CN111525606A - 一种基于双闭环控制船舶岸基供电系统无缝并网控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于双闭环控制船舶岸基供电系统无缝并网控制方法，采用双闭环控制技术，通过在岸电系统的隔离变压器前测和隔离变压器后侧实时监测变频电源输出电流的变化以及输出的电压变化，当电流、电压变化超过相应的值时，采用变频电源软件控制、调整岸电电源的输出电压，实现变压器空载投切励磁涌流控制、逆功率稳定控制以及负载转移稳定控制。本发明能实现船舶岸电受电系统与船舶岸电系统无缝并网，且控制效果好。
Description
技术领域
本发明涉及岸电连船供电技术领域，特别是涉及一种基于双闭环控制船舶岸基供电系统无缝并网控制方法。
背景技术
在岸电连船过程中，部分8万吨级以下的集装箱船舶属于低压400V50Hz或者450V60Hz船舶，在船舶靠港期间，为了满足大容量岸电送到船上，减少人员操作和电缆的数量，船舶采用了6kV50Hz或6.6kV60Hz高压岸电上船方式，船上增加一个降压变压器实现调压；此时因船舶岸电受电系统电气设计与船舶岸电系统无缝并网的设计需求，要求岸电系统具备如下功能：
1.变压器只能在船电与岸电并网之前进行空载投切使用。变压器空载投切时候会产生励磁涌流，根据以往的变压器投切方式，若有励磁涌流产生，在前端电网容量足够大时只需要改变一下断路器的过流保护，多投切几次，便可将变压器投上，但是在现有的船舶岸电供电系统中，岸电系统具有一套固定容量的变频电源，岸电电源容量基本和船舶降压变压器容量相差不多，此时因变频电源为电力电子元器件，无法像普通电网一样直接接受变压器空载投切的励磁涌流，变压器投切若不做处理，则岸电系统无法实现给船舶供电。
2.岸电系统与船舶发电机无缝并网时，岸电系统能够保证不被船舶发电机逆工，确保岸电系统在并网过程中的安全；
3.岸电系统与船舶发电机并网成功以后，能够实现船舶发电机负载稳定的转移到岸电系统，并在负载转移过程中，保证电网系统稳定，不会产生冲击。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种基于双闭环控制船舶岸基供电系统无缝并网控制方法，其特征在于，
采用双闭环控制技术，通过在岸电系统的隔离变压器前测和隔离变压器后侧实时监测变频电源输出电流的变化以及输出的电压变化，当电流、电压变化超过相应的值时，采用变频电源软件控制、调整岸电电源的输出电压，实现变压器空载投切励磁涌流控制、逆功率稳定控制以及负载转移稳定控制。
其中，所述变压器空载投切励磁涌流控制是指，当检测到输出电流超出岸电电源2倍时，岸电电源启动涌流控制技术，通过调整岸电电源的输出电压，确保变压器投切启动时候不会处于磁饱和阶段，不出现尖峰涌流，从而实现变压器软起。
其中，所述逆功率稳定控制是指，在岸电系统并网瞬间，通过两个采样点实时采集的电流输出及方向对比，实时检测岸电系统输出，通过变频电源快速相应性，确保岸电系统输出功率恒大于零，岸电相位始终超前于船舶相位，保证岸电系统并网顺利进行。
其中，所述负载转移稳定控制是指，在岸电系统负载转移过程中，通过监测两个采样点在负载转移过程中实时电压与电流变化情况，确保岸电系统的输出电压和频率不会因为负载的变化出线下跌，而是保持在有差控制曲线内，保证岸电连船过程中负载稳定转移，不产生冲击，确保岸电系统并网顺利进行。
本发明通过本发明岸电系统双闭环控制技术具有如下有益效果：
1.变压器投切不会对岸电系统造成影响，确保岸电连船顺利进行，保证岸电设备安全稳定。确保了岸电连船的安全，每次岸电连船变压器投切均是一次成功，不需要有第二次投切；变压器不产生涌流了，系统稳定性直接提升；
2.岸电系统并网和解列过程中不再产生逆工，丛根源上解决了逆功率所带来的安全性问题，实现岸电系统的并网稳定控制；
3.岸电系统并网和解列过程中负载转移稳定，不会有因为负载冲击导致连船失败问题。
附图说明
图1是本发明所应用的船舶岸电系统的电路原理图；
图2-5分别是图1的局部放大电路图；
图6是本发明的双闭环控制原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。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。
如图1-6所示，本发明在船舶岸电系统设计是采用双闭环控制技术，通过在岸电系统的采样点1位置(隔离变压器前测)和采样点2位置(隔离变压器后侧)实时监测变频电源输出电流的变化以及输出的电压变化，当电流、电压变化超过相应的值时，采用变频电源软件控制、调整岸电电源的输出电压，解决岸电系统连船过程中的问题，包括变压器空载投切励磁涌流控制、逆功率稳定控制、负载转移稳定控制。
具体的，如下说明：
1.变压器空载投切励磁涌流采用变频电源软件控制，当输出电流超出岸电电源2倍时候，岸电电源启动涌流控制技术，通过调整岸电电源的输出电压，确保变压器投切启动时候不会处于磁饱和阶段，不出现尖峰涌流，从而实现变压器软起，变压器投切不会对岸电系统造成影响，确保岸电连船顺利进行，保证岸电设备安全稳定。
8万吨以下集装箱舶舶主配电板为440V/60Hz，岸电采用高压上船，船舶并网之前有一个大容量(2MVA-4MVA)变压器空载投切，投切时候的激磁涌流为变压器额定电流的6-8倍，若不处理，将会对岸电电源造成巨大冲击，直接影响电源系统安全。变压器空载投切时候，变频电源无法快速保护用电，投切直接过流保护直接，影响变频电源寿命；若变频电源保护不及时则变频电源直接被击穿。
本发明通过在连船的过程中变压器空载投切励磁涌流采用变频电源软件控制，通过在岸电系统的采样点1位置(隔离变压器前测)和采样点2位置(隔离变压器后侧)实时监测变频电源输出电流的变化以及输出的电压变化，当输出电流超出岸电电源2倍时候，岸电电源启动涌流控制技术，通过调整岸电电源的输出电压，确保变压器投切启动时候不会处于磁饱和阶段，不出现尖峰涌流，从而实现变压器软起，变压器投切不会对岸电系统造成影响，确保岸电连船顺利进行，保证岸电设备安全稳定
2.逆功率稳定控制：在岸电系统并网瞬间，通过两个采样点实时采集的电流输出及方向对比，实时检测岸电系统输出，通过变频电源快速相应性，确保岸电系统输出功率恒大于零，岸电相位始终超前于船舶相位，保证岸电系统并网顺利进行。
在并网阶段，由船舶发电机进行主动并网，其检测变频电源的输出状态，来调整发电机的状态，与变频电源进行匹配，各并网要素完全满足后主动并网及负载转移，负载转移完成后自断切断输出侧，此时船舶负载的供电完全转移至变频电源侧。但在并网过程中，岸电变频电源的频率以及电压不能立即与船舶发电系统同步，所以该阶段存在产生逆功率的可能性。在负载转移过程中若岸电电源特性与船舶柴油发电机特性不匹配也可能发生逆功率问题。
在解列阶段，岸电与发电机解列过程中，船舶配电断路器无法及时脱扣，出现过度解列引起功率的反向流动。
具体的，本发明针对上述的逆功率，采用全软件控制：全软件控制需要硬件的支持，需要采集岸电系统输出侧的电压，采集点有两个：第一：隔离变压器的输出侧加装0.69KV抽头；第二：变频电源输出侧。这两个点的测量数据同时反馈至主控系统进行测算，岸电的逆功率控制基于两个点：输出侧功率的流向和功率单元的母线电压。通过快速的微调输出电压的相位及幅值将逆功率控制住，保证变频电源的有功输出为正，同时岸电电源系统同时检测岸电电源和船电电源情况，针对电源输出做相应的调整，比如针对相位差调整频率，针对电压差调整幅值，不会产生因为逆功率的控制使得负载无法进行转移的情况。
3.负载转移稳定控制：在岸电系统负载转移过程中，通过监测两个采样点在负载转移过程中实时电压与电流变化情况，确保岸电系统的输出电压和频率不会因为负载的变化出线下跌，而是保持在有差控制曲线内，保证岸电连船过程中负载稳定转移，不产生冲击，确保岸电系统并网顺利进行。
在岸电系统与船舶并网成功以后，船舶原有柴油发电机负载需要转移到岸电电源，负载转移的过程由船舶发电机进行控制，正常的转移过程需要10-15秒，船舶发电机通过调整相位，慢慢降低发电机的带载，由所带负载慢慢降到0，岸电电源则在船舶发电机减载过程中慢慢加载，从0开始慢慢上升直到将发电机所有负载转接过来。
因不同船舶配电板厂家不同，故在并网过程中，不同船舶负载转移方式也有差别，不论是船舶发电机以何种方式进行负载转移，岸电电源具有与柴油发电机相匹配的特性，保证负载转移稳定；
其中负载转移过程中会存在以下问题：负载转移不稳定会造成逆功；PMS(船上调速控制系统)与调速器的协调性能差，负载无法顺利转移；不正常解列与并网导致的负载转移冲击大。
船舶发电机有两种工作模式，模式一是工作在有差特性下，此时柴油发电机的电压和频率会随着负载的变化而变化；模式二是工作在无差特性下，此时柴油发电机的电压和频率不会随着负载的变化而变化；在岸电连船并网过程中，随着船舶的不同，两种模式均有可能和岸电实现并网。
针对船舶发电机的工作模式，本发明岸电系统设计是，将岸电电源的工作模式针对发电机的特性做了调整，将岸电电源的设计为仿真发电机的有差特性，通过方案调整，岸电系统与船舶并网和负载转移均一次成功，确保了岸电系统的并网稳定性。岸电电源增加有差控制以后，岸电电源的特性与船舶柴油发电机特性完全匹配，负载转移稳定。
附图中图形符号说明如下：
工作原理,参见图6所示：
自电网配电系统50HZ电能，经过输入变压器转换成符合船舶岸基供电系统中变频电源需求的电质，经过DL(进线开关)，进入变频电源6中。变频电源输出船舶所需电质。在输出隔离变压器7(升压变压器)副边的1处(即图6中)。进行电压采样，将信号送至变频电源控制系统。进而控制变频电源6的2处(即图6中)工作状态，达到调节、稳定电压目的。当采样电压值偏高于设定值，变频电源降低自身输出电压，即1处电压降低。反之亦然。保证输出电压稳定。针对船舶自身供电系统，当船舶岸基供电系统在运行过程中，控制系统模拟电压补偿曲线，从而进行电压补偿。
其中，所述船舶岸电系统，参考图1-5所示，包括船舶岸基供电系统，通过船舶受电系统连接实现供电，其中，所述船舶受电系统包括船舶高压柜11、船舶降压变压器12、船舶配电及设备13构成，为现有技术。其中，所述船舶岸基供电系统如图1-5所示，包括有所用变柜1、所用变线进柜2、10kv变线进柜3、预冲柜4、降压变压器5、变频电源6、升压变压器7、岸电电源总输出装置8、高压馈线柜一9、高压馈线柜一10。
其中，所述变频电源6包括有进线开关(DL)，LCL滤波模块，整流模块，逆变模块以及LC滤波模块，它们之间依次顺序电连接，实现对输出的电流进行相应的处理后输出。
通过本发明岸电系统双闭环控制技术具有如下有益效果：
1.变压器投切不会对岸电系统造成影响，确保岸电连船顺利进行，保证岸电设备安全稳定。确保了岸电连船的安全，每次岸电连船变压器投切均是一次成功，不需要有第二次投切；变压器不产生涌流了，系统稳定性直接提升；
2.岸电系统并网和解列过程中不再产生逆工，丛根源上解决了逆功率所带来的安全性问题，实现岸电系统的并网稳定控制；
3.岸电系统并网和解列过程中负载转移稳定，不会有因为负载冲击导致连船失败问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于双闭环控制船舶岸基供电系统无缝并网控制方法，其特征在于，
采用双闭环控制技术，通过在岸电系统的隔离变压器前测和隔离变压器后侧实时监测变频电源输出电流的变化以及输出的电压变化，当电流、电压变化超过相应的值时，采用变频电源软件控制、调整岸电电源的输出电压，实现变压器空载投切励磁涌流控制、逆功率稳定控制以及负载转移稳定控制。
2.根据权利要求1所述基于双闭环控制船舶岸基供电系统无缝并网控制方法，其特征在于，所述变压器空载投切励磁涌流控制是指，当检测到输出电流超出岸电电源2倍时，岸电电源启动涌流控制技术，通过调整岸电电源的输出电压，确保变压器投切启动时候不会处于磁饱和阶段，不出现尖峰涌流，从而实现变压器软起。
3.根据权利要求1所述基于双闭环控制船舶岸基供电系统无缝并网控制方法，其特征在于，所述逆功率稳定控制是指，在岸电系统并网瞬间，通过两个采样点实时采集的电流输出及方向对比，实时检测岸电系统输出，通过变频电源快速相应性，确保岸电系统输出功率恒大于零，岸电相位始终超前于船舶相位，保证岸电系统并网顺利进行。
4.根据权利要求1所述基于双闭环控制船舶岸基供电系统无缝并网控制方法，其特征在于，所述负载转移稳定控制是指，在岸电系统负载转移过程中，通过监测两个采样点在负载转移过程中实时电压与电流变化情况，确保岸电系统的输出电压和频率不会因为负载的变化出线下跌，而是保持在有差控制曲线内，保证岸电连船过程中负载稳定转移，不产生冲击，确保岸电系统并网顺利进行。
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