CN206226019U - 一种船舶电压跌落抑制电气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电压跌落抑制电气系统，包括外部电源与负载，所述电压电流控制器包括电流闭环控制模块，配置一基准电流，并输出使供电电流跟随基准电流变化的一电流调节信号；电压闭环控制模块，配置一基准电压，并输出使供电电压跟随基准电压变化的一电压调节信号；电压跌落判断模块，判断电压跌落时，生成大于基准电流的第一预设电流以及小于基准电压的第一预设电压，同时将第一预设电流和第一预设电压分别代替基准电流和基准电压。船舶由岸基电源系统供电时，大负载启动导致的电流冲击与电压跌落问题。而本实用新型则可控制电压跌落的幅值，确保船舶关键用电设备的持续运行，并可将电压恢复时间缩短至400多毫秒。

Description

一种船舶电压跌落抑制电气系统

技术领域

本实用新型涉及电气系统控制领域，具体涉及一种电压跌落抑制电气系统。

背景技术

电气系统种类较多，应用较广，其中当船舶上大功率负载突然启动时，会极快的拉低岸基船舶电源的输出电压，目前的变流器通常采用变频器来顶替使用，策略多是基于电机驱动的控制策略，对电压跌落的应对时间较长，无法真正满足船舶靠岸期间的用电需要。变流器部分的控制策略通常是基于电机驱动的VVVF或者矢量控制策略，这样的策略允许电压跌落至65％(电压跌落幅值35％)，同时允许跌落的时间较长(达到数十秒)，同时电动机的负载特性单一，在欠压状态下也可长时间工作，但由于船舶上的负载有线性负载、感性负载、非线性负载、容性负载等多种特性的负载，并且船舶上如雷达、仪表、传感器或者制冷压缩机的电压稳定性要求极高，通常电压跌落时间不能超过1.5秒，跌落的幅值不能超过20％，否则这些设备均会停机，会给船舶造成经济损失及行驶安全问题。而电压跌落时间的增加，会对负载产生影响，如果是单一负载，能够允许的跌落时间较长，而如果是多种负载，那么一旦电压跌落时间增加，就会导致对电压稳定性较高的设备停机，造成安全问题。

实用新型内容

本发明的第一目的在于，提供一种电压跌落抑制船舶电气系统，解决以上技术问题；

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种船舶供电系统，包括外部电源与负载，还包括

供电管理器，耦接外部电源并输出供电电流，受控于电压调节信号和/或电流调节信号工作；

隔离变压器，耦接供电管理器接收供电电流输出一供电电压；

电压电流控制器，分别耦接隔离变压器以及供电管理器并采样供电电流和供电电压；

所述电压电流控制器包括

电流闭环控制模块，配置一基准电流，并输出使供电电流跟随基准电流变化的一电流调节信号；

电压闭环控制模块，配置一基准电压，并输出使供电电压跟随基准电压变化的一电压调节信号；

电压跌落判断模块，判断电压跌落时，生成大于基准电流的第一预设电流以及小于基准电压的第一预设电压，同时将第一预设电流和第一预设电压分别代替基准电流和基准电压。

一般而言，供电系统包括整流、逆变等功能，而通过电源管理器将输出对应功率、相位的电流、电压，而通过电压电流控制器就可以对电压和电流进行闭环控制，而闭环控制系统中，通过对基准电流和基准电压的获取，而从而调节整个系统中的输出电压和输出电流，也就是供电电压和供电电流，但是如果遇到电压跌落情况，那么通过电压跌落判断模块，将基准电压电流进行替换，该技术可预先设定励磁突变电流限定值，当电压跌落时，励磁电流会突然增大，达到设定值时，短时小幅降低输出电压，以抑制负载突增导致的大电流输出，并快速再次将电压升至额定电压值，该技术能够在550ms内将电压恢复至额定电压的80％，继而恢复至额定电压，总时间小于1.5s，通过上述技术，可以对应不同的情况进行调节，较为简单合理，且大大提高了电压抑制能力。

进一步的，所述电压电流控制器还包括延时模块，所述延时模块配置第一预设时间，当所述供电电流达到第一预设电流时，所述延时模块开始工作并将第一预设电压替代基准电压，第一预设时间到达时，所述延时模块输出复位信号，所述电压跌落判断模块受控于复位信号停止工作。通过顺序控制以及第一预设时间的设计，可以使得在短时间内进行电压基准值的替代，使得电压减小，但是需要设计电压减小时间，抑制时间不会过长。

进一步的，所述电压电流控制器还包括比较模块，所述比较模块用于比较第一预设电流和供电电流的大小，当第一预设电流等于供电电流时，所述比较模块输出许可信号，所述电压电流控制器受控于许可信号将第一预设电压代替基准电压。通过比较模块设置简单比较逻辑，保证输出电压、电流合理，方便供电以及管理。

进一步的，所述供电管理器包括变频器，所述变频器包括整流变压器、整流电路和逆变电路。

进一步的，所述供电管理器还包括正弦滤波器，所述正弦滤波器耦接于变频器与隔离变压器之间。

进一步地，所述供电管理器的输出通过线缆连接至船舶变压器。

有益效果：由于采用以上技术方案，有效解决船舶由岸基电源系统供电时，大负载启动导致的电流冲击与电压跌落问题，从而确保了岸基船舶电源的可用性。传统岸电电源，容易在船舶上的大负载启动或瞬间宕机，或电压恢复时间较长(通常十几秒至数十秒不等)，而本实用新型则可控制电压跌落的幅值，确保船舶关键用电设备的持续运行，并可将电压恢复时间缩短至400多毫秒。

附图说明

图1为系统拓扑结构示意图；

图2为调节波形图。

附图标记：100、供电管理器；110、变频器；200、电流电压控制器；210、电压跌落判断模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型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实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

参照图1，以船舶用供电系统为例，首先对船舶供电系统进行简述，

外部电源采用电网供电，所述供电管理器100包括变频器110、正弦滤波器、隔直变压器、接线柜，接线柜通过电缆连接于各个船舶，所述变频器110包括整流变压器、整流电路和逆变电路。所述变频器110包括整流变压器、整流电路和逆变电路。正弦滤波器耦接于变频器110与隔离变压器之间。每一船舶都包括两种供电系统，岸电与船电检测系统，正常情况下，通过切换方式电压跌落造成的影响，两个系统之间均设置有触点结构，方便电控切换，但目前通过该种技术，使得电压跌落现象得到抑制。

再参照图1，电流电压控制器200通过电流检测以及电压检测实现对输出的实时采样，这样一来，就可以通过瞬间判断电压跌落的情形然后就可以输出一对实际的输出电压进行调节，也就是通过改变原先的基准电压，就可以调节输出电压、电流、起到抑制电压的效果。

参照图2所示，当检测到电磁电流突变时,电流突变可通过电流尖峰检波电路实现，输出电压延迟10毫秒降低电压(半个周期)，在时间点1时开始限制电流输出，本系统采用双环检测回馈，对电压环及电流环分别监测，针对励磁电流敏锐检测，并准确检测电压的跌落与恢复幅值(不同于传统变频器110的单回馈或无回馈控制)，同时通过对逆变电路的倍率改进，电压跌落快速恢复技术，倍率级别提高变流器的载波频率，高速响应电压抬升的要求。(不同于传统变流器1kHz的载波频率，该实用新型令输出的电压波形平滑度高，并且电压恢复的时间可在毫秒级)；基于电网的恒功率输出控制(不同于传统变流器的VVVF控制或矢量控制，采用PQ控制方式，针对变流器的输出功率进行调整，确保变流器稳定工作过程中的恒功率输出)；无功与有功可控(负载突变导致的电压波动可引起多变流器并联运行时的输出不平衡，通过对无功电流与有功电流的检测与控制，实现多变流器平衡输出的功能，从而使电压波动的恢复时间缩短，而上述PQ控制技术以及VVVF控制技术均为现有的电气系统控制方式，在此不做赘述。

特别是船舶供电系统，较多负载情况，所以需要及时抑制电压跌落而保证整个供电系统不受影响，同时，避免船载电源使用发电造成污染。进一步的，所述供电管理器100的输出通过线缆连接至船舶变压器。一种电压跌落抑制电气系统，包括外部电源与负载，还包括供电管理器100，耦接外部电源并输出供电电流，受控于电压调节信号和/或电流调节信号工作；隔离变压器，耦接供电管理器100接收供电电流输出一供电电压；电压电流控制器，分别耦接隔离变压器以及供电管理器100并采样供电电流和供电电压；所述电压电流控制器包括电流闭环控制模块，配置一基准电流，并输出使供电电流跟随基准电流变化的一电流调节信号；电压闭环控制模块，配置一基准电压，并输出使供电电压跟随基准电压变化的一电压调节信号；电压跌落判断模块210，判断电压跌落时，生成大于基准电流的第一预设电流以及小于基准电压的第一预设电压，同时将第一预设电流和第一预设电压分别代替基准电流和基准电压。而电压闭环控制模块和电流闭环控制模块均为而在电压闭环控制模块和电流闭环控制模块中均有体现，而本设计增设了一个电压跌落模块，具体将采样负载电压进行采样，而对采样后的电压跌落进行判断，电压跌落可以通过下降沿检波电路实现，而电流生成的功能可以通过数模转换电路输出一第一预设电流。

一般而言，供电系统包括整流、逆变等功能，而通过电源管理器将输出对应功率、相位的电流、电压，而通过电压电流控制器就可以对电压和电流进行闭环控制，而闭环控制系统中，通过对基准电流和基准电压的获取，而从而调节整个系统中的输出电压和输出电流，也就是供电电压和供电电流，但是如果遇到电压跌落情况，那么通过电压跌落判断模块210，将基准电压电流进行替换，该技术可预先设定励磁突变电流限定值，当电压跌落时，励磁电流会突然增大，达到设定值时，短时小幅降低输出电压，以抑制负载突增导致的大电流输出，并快速再次将电压升至额定电压值，该技术能够在550ms内将电压恢复至额定电压的80％，继而恢复至额定电压，总时间小于1.5s，通过上述技术，可以对应不同的情况进行调节，较为简单合理，且大大提高了电压抑制能力。

进一步的，所述电压电流控制器还包括延时模块，所述延时模块配置第一预设时间，当所述供电电流达到第一预设电流时，所述延时模块开始工作并将第一预设电压替代基准电压，第一预设时间到达时，所述延时模块输出复位信号，所述电压跌落判断模块210受控于复位信号停止工作。通过顺序控制以及第一预设时间的设计，可以使得在短时间内进行电压基准值的替代，使得电压减小，但是需要设计电压减小时间，抑制时间不会过长。所述电压电流控制器还包括比较模块，所述比较模块用于比较第一预设电流和供电电流的大小，当第一预设电流等于供电电流时，所述比较模块输出许可信号，所述电压电流控制器受控于许可信号将第一预设电压代替基准电压。通过比较模块设置简单比较逻辑，保证输出电压、电流合理，方便供电以及管理。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型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实用新型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，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种船舶供电系统，包括外部电源与船舶负载，其特征在于，还包括

供电管理器，耦接外部电源并输出供电电流，受控于电压调节信号和/或电流调节信号工作；

隔离变压器，耦接供电管理器接收供电电流输出一供电电压；

电压电流控制器，分别耦接隔离变压器以及供电管理器并采样供电电流和供电电压；

所述电压电流控制器包括

电流闭环控制模块，配置一基准电流，并输出使供电电流跟随基准电流变化的一电流调节信号；

电压闭环控制模块，配置一基准电压，并输出使供电电压跟随基准电压变化的一电压调节信号；

电压跌落判断模块，接收供电电流，当供电电流大于第一预设电流值时，生成小于基准电压的第一预设电压，同时将第一预设电压代替基准电压。

2.根据权利要求1所述的一种船舶供电系统，其特征在于，所述电压电流控制器还包括延时模块，所述延时模块配置第一预设时间，当所述供电电流达到第一预设电流时，所述延时模块开始工作并将第一预设电压替代基准电压，第一预设时间到达时，所述延时模块输出复位信号，所述电压跌落判断模块受控于复位信号停止工作。

3.根据权利要求1所述的一种船舶供电系统，其特征在于，所述电压电流控制器还包括比较模块，所述比较模块用于比较第一预设电流和供电电流的大小，当第一预设电流等于供电电流时，所述比较模块输出许可信号，所述电压电流控制器受控于许可信号将第一预设电压代替基准电压。

4.根据权利要求1所述的一种船舶供电系统，其特征在于，所述供电管理器包括变频器，所述变频器包括整流变压器、整流电路和逆变电路。

5.根据权利要求4所述的一种船舶供电系统，其特征在于，所述供电管理器还包括正弦滤波器，所述正弦滤波器耦接于变频器与隔离变压器之间。

6.如权利要求5所述的一种船舶供电系统，其特征在于，所述供电管理器的输出通过线缆连接至船舶变压器。