CN114104870B - 一种海洋布放回收系统的电控系统 - Google Patents
一种海洋布放回收系统的电控系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114104870B CN114104870B CN202111388439.2A CN202111388439A CN114104870B CN 114104870 B CN114104870 B CN 114104870B CN 202111388439 A CN202111388439 A CN 202111388439A CN 114104870 B CN114104870 B CN 114104870B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- control
- current
- direct current
- driving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004744 fabric Substances 0.000 title abstract description 9
- 238000004064 recycling Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 38
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 30
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 29
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 238000000819 phase cycle Methods 0.000 claims description 4
- 230000001012 protector Effects 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
- B65H75/00—Storing webs, tapes, or filamentary material, e.g. on reels
- B65H75/02—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks
- B65H75/34—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks specially adapted or mounted for storing and repeatedly paying-out and re-storing lengths of material provided for particular purposes, e.g. anchored hoses, power cables
- B65H75/38—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks specially adapted or mounted for storing and repeatedly paying-out and re-storing lengths of material provided for particular purposes, e.g. anchored hoses, power cables involving the use of a core or former internal to, and supporting, a stored package of material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
- B65H75/00—Storing webs, tapes, or filamentary material, e.g. on reels
- B65H75/02—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks
- B65H75/34—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks specially adapted or mounted for storing and repeatedly paying-out and re-storing lengths of material provided for particular purposes, e.g. anchored hoses, power cables
- B65H75/38—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks specially adapted or mounted for storing and repeatedly paying-out and re-storing lengths of material provided for particular purposes, e.g. anchored hoses, power cables involving the use of a core or former internal to, and supporting, a stored package of material
- B65H75/44—Constructional details
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working
Abstract
本发明公开了一种海洋布放回收系统的电控系统，涉及海洋装置控制技术领域，该海洋布放回收系统的电控系统包括整流模块、能量控制模块、主控制模块、分别与主控制模块连接的配电系统、排缆驱动模块、卷筒驱动模块、绞车、起重驱动模块、起重设备和姿态传感器；配电系统的输入侧与船电电源连接；整流模块的直流侧分别通过排缆驱动模块与绞车中的排缆系统连接、通过卷筒驱动模块与绞车中的卷筒连接和通过起重驱动模块连接与起重设备中的运动机构连接；能量控制模块的一端与整流模块的直流侧连接，另一端与配电系统的输出侧连接。上述电控系统实现了能量共享，减少了能量损失，提高了系统效能，同时提高了系统功率因数和回馈能量利用率。
Description
技术领域
本发明涉及海洋装置控制技术领域，尤其涉及一种海洋布放回收系统的电控系统。
背景技术
LARS(Launch And Recovery System，布放回收系统)，主要由起重系统、绞车及动力控制系统组成，可以实现水下缆控装备例如ROV(Remote Operated Vehicle，遥控水下机器人)、挖沟机等吊放至海中，并释放脐带缆跟随水下缆控装备下潜至海中，同时可以实现水下缆控装备的回收工作。LARS根据驱动方式可以分为液压驱动和电力驱动。
目前电力驱动LARS通常利用通用的变频器加交流电机后带减速机，来带动LARS中相应的执行部件。单独的变频器主要由整流环节和逆变单元组成，根据需求配置响应的中间直流电阻环节，现有的电力驱动LARS虽然结构单一，但存在多个整流环节，能量无共享，效率低。
专利文献为CN 104495672 A的发明专利公开了一种海洋船载交流变频绞车主动升沉补偿控制系统及控制方法，该控制系统包括热备冗余控制器、变频器组、交流变频电机、传动行星轮系、铠装脐带缆、卷筒和信号检测传感器，信号检测传感器采集卷筒的转速、母船的升沉加速度，其信号输出端与热备冗余控制器相连，将采集到的信号送入热备冗余控制器中，热备冗余控制器经变频机组与交流变频电机相连，交流变频电机通过减速器与传动行星轮系连接，传动行星轮系固接在卷筒的一端，铠装脐带缆卷绕在卷筒上，铠装脐带缆的自由端与深海作业装备相连。该控制系统结构简单，具有主动升沉补偿功能。但是，上述技术方案的变频驱动采用常规的变频器，无共用直流环节，效率低，同时控制方法没有解决电力驱动LARS的变频控制问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种海洋布放回收系统的电控系统，以解决现有电力驱动布放回收系统存在能量无共享、效率低等问题。
基于上述目的，本发明提供一种海洋布放回收系统的电控系统，包括：配电系统、整流模块、能量控制模块、主控制模块、排缆驱动模块、卷筒驱动模块、绞车、起重驱动模块、起重设备和姿态传感器；
所述主控制模块分别与所述配电系统、所述排缆驱动模块、所述卷筒驱动模块、所述绞车、所述起重驱动模块、所述起重设备和所述姿态传感器连接，用于监控和控制所述配电系统、所述排缆驱动模块、所述卷筒驱动模块、所述绞车、所述起重驱动模块、所述起重设备和所述姿态传感器；
所述配电系统的输入侧与船电电源连接，输出侧与所述整流模块的交流侧连接，用于将输入的船电分配至所述整流模块；
所述整流模块的直流侧分别与所述排缆驱动模块、所述卷筒驱动模块和所述起重驱动模块连接，用于将分配的船电整成直流电，并送至所述排缆驱动模块、所述卷筒驱动模块和所述起重驱动模块；
所述能量控制模块的一端与所述整流模块的直流侧连接，另一端与所述配电系统的输出侧连接，用于监控所述整流模块直流侧的电压数据和所述配电系统输出侧的船电数据，并根据所述电压数据和所述船电数据进行无功功率控制；
所述排缆驱动模块与所述绞车中的排缆系统连接，用于根据所述主控制模块发送的排缆控制指令控制排缆系统跟随脐带缆移动；
所述卷筒驱动模块与所述绞车中的卷筒连接，用于根据所述主控制模块发送的卷筒控制指令控制卷筒收放；
所述起重驱动模块与所述起重设备中的运动机构连接，用于根据所述主控制模块发送的方向控制指令控制运动机构运动。
优选地，所述排缆驱动模块包含与所述主控制模块连接的排缆驱动逆变单元和排缆电机单元；
所述排缆驱动逆变单元用于将所述整流模块直流侧的直流电转换成频率和电压可变的交流电，并通过所述交流电驱动所述排缆电机单元，同时接收所述主控制模块的排缆控制指令，并根据所述排缆控制指令控制所述排缆电机单元。
优选地，所述卷筒驱动模块包含多个与所述主控制模块连接的卷筒驱动逆变单元和对应的卷筒电机单元；
每个所述卷筒驱动逆变单元用于将所述整流模块直流侧的直流电转换成频率和电压可变的交流电，并通过所述交流电驱动所述卷筒电机单元，同时接收所述主控制模块的卷筒控制指令，并根据所述卷筒控制指令控制所述卷筒电机单元。
优选地，所述方向控制指令包含纵向控制指令和垂向控制指令；所述起重驱动模块包括纵向驱动模块和垂向驱动模块；
所述纵向驱动模块包含与所述主控制模块连接的纵向驱动逆变单元和纵向电机单元；所述纵向驱动逆变单元用于将所述整流模块直流侧的直流电转换成频率和电压可变的交流电，并通过所述交流电驱动所述纵向电机单元，同时接收所述主控制模块的纵向控制指令，并根据所述纵向控制指令控制所述纵向电机单元；
所述垂向驱动模块包含与所述主控制模块连接的垂向驱动逆变单元和垂向电机单元；所述垂向驱动逆变单元用于将所述整流模块直流侧的直流电转换成频率和电压可变的交流电，并通过所述交流电驱动所述垂向电机单元，同时接收所述主控制模块的垂向控制指令，并根据所述垂向控制指令控制所述垂向电机单元。
优选地，所述配电系统包含断路器、接触器、电流互感器、电压互感器和相序保护器。
优选地，所述整流模块包含由6个二极管构成的整流器、直流正母线和直流负母线，其间通过导线连接。
优选地，所述整流模块包含电抗器、由6个控制开关构成的三相全控桥整流器、直流正母线、直流负母线、制动电阻以及用于控制所述制动电阻投切的第七控制开关，其间通过导线连接。
优选地，所述控制开关采用IGBT。
优选地，所述海洋布放回收系统的电控系统还包括ROV逆变单元和TMS逆变单元；所述ROV逆变单元和所述TMS逆变单元均与所述整流模块的直流侧连接。
优选地，所述能量控制模块中无功功率控制的方法包括：
所述能量控制模块获取船电数据和电压数据；其中，所述船电数据包含三相船电电压和三相船电电流；所述电压数据包含直流母线电压，所述直流母线电压为直流正母线和直流负母线之间的压差；
将所述三相船电电流进行DQ变换处理，获得电流无功分量和电流有功分量；
获取所述直流母线电压与目标直流电压的电压差值，将所述电压差值通过第一PID调节器调节后转换成有功电流变量；
获取所述有功电流变量与所述电流有功分量的电流差值，并检测所述电流差值是否小于预设值；
若小于，则确定电流回馈至船电电源，将所述电流差值通过第二PID调节器处理后，并经PWM调制产生第七控制开关的控制脉冲；
若大于等于，则确定能量从船电电源流向船舶负载，将所述电流差值通过第三PID调节器处理后得到有功控制指令；
将所述电流无功分量与目标无功电流进行比较，并通过第四调节器处理后得到无功控制指令；
根据所述有功控制指令、所述无功控制指令以及所述三相船电电压通过锁相环处理后得到的频率和幅值，输入三相全控桥整流器，并经过PWM调制产生所述三相全控桥整流器中所有控制开关的控制脉冲。
由上述可知，本发明提供的海洋布放回收系统的电控系统及方法，具有以下有益效果：
1)本发明的电控系统采用共享式的整流模块，共享直流母线，可以实现能量共享，减少能量损失，提高系统效能，并减少系统体积；
2)本发明的电控系统采用共享式的整流模块，分离出驱动模块，也即采用独立的驱动模块，可以减少系统冗余，提高系统可靠性；
3)本发明的电控系统中的整流模块共用能量控制模块，提高了系统功率因数，同时控制因布放回收系统升沉补偿时在整流模块直流侧产生的能量，将能量消耗或者回馈至电网，提高能量利用率，解决现有的布放回收系统输入功率因数低和升沉补偿能量回馈的问题；
4)本发明的电控系统集中控制绞车和起重系统的运动部件，通过主控制模块进行协同控制，逻辑控制强，保护效果好，避免绞车和起重系联动跟随的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例中海洋布放回收系统的电控系统的结构框图；
图2为本发明一实施例中海洋布放回收系统的电控系统中的整流模块的电路图；
图3为本发明一实施例中海洋布放回收系统的电控方法中的能量控制模块的电路图；
图4为本发明一实施例中能量控制模块的无功功率控制的流程图。
图中所示：
1-配电系统，2-整流模块，3-能量控制模块，4-主控制模块，5-排缆驱动模块，51-排缆驱动逆变单元，52-排缆电机单元，6-卷筒驱动模块，61-卷筒驱动逆变单元，62-卷筒电机单元，7-绞车，8-起重驱动模块，81-纵向驱动逆变单元，82，纵向电机单元，83-垂向驱动逆变单元，84-垂向电机单元，9-起重设备，10-姿态传感器，11-ROV逆变单元，12-TMS逆变单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
针对现有电力驱动布放回收系统中存在的能量无共享、效率低等问题，本发明一实施例提供的一种海洋布放回收系统的电控系统，如图1所示，该电控系统包括：配电系统1、整流模块2、能量控制模块3、主控制模块4、排缆驱动模块5、卷筒驱动模块6、绞车7、起重驱动模块8、起重设备9和姿态传感器10。
主控制模块4分别与配电系统1、排缆驱动模块5、卷筒驱动模块6、绞车7、起重驱动模块8、起重设备9和姿态传感器10连接，用于监控和控制配电系统1、排缆驱动模块5、卷筒驱动模块6、绞车7、起重驱动模块8、起重设备9和姿态传感器10。
本实施例中的主控制模块4对布放回收系统(LARS)进行监控和控制，对布放回收系统进行监控包括：监控配电系统1的运行数据，监控排缆驱动模块5的运行数据，监控卷筒驱动模块6的运行数据，监控起重驱动模块8的运行数据，监控绞车7的运行数据，监控起重设备9的设备状态以及监控姿态传感器10的测量数据。其中，绞车7的运行数据包含绞车7中卷筒的转速和转向，根据卷筒的转速和转向计算得到的脐带缆的缆速和释放长度，脐带缆的出线方向和张紧力以及绞车7中排缆系统的方向和位置等。
对布放回收系统进行控制包括：根据开关控制指令控制配电系统1中的开关部件分断，并在布放回收系统出现严重故障时，控制配电系统1中的支路开关断开，可以实现线路保护；根据获取的姿态传感器10的测量数据和输入的控制指令，生成卷筒驱动模块6所需的卷筒控制指令和起重驱动模块8所需的方向控制指令，可以实现脐带缆的释放和回收、被起重设备的布放和回收和布放回收过程中波浪升沉补偿功能；根据获取的绞车7中脐带缆的出线方向和排缆系统的位置生成排缆驱动模块5所需的排缆控制指令，可以实现排缆系统跟随脐带缆移动。
配电系统1的输入侧与船电电源连接，输出侧与整流模块2的交流侧连接，用于将输入的船电分配至整流模块2。
本实施例中的配电系统1，输入侧与船电电源电连接，配电系统1的输出侧分别与整流模块2和能量控制模块3电连接，配电系统1在获取到船电电源输入的船电后，将输入的船电分配给整流模块2，同时将输出侧的船电数据发送至能量控制模块3；配电系统1还与主控制模块4通讯连接，配电系统1将自身的运行数据发送至主控制模块4，该船电数据包含三相船电电流和三相船电电压。可选地，配电系统1包含断路器、接触器、电流互感器、电压互感器和相序保护器。配电系统1在获取到主控制模块4的开关控制指令时，可以根据开关控制指令对断路器、接触器等开关器件，以及相序保护器进行控制，以实现自身保护。
可理解的，本实施例的电控系统，采集姿态传感器10的测量数据、绞车7的运行数据，起重系统9的运行数据，排缆驱动模块5的运行数据，卷筒驱动模块6的运行数据，起重驱动模块8的运行数据，配电系统1的运行数据，再综合输入的控制指令进行逻辑判断保护和整体协调控制，可以实现全面监控和保护功能，并通过二次逻辑判断，避免绞车7与起重系统9的失调问题，提高系统安全性；同时根据姿态传感器10的测量数据，协调控制卷筒驱动模块6，实现主动波浪补偿功能。
整流模块2的直流侧分别与排缆驱动模块5、卷筒驱动模块6和起重驱动模块8连接，用于将分配的船电整成直流电，并送至排缆驱动模块5、卷筒驱动模块6和起重驱动模块8。
本实施例中的整流模块2，直流侧分别与各驱动模块和能量控制模块3电连接，整流模块2在获取到配电系统1分配的船电后，将船电整成直流电送至各驱动模块，同时将直流侧的电压数据发送至能量控制模块3；该电压数据包含直流母线电压。可选地，整流模块2包括整流器、直流电容和直流母线，整流模块2通过整流器将配电系统1分配的船电整成直流电，再经直流电容输出到直流母线；其中，直流母线包含直流正母线DC_BUS+和直流负母线DC_BUS-。
能量控制模块3的一端与整流模块2的直流侧连接，另一端与配电系统1的输出侧连接，用于监控整流模块2直流侧的电压数据和配电系统1输出侧的船电数据，并根据电压数据和船电数据进行无功功率控制。
本实施例中的能量控制模块3，一端与整流模块2连接，另一端通过配电系统1连接船电电源，能量控制模块3在获取到整流模块2直流侧的电压数据，以及配电系统1输出侧的船电数据后，根据电压数据和船电数据进行无功功率控制，从而提高布放回收系统输入功率因数，同时可以将有功能量回馈至船电电源，以为其他负载供电。
排缆驱动模块5与绞车7中的排缆系统连接，用于根据主控制模块4发送的排缆控制指令控制排缆系统跟随脐带缆移动。
本实施例中的排缆驱动模块5在直流电的驱动下，接收主控制模块4发送的排缆控制指令，并根据排缆控制指令控制绞车7中的排缆系统跟随脐带缆的位置移动，同时将自身的运行状态发送至主控制模块4。
可选地，排缆驱动模块5包含与主控制模块4连接的排缆驱动逆变单元51和排缆电机单元52。其中，排缆驱动逆变单元51用于将整流模块2直流侧的直流电转换成频率和电压可变的交流电，并通过交流电驱动排缆电机单元52，同时接收主控制模块4的排缆控制指令，并根据排缆控制指令控制排缆电机单元52，可以实现由排缆电机单元52控制的排缆系统跟随卷筒和脐带缆的位置移动。进一步地，排缆电机单元52由排缆电机和电机减速器组成。
卷筒驱动模块6与绞车7中的卷筒连接，用于根据主控制模块4发送的卷筒控制指令控制卷筒收放。
本实施例中的卷筒驱动模块6在直流电的驱动下，接收主控制模块4发送的卷筒控制指令，根据卷筒控制指令控制绞车7中的卷筒收放，同时将自身的运行状态发送至主控制模块4。
可选地，卷筒驱动模块6包含多个与主控制模块4连接的卷筒驱动逆变单元61和对应的卷筒电机单元62，卷筒驱动逆变单元61和卷筒电机单元62可以分别安装在绞车7中的绞车支架和卷筒驱动轮上，也可以一起安装在绞车7的卷筒驱动轮上。其中，每个卷筒驱动逆变单元61用于将整流模块2直流侧的直流电转换成频率和电压可变的交流电，并通过交流电驱动卷筒电机单元62，同时接收主控制模块4的卷筒控制指令，并根据卷筒控制指令控制卷筒电机单元62，可以实现由多个卷筒电机单元62控制的卷筒收放。进一步地，卷筒电机单元62由卷筒电机和电机减速器组成。
可理解的，本实施例中卷筒驱动模块6包含的多个卷筒驱动逆变单元61由主控制模块4进行统一协同控制，同时反馈各自的运行状态。
起重驱动模块8与起重设备9中的运动机构连接，用于主控制模块4发送的方向控制指令控制运动机构运动。
本实施例中的起重驱动模块8在直流电的驱动下，接收主控制模块4发送的方向控制指令，根据方向控制指令控制起重设备9中的运动机构运动，可以实现起重设备9收放，同时将自身的运行状态发送至主控制模块4。其中，方向控制指令包含纵向控制指令和垂向纵向控制指令等。
可选地，起重驱动模块8包括纵向驱动模块和垂向驱动模块。纵向驱动模块包含与主控制模块4连接的纵向驱动逆变单元81和纵向电机单元82，纵向驱动逆变单元81和纵向电机单元82可以一起安装在起重设备9的纵向运动机构上。其中，纵向驱动逆变单元81用于将整流模块2直流侧的直流电转换成频率和电压可变的交流电，并通过交流电驱动纵向电机单元82，同时接收主控制模块4的纵向控制指令，并根据纵向控制指令控制纵向电机单元52，可以实现由纵向电机单元82控制的纵向架构运动。进一步地，纵向电机单元82由起重纵向电机和电机减速器组成。
垂向驱动模块包含与主控制模块4连接的垂向驱动逆变单元83和垂向电机单元84，垂向驱动逆变单元83和垂向电机单元84可以一起安装在起重设备9的垂向运动机构上。其中，垂向驱动逆变单元83用于将整流模块2直流侧的直流电转换成频率和电压可变的交流电，并通过交流电驱动垂向电机单元84，同时接收主控制模块4的纵向控制指令，并根据垂向控制指令控制垂向电机单元84，可以实现由垂向电机单元84控制的垂向架构运动。进一步地，垂向电机单元84由起重垂向电机和电机减速器组成。
可理解的，本实施例中纵向驱动逆变单元81和的垂向驱动逆变单元83由主控制模块4进行统一协同控制，同时反馈各自的运行状态。
绞车7为电驱脐带缆绞车，主要包括绞车支架、脐带缆、卷筒和排缆系统。
起重设备9为电驱起重设备，主要包括纵向运动机构和垂向运动机构。可理解的，起重设备9还可以根据功能增加其它方向的运动机构，相应地，起重驱动模块8只需增加与其它方向对应的驱动逆变单元和电机单元即可。
可理解的，本实施例的电控系统在绞车7中布置了排缆电机单元52和卷筒电机单元62，在起重驱动模块8中布置了纵向电机单元82和垂向电机单元84，可以简化系统结构，提高驱动效率，实现全电驱动LASR功能，并且通过统一协同控制提高了系统的可靠性。此外，驱动逆变单元就近电机单元安装，甚至与电机单元集成一体，可以降低线路连接损耗，减少电机连接干扰，提高系统可靠性。
姿态传感器10，用于测量母船的运动状态以及海浪影响下的升沉运动数据，并将测量数据发送至主控制模块4，主控制模块4接收到姿态传感器10的测量数据后，根据测试数据和输入的控制指令生成卷筒控制指令，根据卷筒控制指令控制卷筒驱动逆变单元61来控制对应的卷筒电机62，从而控制卷筒收放，保持水下TMS(Tether Management System，ROV的水下脐带缆管理系统)或者ROV(Remote Operator Vehicle，遥控水下机器人)保持位置不动，不受海浪影响。
由上述可知，本实施例提供的海洋布放回收系统的电控系统，具有以下有益效果：
5)本实施例的电控系统采用共享式的整流模块2，共享直流母线，可以实现能量共享，减少能量损失，提高系统效能，并减少系统体积；
6)本实施例的电控系统采用共享式的整流模块2，分离出驱动模块，也即采用独立的驱动模块，可以减少系统冗余，提高系统可靠性；
7)本实施例的电控系统中的整流模块2共用能量控制模块3，提高了系统功率因数，同时控制因布放回收系统升沉补偿时在整流模块2直流侧产生的能量，将能量消耗或者回馈至电网，提高能量利用率，解决现有的布放回收系统输入功率因数低和升沉补偿能量回馈的问题；
8)本实施例的电控系统集中控制绞车7和起重系统9的运动部件，通过主控制模块4进行协同控制，逻辑控制强，保护效果好，避免绞车7和起重系统9联动跟随的问题。
进一步地，如图1所示，所述海洋布放回收系统的电控系统还包括ROV逆变单元11和TMS逆变单元12，ROV逆变单元11和TMS逆变单元12均与整流模块2的直流侧连接，ROV逆变单元11用于控制ROV；所述TMS逆变单元12用于控制与ROV对应的TMS。本实施例的电控系统具有ROV和TMS驱动扩展接口，便于装置集成。
进一步地，如图2所示，所述整流模块2包含由6个二极管D1～D6构成的整流器、直流正母线DC_BUS+和直流负母线DC_BUS-，其间通过导线连接。其中，第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阴极连接，第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阴极连接，第五二极管D5的阳极与第六二极管D6的阴极连接，第一二极管D1的阴极、第三二极管D3的阴极和第五二极管D5的阴极共同接直流正母线DC_BUS+，第二二极管D2的阳极、第四二极管D4的阳极和第六二极管D6的阳极共同接直流负母线DC_BUS-，第一二极管D1和第二二极管D2之间、第三二极管D3与第四二极管D4之间和第五二极管D5和第六二极管D6之间分别设置有用于连接输入船电的第一输入端Input-A、第二输入端Input-B和第三输入端Input-C。在本实施例中整流模块2获取到配电系统1分配的船电之后，通过二极管D1～D6构成的整流器将分配的船电整成直流电，并通过直流正负母线输出，可以提高系统效率，简化系统。
进一步地，如图3所示，所述能量控制模块3包含电抗器L1、由6个控制开关T1～T6构成的三相全控桥整流器、直流正母线DC_BUS+、直流负母线DC_BUS-、制动电阻R以及用于控制制动电阻R投切的第七控制开关T7，其间通过导线连接。其中，第一控制开关T1的第一端与第二控制开关T2的第二端连接，第三控制开关T3的第一端与第四控制开关T4的第二端连接，第五控制开关T5的第一端与第六控制开关T6的第二端连接，第七控制开关T7的第一端与制动电阻R的一端连接，第一控制开关T1的第二端、第三控制开关T3的第二端、第五控制开关T5的第二端和第七控制开关T7的第二端共同接直流正母线DC_BUS+，第二控制开关T2的第一端、第四控制开关T4的第一端、第六控制开关T6的第一端和制动电阻R的另一端共同接直流负母线DC_BUS-，电抗器L1的输入端与输入船电连接，输出端分别连接至第一控制开关T1与第二控制开关T2之间，第三控制开关T3与第四控制开关T4之间，以及第五控制开关T5与第六控制开关T6之间。本实施例的能量控制模块3，通过电抗器L1、三相全控桥整流器和直流正负母线，实时监控配电系统1的船电数据和整流模块2的电压数据，根据船电数据和电压数据进行无功功率控制，并当船电输入电压电流回馈至船电电源时，启动第七控制开关T7，投入制动电阻R，消耗多余能量。本实施例的电控系统中独立的能量控制模块3，具有无功补偿和谐波治理功能，可以消耗或者回馈系统能量，提高系统功率因数，通过输出谐波的控制减少了谐波对系统的影响，并通过直流侧的电压控制，降低了逆变控制难度，且有利于实现主动波浪补偿功能。
可选地，控制开关均采用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，相应地，控制开关的第一端为IGBT的发射极，控制开关的第二端为IGBT的集电极，三相全控桥整流器为IGBT模块。
进一步地，如图4所示，所述能量控制模块3根据船电数据和电压数据进行无功功率控制的实现流程具体包括：
步骤一，能量控制模块3获取船电数据和电压数据；其中，船电数据包含三相船电电压和三相船电电流；电压数据包含直流母线电压，直流母线电压为直流正母线DC_BUS+和直流负母线DC_BUS-之间的压差；
步骤二，将三相船电电流进行DQ变换(Park's Transformation，帕克变换)处理，获得电流无功分量和电流有功分量；
步骤三，获取直流母线电压与目标直流电压的电压差值，将电压差值通过第一PID调节器调节后转换成有功电流变量；
步骤四，获取有功电流变量与电流有功分量的电流差值，并检测电流差值是否小于预设值；可选地，预设值为0A；
步骤五，若小于，则确定电流回馈至船电电源，将电流差值通过第二PID调节器处理后，并经PWM调制产生第七控制开关T7的控制脉冲；
步骤六，若大于等于，则确定能量从船电电源流向船舶负载，将电流差值通过第三PID调节器处理后得到有功控制指令；
步骤七，将电流无功分量与目标无功电流进行比较，并通过第四调节器处理后得到无功控制指令；
步骤八，根据有功控制指令、无功控制指令以及三相船电电压通过锁相环处理后得到的频率和幅值，输入三相全控桥整流器，并经过PWM调制产生三相全控桥整流器中所有控制开关T1～T6的控制脉冲。
可理解的，本实施例在无功功率控制过程中，在检测到配电系统1输出侧的三相船电电压UT和三相船电电流IT，以及整流模块2直流侧的直流母线电压UDC之后，首先将三相船电电流IT通过DQ变换处理分离出电流无功分量ITR和电流有功分量ITE，同时将直流母线电压UDC与目标直流电压U1进行比较，并将直流母线电压UDC与目标直流电压U1的电压差值ΔU通过第一PID调节器调节后转换成有功电流变量IA。
然后，将电流有功分量ITE和有功电流变量IA进行比较，获得电流有功分量ITE和有功电流变量IA的电流差值ΔI，并检测电流差值ΔI是否小于0，若ΔI<0，则确定电流回馈至船电电源，此时无其它负载消耗，需启动制动电阻R消耗多余的能量，也即将电流差值ΔI通过第二调节器处理后，经过PWM调制，产生第七控制开关T7的控制脉冲，以控制制动电阻R启动；而若ΔI≥0，则确定能量从船电电源流向船舶负载，布放回收系统需由船电电源供电或者回馈能量供其它负载供电，不需启动制动电阻R，也即将电流差值ΔI通过第二调节器处理后得到有功控制指令。同时，将电流无功分量ITR与目标无功电流I1(I1＝0A)进行比较，并通过第三调节器处理得到无功控制指令。最后，将有功控制指令、无功控制指令和三相船电电压UT通过锁相环处理后得到的频率和幅值输入由控制开关T1～T6构成的三相全控桥整流器，经过PWM调制产生控制开关T1～T6的控制脉冲。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明实施例的，不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、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)
1.一种海洋布放回收系统的电控系统，其特征在于，包括：配电系统、整流模块、能量控制模块、主控制模块、排缆驱动模块、卷筒驱动模块、绞车、起重驱动模块、起重设备和姿态传感器；
所述主控制模块分别与所述配电系统、所述排缆驱动模块、所述卷筒驱动模块、所述绞车、所述起重驱动模块、所述起重设备和所述姿态传感器连接，用于监控和控制所述配电系统、所述排缆驱动模块、所述卷筒驱动模块、所述绞车、所述起重驱动模块、所述起重设备和所述姿态传感器；
所述配电系统的输入侧与船电电源连接，输出侧与所述整流模块的交流侧连接，用于将输入的船电分配至所述整流模块；
所述整流模块的直流侧分别与所述排缆驱动模块、所述卷筒驱动模块和所述起重驱动模块连接，用于将分配的船电整成直流电，并送至所述排缆驱动模块、所述卷筒驱动模块和所述起重驱动模块；
所述能量控制模块的一端与所述整流模块的直流侧连接，另一端与所述配电系统的输出侧连接，用于监控所述整流模块直流侧的电压数据和所述配电系统输出侧的船电数据，并根据所述电压数据和所述船电数据进行无功功率控制；
所述能量控制模块包含电抗器、由6个控制开关构成的三相全控桥整流器、直流正母线、直流负母线、制动电阻以及用于控制制动电阻投切的第七控制开关，其间通过导线连接，其中，第一控制开关的第一端与第二控制开关的第二端连接，第三控制开关的第一端与第四控制开关的第二端连接，第五控制开关的第一端与第六控制开关的第二端连接，第七控制开关的第一端与制动电阻的一端连接，第一控制开关的第二端、第三控制开关的第二端、第五控制开关的第二端和第七控制开关的第二端共同接直流正母线，第二控制开关的第一端、第四控制开关的第一端、第六控制开关的第一端和制动电阻的另一端共同接直流负母线，电抗器的输入端与输入船电连接，输出端分别连接至第一控制开关与第二控制开关之间，第三控制开关与第四控制开关之间，以及第五控制开关与第六控制开关之间；
所述能量控制模块中无功功率控制的方法包括：
所述能量控制模块获取船电数据和电压数据；其中，所述船电数据包含三相船电电压和三相船电电流；所述电压数据包含直流母线电压，所述直流母线电压为直流正母线和直流负母线之间的压差；
将所述三相船电电流进行DQ变换处理，获得电流无功分量和电流有功分量；
获取所述直流母线电压与目标直流电压的电压差值，将所述电压差值通过第一PID调节器调节后转换成有功电流变量；
获取所述有功电流变量与所述电流有功分量的电流差值，并检测所述电流差值是否小于预设值；
若小于，则确定电流回馈至船电电源，将所述电流差值通过第二PID调节器处理后，并经PWM调制产生第七控制开关的控制脉冲；
若大于等于，则确定能量从船电电源流向船舶负载，将所述电流差值通过第三PID调节器处理后得到有功控制指令；
将所述电流无功分量与目标无功电流进行比较，并通过第四调节器处理后得到无功控制指令；
根据所述有功控制指令、所述无功控制指令以及所述三相船电电压通过锁相环处理后得到的频率和幅值，输入三相全控桥整流器，并经过PWM调制产生所述三相全控桥整流器中所有控制开关的控制脉冲；
所述排缆驱动模块与所述绞车中的排缆系统连接，用于根据所述主控制模块发送的排缆控制指令控制所述排缆系统跟随脐带缆移动；
所述卷筒驱动模块与所述绞车中的卷筒连接，用于根据所述主控制模块发送的卷筒控制指令控制所述卷筒收放；
所述起重驱动模块与所述起重设备中的运动机构连接，用于根据所述主控制模块发送的方向控制指令控制所述运动机构运动。
2.根据权利要求1所述的海洋布放回收系统的电控系统，其特征在于，所述排缆驱动模块包含与所述主控制模块连接的排缆驱动逆变单元和排缆电机单元；
所述排缆驱动逆变单元用于将所述整流模块直流侧的直流电转换成频率和电压可变的交流电，并通过所述交流电驱动所述排缆电机单元，同时接收所述主控制模块的排缆控制指令，并根据所述排缆控制指令控制所述排缆电机单元。
3.根据权利要求2所述的海洋布放回收系统的电控系统，其特征在于，所述卷筒驱动模块包含多个与所述主控制模块连接的卷筒驱动逆变单元和对应的卷筒电机单元；
每个所述卷筒驱动逆变单元用于将所述整流模块直流侧的直流电转换成频率和电压可变的交流电，并通过所述交流电驱动所述卷筒电机单元，同时接收所述主控制模块的卷筒控制指令，并根据所述卷筒控制指令控制所述卷筒电机单元。
4.根据权利要求3所述的海洋布放回收系统的电控系统，其特征在于，所述方向控制指令包含纵向控制指令和垂向控制指令；所述起重驱动模块包括纵向驱动模块和垂向驱动模块；
所述纵向驱动模块包含与所述主控制模块连接的纵向驱动逆变单元和纵向电机单元；所述纵向驱动逆变单元用于将所述整流模块直流侧的直流电转换成频率和电压可变的交流电，并通过所述交流电驱动所述纵向电机单元，同时接收所述主控制模块的纵向控制指令，并根据所述纵向控制指令控制所述纵向电机单元；
所述垂向驱动模块包含与所述主控制模块连接的垂向驱动逆变单元和垂向电机单元；所述垂向驱动逆变单元用于将所述整流模块直流侧的直流电转换成频率和电压可变的交流电，并通过所述交流电驱动所述垂向电机单元，同时接收所述主控制模块的垂向控制指令，并根据所述垂向控制指令控制所述垂向电机单元。
5.根据权利要求1所述的海洋布放回收系统的电控系统，其特征在于，所述配电系统包含断路器、接触器、电流互感器、电压互感器和相序保护器。
6.根据权利要求1所述的海洋布放回收系统的电控系统，其特征在于，所述整流模块包含由6个二极管构成的整流器、直流正母线和直流负母线，其间通过导线连接。
7.根据权利要求1所述的海洋布放回收系统的电控系统，其特征在于，所述控制开关采用IGBT。
8.根据权利要求1所述的海洋布放回收系统的电控系统，其特征在于，所述电控系统还包括ROV逆变单元和TMS逆变单元；所述ROV逆变单元和所述TMS逆变单元均与所述整流模块的直流侧连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111388439.2A CN114104870B (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种海洋布放回收系统的电控系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111388439.2A CN114104870B (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种海洋布放回收系统的电控系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114104870A CN114104870A (zh) | 2022-03-01 |
| CN114104870B true CN114104870B (zh) | 2024-01-26 |
Family
ID=80439584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111388439.2A Active CN114104870B (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种海洋布放回收系统的电控系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114104870B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4863278U (zh) * | 1971-11-19 | 1973-08-11 | ||
| CN201842578U (zh) * | 2010-09-03 | 2011-05-25 | 武桥重工集团股份有限公司 | 全回转浮式起重机电气控制系统 |
| CN102969931A (zh) * | 2012-11-15 | 2013-03-13 | 苏州天辰马智能设备有限公司 | 单电阻电流采样的pwm整流型能量回馈装置的控制方法 |
| CN103929077A (zh) * | 2013-01-16 | 2014-07-16 | 株式会社日立制作所 | 铁道车辆用的驱动装置 |
| CN111516806A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-11 | 上海中车艾森迪海洋装备有限公司 | 一种水下装备的布放回收系统及方法 |
| CN113193808A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-07-30 | 华中科技大学 | 一种容错型双馈异步全电船舶电力传动系统的控制方法 |
| CN113346785A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-09-03 | 云南电网有限责任公司楚雄供电局 | 一种逆变器自适应误差补偿控制系统及方法 |
-
2021
- 2021-11-22 CN CN202111388439.2A patent/CN114104870B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4863278U (zh) * | 1971-11-19 | 1973-08-11 | ||
| CN201842578U (zh) * | 2010-09-03 | 2011-05-25 | 武桥重工集团股份有限公司 | 全回转浮式起重机电气控制系统 |
| CN102969931A (zh) * | 2012-11-15 | 2013-03-13 | 苏州天辰马智能设备有限公司 | 单电阻电流采样的pwm整流型能量回馈装置的控制方法 |
| CN103929077A (zh) * | 2013-01-16 | 2014-07-16 | 株式会社日立制作所 | 铁道车辆用的驱动装置 |
| CN111516806A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-11 | 上海中车艾森迪海洋装备有限公司 | 一种水下装备的布放回收系统及方法 |
| CN113193808A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-07-30 | 华中科技大学 | 一种容错型双馈异步全电船舶电力传动系统的控制方法 |
| CN113346785A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-09-03 | 云南电网有限责任公司楚雄供电局 | 一种逆变器自适应误差补偿控制系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114104870A (zh) | 2022-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101304234B (zh) | 电源转换器 | |
| CN110784127B (zh) | 一种水下机器人远程变频调速装置及方法 | |
| CN109861286B (zh) | 一种海上风力发电机组黑启动过程控制方法 | |
| JP2009263069A (ja) | クレーンシステム | |
| CN104037927A (zh) | 新型混合电源供电的船舶电力系统 | |
| CN111585309A (zh) | 一种船舶岸电双向并网控制系统 | |
| CN114104870B (zh) | 一种海洋布放回收系统的电控系统 | |
| JPH06292304A (ja) | 電気自動車ドライブシステムにおける電力変換装置 | |
| JP4893486B2 (ja) | 電力補償システム | |
| WO1998025849A1 (fr) | Dispositif de commande d'ascenseur et dispositif de commande destine a un convertisseur de puissance | |
| CN201842578U (zh) | 全回转浮式起重机电气控制系统 | |
| CN109428329B (zh) | 一种水下供电系统 | |
| CN104779856A (zh) | 一种双馈轴带发电机系统 | |
| CN203372934U (zh) | 节能控制系统 | |
| CN202178730U (zh) | 用于脱缆钩的变频控制系统 | |
| CN111874824A (zh) | 一种梳式滑道电力拖动绞车群自适应同步控制系统及方法 | |
| KR101191292B1 (ko) | 전원 회생형 컨버터 장치 | |
| CN113162109B (zh) | 船用起重机能量供给及回收系统及基于其的能量回收与再利用方法 | |
| CN117944821A (zh) | 水下设备的布放回收的电力驱动系统 | |
| CN219740237U (zh) | 一种双定子轴向磁通永磁发电机双输出可控发电系统 | |
| CN216649527U (zh) | 一种远距离变频系统 | |
| JPH06261414A (ja) | ソーラカードライブシステムにおける発電装置および発電方法 | |
| CN220769625U (zh) | 一种模块化风力发电机组偏航控制系统及风力发电机 | |
| CN103350935A (zh) | 节能控制系统 | |
| CN112803456B (zh) | 一种风储系统及其控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |