组为三角形，副边绕组为三角形和Y型。

如图3所示，主控制器模块9的芯片A₁，可选择STM32F417系列的ARM芯片，是ST(意法半导体)推出的以基于

Cortex^TM-M4为内核的其采用了90纳米的NVM工艺和ART(自适应实时存储器加速器，Adaptive Real-Time Memory Accelerator^TM)的高性能微控制器，可达到168MHz。由于它集成了新的DSP和FPU指令，168MHz的高速性能使得数字信号控制器应用，快速的产品开发达到了新的水平，且能提升控制算法的执行速度和代码效率。由于采用了STM32F417系列的ARM芯片，它集成了多达7重AHB总线矩阵和多通道DMA控制器，支持程序执行和数据传输并行处理，数据传输速率非常快。

如图9所示，2-1表示旁路变压器，2-2表示多脉波变压器，为了节约尺寸，可以将旁路变压器与多脉波变压器采用集成结构，即它们共用原边的三相绕组。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：通过一套系统将岸电、柴电、蓄电池三种供电模式协调控制，完成电网供电工况、柴电供电工况、蓄电池供电工况和蓄电池充电工况。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中各装置位于图中以及设备相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (8)

1.一种柴网储混成式电源装置能量调控系统，其特征在于：具体包括：

输入端交流电源(1)、输入端变压器(2)、多脉波不控整流模块(3)、直流母线缓启动模块(4)、双向DC-DC变换模块(5)、三相逆变桥模块(6)、三相输出滤波器模块(7)、负载(8)和主控制器模块(9)；

所述输入端交流电源(1)包括电网电源(1-1)和柴油发电机电源(1-2)，用于为一种柴网储混成式电源装置能量调控系统提供电网电源和柴油发电机电源；所述输入端变压器(2)包括旁路变压器(2-1)和多脉波变压器(2-2)，所述旁路变压器(2-1)用于在旁路工作时提供旁路变压器，所述多脉波变压器(2-2)为所述三相逆变桥模块(6)工作时所需的直流电源提供多脉波变压器；所述多脉波不控整流模块(3)，用于向所述三相逆变桥模块(6)提供直流电源；所述直流母线缓启动模块(4)，用于避免获取输入端剑流电源时产生的强电流损坏电力电子器件；所述三相逆变桥模块(6)，接受来自多脉波不控整流模块(3)的直流电源，用于将直流转换为交流；所述三相输出滤波器模块(7)，用于改善所述三相逆变桥模块(6)输出波形的质量，降低高频电力电子器件带来的电磁干扰；所述主控制器模块(9)，以ARM芯片为核心处理器，用于根据预设的模式协调控制电网、柴油发电机和蓄电池三种电源切换进行供电或蓄电池充电；所述预设的模式，包括电网模式、发电模式、蓄电池模式、手动维修模式、自动旁路模式和充电模式；

所述电网电源(1-1)经由开关S_1与所述输入端变压器(2)相连，所述柴油发电机电源(1-2)经由开关S_2与所述输入端变压器(2)相连；所述多脉波变压器(2-2)的输出端与所述多脉波不控整流模块(3)的输入端相连接；所述多脉波不控整流模块(3)通过所述直流母线缓启动模块(4)与所述双向DC-DC变换模块(5)电性相连；所述直流母线缓启动模块(4)与所述三相逆变桥模块(6)电性相连；所述三相逆变桥模块(6)通过接线端子T₁₆～T₁₈与所述三相输出滤波器模块(7)电性连接；所述三相输出滤波器模块(7)通过开关S_5与所述负载(8)电性连接；所述输入端变压器(2)还通过开关S_6和开关S_4与所述负载(8)电性连接；所述双向DC-DC变换模块(5)和三相逆变桥模块(6)还与所述主控制器模块(9)电性连接；

所述电网模式，由电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3判断电网电压是否正常，如果正常，则由电网电源充当电源装置的交流输入电源；否则，启动发电模式；

所述发电模式，由柴油发电机电源的输出点电压测试模块V_IN4～V_IN6，判断柴油发电机电压是否正常，如果正常，由柴油发电机充当电源装置的交流输入电源；否则，所述主控制器模块(9)控制柴网储混成式电源装置进入蓄电池供电模式；

所述蓄电池模式，由蓄电池端电压测试模块V_D2判断蓄电池电压是否正常，如果正常，由蓄电池充当电源装置的直流输入电源；否则，所述主控制器模块(9)控制柴网储混成式电源装置进入停电模式；

所述手动维修模式，具体为，当所述三相逆变桥模块(6)出现故障时，由电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3判断电网电压是否正常或者由柴油发电机电源的输出端电压测试模块V_IN4～V_IN6判断柴油发电机电压是否正常，如果电网电压和柴油发电机电压其中之一正常，且当主控制器模块(9)没有接收到来自三相逆变桥模块(6)的健康状态脉冲时，则所述主控制器模块(9)控制柴网储混成式电源装置进入手动维修模式；如果电网电压和柴油发电机电压均不正常，则所述主控制器模块(9)控制柴网储混成式电源装置进入停电模式；

所述自动旁路模式，具体为当所述三相逆变桥模块(6)出现故障时，由电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3判断电网电压是否正常、或者由柴油发电机电源的输出端电压测试模块V_IN4～V_IN6判断柴油发电机电压是否正常，如果电网电压和柴油发电机电压其中之一正常，且当主控制器模块(9)接收到来自三相逆变桥模块(6)的健康状态脉冲时，则所述主控制器模块(9)控制柴网储混成式电源装置进入自动旁路模式；

所述充电模式，由蓄电池端电压测试模块V_D2判断蓄电池电压是否欠压，如果欠压需要充电时，由电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3判断电网电压是否正常、或者由柴油发电机电源的输出端电压测试模块V_IN4～V_IN6判断柴油发电机电压是否正常，如果电网电压和柴油发电机电压其中之一正常，且当V_{D2_L}>V_D2时，则所述主控制器模块(9)控制柴网储混成式电源装置进入充电模式；如果电网电压和柴油发电机电压均不正常，且V_D2>V_{D2_H}时，则禁止充电模式；禁止充电模式后，装置中所述双向DC-DC变换模块(5)处于空闲状态。

2.如权利要求1所述的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统，其特征在于：

所述直流母线缓启动模块(4)包括开关S_3、缓启动电阻R_D1和直流支撑电容C_D1；所述三相输出滤波器模块(7)包括三相滤波电感L_F和三相滤波电容C_F。

3.如权利要求1所述的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统，其特征在于：

所述一种柴网储混成式电源装置能量调控系统，还包括：测试模块；测试模块具体包括电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3、柴油发电机电源的输出端电压测试模块V_IN4～V_IN6、旁路变压器输出端电压测试模块V₁～V₃、三相输出滤波器模块的输出端电压测试模块V₄～V₆、流入三相交流负载的电流测试模块I₁～I₃、直流母线的电压测试模块V_D1、直流母线的电流测试模块I_D1、蓄电池端的电压测试模块V_D2和蓄电池端的电流测试模块I_D2。

4.如权利要求3所述的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统，其特征在于：

所述电网电源的输出端电压测试模块V_IN1～V_IN3为电压互感器或者霍尔电压传感器；所述柴油发电机电源的输出端电压测试模块V_IN4～V_IN6为电压互感器或者霍尔电压传感器；所述旁路变压器输出端电压测试模块V₁～V₃为电压互感器或者霍尔电压传感器；所述三相输出滤波器模块的输出端电压测试模块V₄～V₆为电压互感器或者霍尔电压传感器；所述流入三相交流负载的电流测试模块I₁～I₃为电流互感器或者霍尔电流传感器；所述直流母线的电压测试模块V_D1和所述蓄电池端的电压测试模块V_D2为霍尔电压传感器；所述直流母线的电流测试模块I_D1和所述蓄电池端的电流测试模块I_D2为霍尔电流传感器。

5.如权利要求1所述的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统，其特征在于：

所述双向DC-DC变换模块(5)和三相逆变桥模块(6)还与所述主控制器模块(9)电性连接；其中所述主控制器模块(9)将指令脉冲T_Q1传送到双向DC-DC变换模块(5)，用于触发所述双向DC-DC变换模块(5)；所述双向DC-DC变换模块(5)将指令脉冲T_F1发送至所述主控制器模块(9)；所述主控制器模块(9)将指令脉冲T_Q2传送至所述三相逆变桥模块(6)，用于触发所述三相逆变桥模块(6)；所述三相逆变桥模块(6)将指令脉冲T_F2发送至所述主控制器模块(9)。

6.如权利要求2所述的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统，其特征在于：

开关S_1为接电网电源的三相自动交流开关，具体为接触器或者功率开关；开关S_2为接柴油发电机电源的三相自动交流开关，具体为接触器或者功率开关；开关S_3为缓启动开关，具体为继电器或者功率开关；开关S_4为接旁路变压器输出端的三相自动交流开关，具体为接触器或者功率开关；开关S_5为接三相逆变桥模块输出端的三相自动交流开关，具体为接触器或者功率开关；开关S_6为接旁路变压器输出端的三相手动交流开关，为空气开关。

7.如权利要求1所述的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统，其特征在于：电网电压正常，具体指：V_{IN1_L}<V_IN1<V_{IN1_H}且V_{IN2_L}<V_IN2<V_{IN2_H}且V_{IN3_L}<V_IN3<V_{IN3_H}，其中V_{IN1_L}～V_{IN3_L}和V_{IN1_H}～V_{IN3_H}均为预设的阈值；柴油发电机电压正常，具体指：V_{IN4_L}<V_IN4<V_{IN4_H}且V_{IN5_L}<V_IN5<V_{IN5_H}且V_{IN6_L}<V_IN6<V_{IN6_H}，其中V_{IN4_L}～V_{IN6_L}和V_{IN4_H}～V_{IN6_H}均为预设的阈值；蓄电池电压正常，具体指：V_{D2_L}<V_D2<V_{D2_H}，所述V_{D2_L}和V_{D2_H}为预设值；所述停电模式，指整个柴网储混成式电源装置停止运行，处于断电状态。

8.如权利要求5所述的一种柴网储混成式电源装置能量调控系统，其特征在于：所示指令脉冲T_Q1用于触发所述双向DC-DC变换模块(5)；所述指令脉冲T_F1用于表示所述双向DC-DC变换模块(5)的健康状态；所述指令脉冲T_Q2用于触发所述三相逆变桥模块(6)；所述指令脉冲T_F2用于表示所述三相逆变桥模块(6)的健康状态。

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