CN111384712B - 局部短路时可正常使用的船舶直流组网电力系统的短路支撑方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种局部短路时可正常使用的船舶直流组网电力系统，包括与直流母线通过接入导线相连接的逆变模块，正负极接入导线上都设有熔断器，接入导线上在熔断器与逆变模块输入端之间有一个电压传感器的采集点A，逆变模块的输出端与负载电路的主断路器输入端相连接，逆变模块的输出端与主断路器输入端间设有一个交流电压传感器的采集点B，主断路器的输出端有一个交流电流传感器采集点C，直流电压传感器、交流电压传感器、以及交流电流传感器与控制模块电联接；主断路器与交流母线相连接，交流母线通过分流导线与各个用电负载模块相连接，分流导线上在用电负载模块也与交流母线间设有分断路器。本发明还公开了该系统的短路支撑方法。

Description

局部短路时可正常使用的船舶直流组网电力系统的短路支撑方法

技术领域

本发明涉及一种用于船舶的电气负载系统，尤其涉及一种局部短路时可正常使用的船舶直流组网电力系统及其短路支撑方法。

背景技术

对于船舶电力负载系统短路保护这一问题，传统方法是通过发电机组进行励磁处理，发电机励磁需要提供数倍的短路电流支撑才可以保证断路器可以短延时跳闸，由于短路时需要提供的电流较大，所以使用该方法不仅会影响船舶电力系统其他负载的正常使用，而且过大的支撑电流可能会导致发电机崩溃，造成更大的损失。因此短路支撑对船舶电力负载系统有着重要的理论和实现意义。

对现有的文献进行检索后研究发现，中国专利申请号为CN201310215544.5的专利公开了“一种提高电网暂态电压支撑能力的网源稳态调压优化方法”，该方法是通过发电机与电容调节达到系统稳压的效果；对于高度冗余的船舶电力系统，当负载发生短路需要的支撑电流过大而超过了发电机和电容所能调节的范围，导致一系列电力系统的安全问题，因此对于船舶电力系统的短路支撑需要一种更加稳定更加安全的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种局部短路时可正常使用的船舶直流组网电力系统的短路支撑方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种局部短路时可正常使用的船舶直流组网电力系统的短路支撑方法，其中，直流组网电力系统包括与直流母线通过接入导线相连接的逆变模块，正负极接入导线上都设有熔断器，接入导线上在熔断器与逆变模块输入端之间有一个接入用于检测负载电路上直流段的电压值的电压传感器的采集点A，逆变模块的输出端与负载电路的主断路器输入端相连接，逆变模块的输出端与主断路器输入端间设有一个用于接入采集逆变后的输出交流电压值的交流电压传感器的采集点B，主断路器的输出端有一个用于接入采集输出的交流电流值的交流电流传感器采集点C，直流电压传感器、交流电压传感器、以及交流电流传感器与控制模块电联接；主断路器与交流母线相连接，交流母线通过分流导线与船舶电力系统中的各个用电负载模块相连接，分流导线上在用电负载模块也与交流母线间设有分断路器；

短路支撑方法的具体步骤如下：

(a).首先对负载电路中各个参数进行预设，并将各个参数输入进控制模块中；其参数设置如下：A点所测直流母线电压V_DC，B点处采集的实时交流电压V₁，C点处采集的实时交流电流I₁，短路预警电流I_max，断路器断开电流I_断，断开路器断开电压V_AC断，额定电流I_额，负载电路中额定电压V_AC额；

(b).当负载电力系统正常运行并无发生短路情况时，此时负载电路中所检测的额定电压如下式所示：

V_AC额＝2V_DCD(t)                    (1)

式中D(t)为占空比函数，占空比函数如下式(2)：

D(t)＝0.5(Asin(ω_t+1))                   (2)

式中A为调制深度，ω_t为相位；

由上述式(1)、(2)得出负载侧交流电压V_AC额与直流组网V_DC关系如下式(3)所示：

V_AC额＝V_DCAsin(ω_t+1)                    (3)

(c).当t₁时刻负载电路中发生短路故障，C点的电流传感器检测到I₁>I_额；直到t₂时刻，B点的电压传感器检测到V₁＝V_额且C点的电流传感器检测到I₁>I_max时，控制模块确认为负载系统中某处发生短路故障并开始进行负载短路支撑保护，使负载电路电压降低以保护电力负载系统的安全同时不影响其他直流母线上的模块，具体为：控制模块根据式(3)V_AC额＝V_DCAsin(ω_t+1)，将调制深度A设置为0，由此改变逆变模块中的占空比，使负载电路的电压V₁＝0；

(d).在t₃时，此时控制模块检测到B点的电压传感器与C点处的电流传感器的值都为0，控制模块开始对负载电路进行升压：根据式(3)，控制模块将调制深度设为A₁，在t₄时刻时，B点的电压传感器检测到V₁＝V_AC断＝V_DCA₁sin(ω_t+1)<V_AC额，当C点的电流传感器检测到的交流电流I₁＝I_AC断，电压达到V_AC断时，此时负载系统中短路处的断路器在I_AC断的情况下通过热效应断开；

(e).在t₅时刻，短路处的断路器断开后，主控制模块调节新的调制深度A₂；在t₆时刻，当B点的电压传感器V₁＝V_AC额，C点的电流传感器I₁＝I_AC额’时，表明负载系统正常工作，由此完成对突发短路情况的短路支撑以及故障隔离。

本发明的有益效果是：当船舶电力系统中某处发生短路时，电力系统通过短路支撑可以立刻隔绝短路源，避免因为某处短路导致整个船舶电力系统的瘫痪，提高了系统的安全性以及冗余性。由于船舶电力系统庞大且复杂，当事后对短路处进行维修时可以定点排除故障从而节约大量时间。

附图说明

图1是本发明的船舶直流组网电力系统示意图。

图2是负载系统电流电压变化示意图。

图3是短路支撑方法流程图。

图中：直流组网1，熔断器2，直流电压传感器3，逆变模块4，交流电压传感器5，交流电流传感器6，控制模块7，主断路器8，交流母线9，分断路器10，分断路器11，分断路器12。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。

如图1所示，一种局部短路时可正常使用的船舶直流组网1电力系统，包括与直流母线通过接入导线相连接的逆变模块4，正负极接入导线上都设有熔断器2，接入导线上在熔断器2与逆变模块4输入端之间有一个接入用于检测负载电路上直流段的电压值的电压传感器的采集点A，逆变模块4的输出端与负载电路的主断路器8输入端相连接，逆变模块4的输出端与主断路器8输入端间设有一个用于接入采集逆变后的输出交流电压值的交流电压传感器5的采集点B，主断路器8的输出端有一个用于接入采集输出的交流电流值的交流电流传感器6采集点C，直流电压传感器3、交流电压传感器5、以及交流电流传感器6与控制模块7电联接；主断路器8与交流母线9相连接，交流母线9通过分流导线与船舶电力系统中的各个用电负载模块相连接，分流导线上在用电负载模块也与交流母线9间设有分断路器10、11、12。

如图2-3所示，上述船舶直流组网1电力系统的短路支撑方法步骤如下：

(a).首先对负载电路中各个参数进行预设，并将各个参数输入进控制模块7中；其参数设置如下：A点所测直流母线电压V_DC，B点处采集的实时交流电压V₁，C点处采集的实时交流电流I₁，短路预警电流I_max，断路器断开电流I_断，断开路器断开电压V_AC断，额定电流I_额，负载电路中额定电压V_AC额；

(b).当负载电力系统正常运行并无发生短路情况时，此时负载电路中所检测的额定电压如下式所示：

V_AC额＝2V_DCD(t)                    (1)

式中D(t)为占空比函数，占空比函数如下式(2)：

D(t)＝0.5(Asin(ω_t+1))                   (2)

式中A为调制深度，ω_t为相位；

由上述式(1)、(2)得出负载侧交流电压V_AC额与直流组网1V_DC关系如下式(3)所示：

V_AC额＝V_DCAsin(ω_t+1)                    (3)

(c).当t₁时刻负载电路中发生短路故障，C点的电流传感器检测到I₁>I_额；直到t₂时刻，B点的电压传感器检测到V₁＝V_额且C点的电流传感器检测到I₁>I_max时，控制模块7确认为负载系统中某处发生短路故障并开始进行负载短路支撑保护，使负载电路电压降低以保护电力负载系统的安全同时不影响其他直流母线上的模块，具体为：控制模块7根据式(3)V_AC额＝V_DCAsin(ω_t+1)，将调制深度A设置为0，由此改变逆变模块4中的占空比，使负载电路的电压V₁＝0；

(d).在t₃时，此时控制模块7检测到B点的电压传感器与C点处的电流传感器的值都为0，控制模块7开始对负载电路进行升压：根据式(3)，控制模块7将调制深度设为A₁，在t₄时刻时，B点的电压传感器检测到V₁＝V_AC断＝V_DCA₁sin(ω_t+1)<V_AC额，当C点的电流传感器检测到的交流电流I₁＝I_AC断，电压达到V_AC断时，此时负载系统中短路处的断路器在I_AC断的情况下通过热效应断开；

(e).在t₅时刻，短路处的断路器断开后，主控制模块7调节新的调制深度A₂；在t₆时刻，当B点的电压传感器V₁＝V_AC额，C点的电流传感器I₁＝I_AC额’时，表明负载系统正常工作，由此完成对突发短路情况的短路支撑以及故障隔离。

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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 (1)

1.一种局部短路时可正常使用的船舶直流组网电力系统的短路支撑方法，其中，直流组网电力系统包括与直流母线通过接入导线相连接的逆变模块，正负极接入导线上都设有熔断器，接入导线上在熔断器与逆变模块输入端之间有一个接入用于检测负载电路上直流段的电压值的电压传感器的采集点A，逆变模块的输出端与负载电路的主断路器输入端相连接，逆变模块的输出端与主断路器输入端间设有一个用于接入采集逆变后的输出交流电压值的交流电压传感器的采集点B，主断路器的输出端有一个用于接入采集输出的交流电流值的交流电流传感器采集点C，直流电压传感器、交流电压传感器、以及交流电流传感器与控制模块电联接；主断路器与交流母线相连接，交流母线通过分流导线与船舶电力系统中的各个用电负载模块相连接，分流导线上在用电负载模块也与交流母线间设有分断路器；

短路支撑方法的具体步骤如下：

(a).首先对负载电路中各个参数进行预设，并将各个参数输入进控制模块中；其参数设置如下：A点所测直流母线电压V_DC，B点处采集的实时交流电压V₁，C点处采集的实时交流电流I₁，短路预警电流I_max，断路器断开电流I_断，断开路器断开电压V_AC断，额定电流I_额，负载电路中额定电压V_AC额；

(b).当负载电力系统正常运行并无发生短路情况时，此时负载电路中所检测的额定电压如下式所示：

V_AC额＝2V_DCD(t)                    (1)

式中D(t)为占空比函数，占空比函数如下式(2)：

D(t)＝0.5(Asin(ω_t+1))                   (2)

式中A为调制深度，ω_t为相位；

由上述式(1)、(2)得出负载侧交流电压V_AC额与直流组网V_DC关系如下式(3)所示：

V_AC额＝V_DCAsin(ω_t+1)                    (3)

(c).当t₁时刻负载电路中发生短路故障，C点的电流传感器检测到I₁>I_额；直到t₂时刻，B点的电压传感器检测到V₁＝V_额且C点的电流传感器检测到I₁>I_max时，控制模块确认为负载系统中某处发生短路故障并开始进行负载短路支撑保护，使负载电路电压降低以保护电力负载系统的安全同时不影响其他直流母线上的模块，具体为：控制模块根据式(3)V_AC额＝V_DCAsin(ω_t+1)，将调制深度A设置为0，由此改变逆变模块中的占空比，使负载电路的电压V₁＝0；

(d).在t₃时，此时控制模块检测到B点的电压传感器与C点处的电流传感器的值都为0，控制模块开始对负载电路进行升压：根据式(3)，控制模块将调制深度设为A₁，在t₄时刻时，B点的电压传感器检测到V₁＝V_AC断＝V_DCA₁sin(ω_t)<V_AC额，当C点的电流传感器检测到的交流电流I₁＝I_AC断，电压达到V_AC断时，此时负载系统中短路处的断路器在I_AC断的情况下通过热效应断开；

(e).在t₅时刻，短路处的断路器断开后，主控制模块调节新的调制深度A₂；在t₆时刻，当B点的电压传感器V₁＝V_AC额，C点的电流传感器I₁＝I_AC额’时，表明负载系统正常工作，由此完成对突发短路情况的短路支撑以及故障隔离。

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