CN114336771A - 一种自适应控制的船载岸电快速并车系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶岸电技术领域，具体涉及一种自适应控制的船载岸电快速并车系统及方法，包括，左舷岸电断路器，连接岸侧电源；右舷岸电断路器，连接岸侧电源；岸电接入断路器，可控制地连接左舷岸电断路器的输出端和右舷岸电断路器的输出端；船侧负载断路器，可控制地连接岸电接入断路器的输出端和船舶负载设备；至少一船侧发电机断路器，可控制的连接岸电接入断路器的输出端和船侧发电机；控制模块，连接并控制左舷岸电断路器、右舷岸电断路器、岸电接入断路器、船侧负载断路器和发电机断路器的分/合闸。本发明实现船舶负载不停电由船电自动切换至岸电进行供电，提高绿色港口与船厂的自动化水平，提高岸电使用效率。

Description

一种自适应控制的船载岸电快速并车系统及方法

技术领域

本发明涉及船舶岸电技术领域，具体涉及一种自适应控制的船载岸电快速并车系统及方法。

背景技术

随着我国经济的迅速发展,保护生态环境迫在眉睫,要做到对船舶大气污染物排放的有限控制,提高空气质量,就需要加大引入并推广船舶岸电技术的力度；近年来我国一直在大力推进船舶靠港使用岸电的相关政策，并在全国主要港口及船舶排放控制区的港口实行岸电系统改造，落实了《大气污染防治法》中关于“船舶靠港后应当优先使用岸电”的规定。传统船舶靠港时大多数依靠柴油机等船舶辅机的持续运转来提供船舶所需的电能,在供电过程中会产生大量的氧化物,直接排放到空气中,很容易对港口附近空气造成严重污染，而船舶靠港期间若使用岸电，可有效减少硫氧化物、氮氧化物、颗粒物等大气污染物，减少噪音污染，是最有效的减排方式。

以往船电、岸电并网的常规做法，需要先断开船舶发电，再接入岸电的间断式切换接入，这种做法需要将船舶电力进行一段时间的停电处理，其不利于对船舶上重要负荷的持续稳定供电。但目前的船舶岸电控制系统存在自动化程度低,与岸电电源管理系统兼容性差，在不断电的情况下，如果直接将岸电电源切换并上船舶电网，对岸电电源冲击大，且可能会因为两者电压相位、幅值、频率存在不同，导致电流冲击，损坏船舶上电力设备。

发明内容

本发明的目的还在于，提供一种自适应控制的船载岸电快速并车系统及方法，解决以上技术问题；一种自适应控制的船载岸电快速并车系统，包括，左舷岸电断路器，连接岸侧电源；右舷岸电断路器，连接所述岸侧电源；岸电接入断路器，可控制地连接所述左舷岸电断路器的输出端和所述右舷岸电断路器的输出端；船侧负载断路器，可控制地连接所述岸电接入断路器的输出端和船舶负载设备；至少一船侧发电机断路器，可控制的连接所述岸电接入断路器的输出端和船侧发电机；控制模块，连接并控制所述左舷岸电断路器、所述右舷岸电断路器、所述岸电接入断路器、所述船侧负载断路器和所述发电机断路器的分/合闸。

优选的，其中，所述控制模块包括：岸电测量模块，用于检测所述岸侧电源的电性参数；船侧发电机测量模块，用于检测所述船侧发电机的电性参数；PLC控制单元，连接所述岸电测量模块和所述船侧发电机测量模块，对所述岸侧电源的电性参数和所述船侧发电机的电性参数进行比较计算，产生调频减速信号；报警模块，连接所述PLC控制单元。

优选的，其中，所述船侧发电机的插头与所述岸侧电源的插座连接成功后构成互锁回路，用于检测所述岸侧电源的相序参数，所述互锁回路包括：互锁信号线圈，连接直流电压输入端；岸侧限位开关，连接所述互锁信号线圈；第一互锁触点，连接所述岸侧限位开关；第二互锁触点，连接直流电压输出端；第一急停开关，设置于所述岸侧限位开关和所述第一互锁触点之间；第二急停开关，设置于所述第二互锁触点和所述直流电压输出端之间，所述第二急停开关与所述第一急停开关同步闭合/断开。

一种自适应控制的船载岸电快速并车方法，应用于所述船载岸电快速并车系统，包括：步骤S1，所述船侧发电机的插头与所述岸侧电源的插座成功连接后构成的互锁回路检测所述岸电电源的相序参数，并依据检测结果将所述岸侧电源接入所述控制模块；步骤S2，所述控制模块产生调频减速信号，降低所述船侧发动机的频率，实现所述船侧发电机与所述岸电电源的并网；步骤S3，所述控制模块升高所述船侧发电机的频率，降低所述岸侧电源的频率，实现所述船侧发电机与所述岸侧电源的脱网。

优选的，其中，所述步骤S1包括：步骤S11，所述船侧发电机的插头与所述岸侧电源的插座连接后，连接信号传输至所述控制模块，判断所述第一互锁触点和所述第二互锁触点是否导通；步骤S12，若未连接成功，所述报警模块报警，将所述船侧发电机的插头与所述岸侧电源的插座重新连接，继续执行步骤S11；否则，成功构成所述互锁回路，执行步骤S13；步骤S13，所述互锁回路检测所述岸侧电源的相序，若所述相序为正，所述左舷岸电断路器和所述右舷岸电断路器合闸，将所述岸侧电源接入所述控制模块；否则，执行步骤S14；步骤S14，调节所述岸侧电源的相序，继续执行步骤S13。

优选的，其中，所述步骤S2包括：步骤S21，所述控制模块监控各所述船侧发电机的运行状态，自动识别并车指定的所述船侧发电机；步骤S22，所述发电机参量测量模块检测所述船侧发电机的电性参数，并将所述电性参数发送至所述控制模块；步骤S23，所述控制模块将所述船侧发电机的电性参数与所述岸侧电源的电性参数进行比较计算，并对所述船侧发电机进行调频减速；步骤S24，当所述船侧发电机频率与所述岸侧电源频率的差值低于预设偏差数值时，所述岸电接入断路器合闸，所述船侧发动机停止供电。

优选的，其中，所述步骤S3包括：步骤S31，所述 控制模块对所述岸侧电源的电性参数和所述船侧发电机的电性参数进行比较计算；步骤S32，所述控制模块升高所述船侧发动机的频率并调节负荷；步骤S33，所述控制模块将所述岸侧电源供电切换至所述船侧发电机供电，完成脱网。

优选的，其中，所述步骤S32具体包括：步骤S321，所述控制模块控制所述船侧发电机断路器合闸；步骤S332，所述控制模块升高所述船侧发电机的频率，所述岸侧电源功率向所述船侧发动机转移；步骤S333，当所述岸侧电源功率降低至预设功率时，所述控制模块分断所述岸电接入断路器。

本发明的有益效果：由于采用以上技术方案，本发明可以保障船上重要负荷不间断持续稳定供电，实现船舶负载不停电由船电自动切换至岸电进行供电，提高绿色港口与船厂的自动化水平，提高岸电使用效率。

附图说明

图1为本发明实施例中船载岸电快速并车系统拓扑结构图；

图2为本发明实施例中互锁回路示意图；

图3为本发明实施例中控制模块拓扑结构图；

图4为本发明实施例中自动并车流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

一种自适应控制的船载岸电快速并车系统，包括，左舷岸电断路器1，连接岸侧电源；右舷岸电断路器2，连接岸侧电源；岸电接入断路器3，可控制地连接左舷岸电断路器1的输出端和所述右舷岸电断路器2的输出端；船侧负载断路器5，可控制地连接岸电接入断路器3的输出端和船舶负载设备4；至少一船侧发电机断路器，可控制的连接岸电接入断路器3的输出端和船侧发电机；控制模块9，连接并控制左舷岸电断路器1、右舷岸电断路器2、岸电接入断路器3、船侧负载断路器5和发电机断路器的分/合闸。

在一种较优的实施例中，控制模块9包括：岸电测量模块22，用于检测岸侧电源的电性参数；船侧发电机测量模块，用于检测船侧发电机的电性参数；PLC控制单元20，连接岸电测量模块22和船侧发电机测量模块，对岸侧电源的电性参数和船侧发电机的电性参数进行比较计算，产生调频减速信号；报警模块21，连接PLC控制单元20。

在一种较优的实施例中，船侧发电机的插头与岸侧电源的插座连接成功后构成互锁回路，用于检测岸侧电源的相序参数，互锁回路包括：互锁信号线圈10，连接直流电压输入端；岸侧限位开关11，连接互锁信号线圈10；第一互锁触点12，连接岸侧限位开关11；第二互锁触点15，连接直流电压输出端；第一急停开关13，设置于岸侧限位开关11和第一互锁触点12之间；第二急停开关14，设置于第二互锁触点15和直流电压输出端之间，第二急停开关14与第一急停开关13同步闭合/断开。

在一种较优的实施例中，控制模块9还包括，并车切换回路，包括电气控制采集部，连接岸电测量模块22；相序鉴别部，连接互锁回路；发电机反馈信号采样部，连接发电机参量测量模块；分合闸控制指令输出部，连接PLC控制单元20。

具体地，本实施例中船侧发电机为多个相同/不同规格的发电机，本实施例中的船侧发电机包括第一船侧发电机30，第二船侧发电机31和第三船侧发电机32共三个船侧发电机，因此需要对应第一船侧发电机断路器6，第二船侧发电机断路器7，第三船侧发电机断路器8与其进行连接；进一步的，需要设置包括第一船侧发电机测量模块23、第二船侧发电机测量模块24以及第三船侧发电机测量模块25分别测量三个船侧发电机的电性参数。

具体地，本实施例基于PLC程序算法实现的船测发电机、岸侧电源自适应控制的船载岸电快速并车方法，即在船舶靠港期间，通过岸电接入控制柜，在全船不断电的情况下，实现岸电与船电之间的并、脱网、负载快速转移等功能。

具体地，通过设计的岸侧电源接入控制模块9来实现岸电电源与船舶发电机的自适应控制，即系统运行时可监控船上各发电机的实际运行状态，自动识别并车至指定的发电机，并车后会对在网发电机进行多段调频，以实现在岸侧与船侧并网的短时间内，使负载进行快速转移。以控制模块9内的PLC控制单元20为纽带,以船岸信息交互为基础，提高了船舶岸电控制系统的自动化程度和船岸电的兼容性.进而提高了整个船舶岸电的可靠性和使用效率。

一种自适应控制的船载岸电快速并车方法，应用于上述任一实施例中的船载岸电快速并车系统，包括：步骤S1，船侧发电机的插头与岸侧电源的插座成功连接后形成的互锁回路检测岸电电源的相序参数，并依据检测结果将岸侧电源接入控制模块9；步骤S2，控制模块9产生调频减速信号，降低船侧发动机的频率，实现船侧发电机与岸电电源的并网；步骤S3，控制模块9升高船侧发电机的频率，降低岸侧电源的频率，实现船侧发电机与岸侧电源的脱网。

在一种较优的实施例中，步骤S1包括：步骤S11，船侧发电机的插头与岸侧电源的插座连接后，连接信号传输至报警模块21，判断第一互锁触点12和第二互锁触点15是否导通；步骤S12，若未连接成功，报警模块报警，将船侧发电机的插头与岸侧电源的插座重新连接，继续执行步骤S11；否则，成功构成互锁回路，执行步骤S13；步骤S13，互锁回路检测岸侧电源的相序，若相序为正，左舷岸电断路器1和右舷岸电断路器2合闸，将岸侧电源接入控制模块9；否则，执行步骤S14；步骤S14，调节岸侧电源的相序，继续执行步骤S13。

具体地，互锁回路已建立，且岸电相序为正序时，系统检测岸电电源的相序、电压、电流、频率、功率等参数。当参数异常时，系统将发出相应的声光报警，报警模块21界面上会实时显示当前报警，当各参数正常时，操作人员可点击 “切换至岸电”按键，发出并车请求。

在一种较优的实施例中，步骤S2包括：步骤S21，控制模块9监控各船侧发电机的运行状态，自动识别并车指定的船侧发电机；步骤S22，发电机参量测量模块检测船侧发电机的电性参数，并将电性参数发送至控制模块9；步骤S23，控制模块9将船侧发电机的电性参数与岸侧电源的电性参数进行比较计算，并对船侧发电机进行调频减速；步骤S24，当船侧发电机频率与岸侧电源频率的差值低于预设偏差数值时，岸电接入断路器3合闸，岸侧电源与船侧发电机完成同步，实现并车，船侧发动机停止供电。

进一步地，当双方的频率偏差保持在0.3Hz以内，可认为船侧发电机的频率与岸侧电源的频率相同。

在一种较优的实施例中，步骤S3包括：步骤S31， 控制模块9对岸侧电源的电性参数和船侧发电机的电性参数进行比较计算；步骤S32，控制模块9升高船侧发动机的频率并调节负荷；步骤S33，控制模块9将岸侧电源供电切换至船侧发电机供电，完成脱网。

具体地，步骤S32具体包括：步骤S321，控制模块9控制船侧发电机断路器合闸；步骤S332，控制模块9升高船侧发电机的频率，岸侧电源功率向船侧发动机转移；步骤S333，当岸侧电源功率降低至预设功率时，控制模块9分断岸电接入断路器3。

具体地，由于电力系统中负荷的有功功率会随着频率的改变而变化，这种负荷的调节效应使得电力系统的负荷与频率有如下关系：

其中，船侧发电机的负荷：

为负荷频率调节效应系数，即有功负荷的静态频率特性曲线。由于频率的变化很小，

近似一条直线，对频率的调节实际是对船侧电机的有功负荷大小进行调节。

综上，本发明极大地提高岸电与船侧并车的自动化程度，在带载的情况下可以一键实现不断电自动并网、负载快速转移、脱网等操作，降低了工作人员的工作强度，简化了使用流程。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种自适应控制的船载岸电快速并车系统，其特征在于，包括，左舷岸电断路器，连接岸侧电源；右舷岸电断路器，连接所述岸侧电源；岸电接入断路器，可控制地连接所述左舷岸电断路器的输出端和所述右舷岸电断路器的输出端；船侧负载断路器，可控制地连接所述岸电接入断路器的输出端和船舶负载设备；至少一船侧发电机断路器，可控制的连接所述岸电接入断路器的输出端和船侧发电机；控制模块，连接并控制所述左舷岸电断路器、所述右舷岸电断路器、所述岸电接入断路器、所述船侧负载断路器和所述发电机断路器的分/合闸。

2.根据权利要求1所述的船载岸电快速并车系统，其特征在于，所述控制模块包括：岸电测量模块，用于检测所述岸侧电源的电性参数；船侧发电机测量模块，用于检测所述船侧发电机的电性参数；PLC控制单元，连接所述岸电测量模块和所述船侧发电机测量模块，对所述岸侧电源的电性参数和所述船侧发电机的电性参数进行比较计算，产生调频减速信号；报警模块，连接所述PLC控制单元。

3.根据权利要求1所述的船载岸电快速并车系统，其特征在于，所述船侧发电机的插头与所述岸侧电源的插座连接成功后构成互锁回路，用于检测所述岸侧电源的相序参数，所述互锁回路包括：互锁信号线圈，连接直流电压输入端；岸侧限位开关，连接所述互锁信号线圈；第一互锁触点，连接所述岸侧限位开关；第二互锁触点，连接直流电压输出端；第一急停开关，设置于所述岸侧限位开关和所述第一互锁触点之间；第二急停开关，设置于所述第二互锁触点和所述直流电压输出端之间，所述第二急停开关与所述第一急停开关同步闭合/断开。

4.一种自适应控制的船载岸电快速并车方法，其特征在于，应用于权利要求1-3中任意一项所述的船载岸电快速并车系统，包括：步骤S1，所述船侧发电机的插头与所述岸侧电源的插座成功连接后构成的互锁回路检测所述岸电电源的相序参数，并依据检测结果将所述岸侧电源接入所述控制模块；步骤S2，所述控制模块产生调频减速信号，降低所述船侧发动机的频率，实现所述船侧发电机与所述岸电电源的并网；步骤S3，所述控制模块升高所述船侧发电机的频率，降低所述岸侧电源的频率，实现所述船侧发电机与所述岸侧电源的脱网。

5.根据权利要求4所述的船载岸电快速并车方法，其特征在于，所述步骤S1包括：步骤S11，所述船侧发电机的插头与所述岸侧电源的插座连接后，连接信号传输至所述控制模块，判断所述第一互锁触点和所述第二互锁触点是否导通；步骤S12，若未连接成功，所述报警模块报警，将所述船侧发电机的插头与所述岸侧电源的插座重新连接，继续执行步骤S11；否则，成功构成所述互锁回路，执行步骤S13；步骤S13，所述互锁回路检测所述岸侧电源的相序，若所述相序为正，所述左舷岸电断路器和所述右舷岸电断路器合闸，将所述岸侧电源接入所述控制模块；否则，执行步骤S14；步骤S14，调节所述岸侧电源的相序，继续执行步骤S13。

6.根据权利要求4所述的船载岸电快速并车方法，其特征在于，所述步骤S2包括：步骤S21，所述控制模块监控各所述船侧发电机的运行状态，自动识别并车指定的所述船侧发电机；步骤S22，所述发电机参量测量模块检测所述船侧发电机的电性参数，并将所述电性参数发送至所述控制模块；步骤S23，所述控制模块将所述船侧发电机的电性参数与所述岸侧电源的电性参数进行比较计算，并对所述船侧发电机进行调频减速；步骤S24，当所述船侧发电机频率与所述岸侧电源频率的差值低于预设偏差数值时，所述岸电接入断路器合闸，所述船侧发动机停止供电。

7. 根据权利要求4所述的船载岸电快速并车方法，其特征在于，所述步骤S3包括：步骤S31，所述 控制模块对所述岸侧电源的电性参数和所述船侧发电机的电性参数进行比较计算；步骤S32，所述控制模块升高所述船侧发动机的频率并调节负荷；步骤S33，所述控制模块将所述岸侧电源供电切换至所述船侧发电机供电，完成脱网。

8.根据权利要求7所述的船载岸电快速并车方法，其特征在于，所述步骤S32具体包括：步骤S321，所述控制模块控制所述船侧发电机断路器合闸；步骤S332，所述控制模块升高所述船侧发电机的频率，所述岸侧电源功率向所述船侧发动机转移；步骤S333，当所述岸侧电源功率降低至预设功率时，所述控制模块分断所述岸电接入断路器。

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