CN207339293U - 一种岸电变频电源动态并网系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种岸电变频电源动态并网系统，包括岸电变频供电系统、电压频率采集元件、电流采集单元、第一锁相单元、第二锁相单元、调节器、相位控制单元、功率检测模块、电流环调节器、电压跟踪控制单元和脉宽调制器。本实用新型并网及负荷转移的控制改变了传统的并网由船侧或岸侧单一控制的并网模式，特别是在船方并网及负荷转移时，岸基电源主动参与，通过对岸基变频电源的输出电参数的采集，动态的调节输出，充分发挥主控动态响应时间极短的优势，使得并网及负荷转移更加平稳，冲击达到最小，并网及负荷转移的全过程均采用主控DSP全程监控，大大提高了并网成功率，将并网及负荷转移的冲击，同时杜绝了并网逆功率的产生。

Description

一种岸电变频电源动态并网系统

技术领域

本实用新型涉及岸电变频电源电力电子控制技术领域，特别是一种岸电变频电源动态并网系统。

背景技术

目前，随着我国岸电事业的发展，越来越多的船舶靠港使用岸电，为保证船舶在接用岸电时船舶供电的连续性，这就要求船岸并网及负荷转移能够进行无缝切换。参看图1所示，现有的并网方式通常采用将岸基电源作为稳定供电方，由船舶发电机进行主动并网，船载岸电系统根据岸基电源的输出特性，对船舶发电机的输出特性进行调整，与岸基供电电源进行匹配，当船舶发电机与岸基电源的频率、电压、相位角满足并网条件时，船载岸电系统主动并网及负荷转移。当负荷转移完成时，船载岸电系统主动切断船舶发电机或岸基供电的并网开关，使船舶负载完全由岸基电源或船舶电站供电，实现船舶电网与岸电电网的并网及负荷转移。但由于船岸并网或解列是一个动态的过程，在船、岸连接中存在众多中间环节，如隔离变压器、船载变压器、动态功率因数、负载容量的变化等因素影响，往往会造成船舶发电机与岸基电源的频率、电压、相位角的变化，导致船岸参数的产生差异、误差或存在不匹配，这些因素往往影响了并网成功概率，导致系统逆功率等的产生，其结果为会引发岸电电源保护和船舶发电机开关的异常分闸，甚至引发一些事故或危险。所以，急需一种新型的岸电并网系统，来解决现有的技术不足。

中国专利CN104467027A公开了一种智能岸电系统及并网方法，该岸电系统包括变频电源、切换网络和电抗器，变频电源包括整流模块、逆变模块、母线、变频电源控制器、通讯模块、电网采样模块；整流模块、母线、逆变模块、变频电源控制器、电网采样模块、切换网络和电抗器依次连接，电网采样模块实时获取外部船舶电网信息，并将外部船舶电网信息传输至变频电源控制器，变频电源控制器根据船舶电网信息控制切换网络切换电网制式匹配船舶电网，并生成岸电电网信息，当外部船舶电网信息与岸电电网信息相同时，变频电源控制器控制逆变模块与电抗器连接，电压稳定后，变频电源控制器通过通讯模块控制外部船舶辅机与船舶电网断开。该专利虽然涉及到船舶电网无冲击并网，但该专利方案并未考虑并网成功后船、岸两电源系统并联运行的时以及负荷转移时的动态状况，对于隔离变压器、船载变压器、动态功率、负载容量的变化等因素影响考虑并未全面，仍然存在隐患。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种岸电变频电源动态并网系统，以解决现有技术中的不足。

为了达到上述目的，本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的：

提供一种岸电变频电源动态并网系统，包括岸电变频供电系统、电压频率采集元件、电流采集单元、第一锁相单元、第二锁相单元、调节器、相位控制单元、功率检测模块、电流环调节器、电压跟踪控制单元和脉宽调制器，所述第一锁相单元的输入信号取至所述岸电变频供电系统的输出端，所述第一锁相单元的输出信号送至所述功率检测模块的输入端，所述第二锁相单元的输出信号送至所述调节器的正端，所述电压频率采集元件连接在所述岸电变频供电系统的输出端，所述电流采集单元串接在所述岸电变频供电系统的输出端与外部负载之间，所述脉宽调制器的输出端提供输入电流信号，所述岸电变频供电系统的输出信号送至所述调节器的负端，所述岸电变频供电系统的输出信号送至所述第一锁相单元的输入端，经所述第一锁相单元处理后将信号送至所述调节器的负端，所述相位控制单元的输入信号取至于所述调节器的输出端，所述相位控制单元的输出信号送至所述调节器的正端，所述功率检测模块的输入信号取至所述第一锁相单元，所述功率检测模块的输出信号送至所述电流环调节器，所述电流环调节器的输入信号取至所述功率检测模块，所述电压跟踪控制单元的输入信号取至所述调节器的输出端，所述电压跟踪控制单元的输出信号送至所述脉宽调制器，所述脉宽调制器的输入信号取至所述电压跟踪控制单元的输出端，所述脉宽调制器的输出信号送至所述岸电变频供电系统的输入端。

上述岸电变频电源动态并网系统，其中，还包括岸电变频电源动态并网控制单元，所述岸电变频供电系统包括变频电源主控板，所述岸电变频电源动态并网控制单元集成在所述变频电源主控板内。

上述岸电变频电源动态并网系统，其中，还包括电压波形生成单元，所述岸电变频供电系统的输出信号送至所述第一锁相单元的输入端，经所述第一锁相单元处理后将信号送至所述电压波形生成单元的输入端，所述电压波形生成单元的输出信号送至所述调节器的正端，所述电压波形生成单元的输入信号取至所述调节器的输出端、所述电流环调节器的输出端和所述岸电变频供电系统的输出端。

上述岸电变频电源动态并网系统，其中，还包括共用母排，所述共用母排与外部船载发电机输出端相连接，所述共用母排分别连接所述岸电变频供电系统的输出端与外部负载的输入端。

上述岸电变频电源动态并网系统，其中，所述岸电变频供电系统为单元级联型高压变频电源。

上述岸电变频电源动态并网系统，其中，所述调节器有3～5个。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

本实用新型并网及负荷转移的控制改变了传统的并网由船侧或岸侧单一控制的并网模式，在船方并网及负荷转移时，岸基电源主动参与，通过对电源的输出电参数的采集，动态的调节输出，充分发挥主控动态相应时间极短的优势，使得并网及负荷转移更加平稳，冲击达到最小，并网及负荷转移的全过程均采用主控DSP全程监控，大大提高了并网成功率，将并网及负荷转移的冲击，同时杜绝了并网逆功率的产生。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果：

图1是现有的岸电系统的连接图；

图2是本实用新型岸电变频电源动态并网系统的系统框图。

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。

在船、岸正常并网时，首先由船载岸电系统对岸基变频电源的电压、频率、相位进行检测，并根据岸电参数调整船舶发电机的输出参数，进行同期，当船岸参数满足并网条件时，船载岸电系统合闸船载岸电开关，实现船、岸电源并网，船、岸电源并联运行，船载岸电系统调节发电机参数，进行负荷转移，当负载转移完成时，分闸发电机或岸电连接开关，完成船岸连接。这个过程理论上是一个平稳的过程，但在实际并网过程中往往会出现并网畸变、颠覆，对发电机，船舶负载及变频电源均会产生一定的影响，这就需要变频电源控制系统在并网及负荷转移过程中主动监控，异常时及时进行干预，顺利平稳地完成并网及负荷转移。

参考图2所示，本实用新型岸电变频电源动态并网系统包括岸电变频供电系统1、电压频率采集元件2、电流采集单元3、岸电变频电源动态并网控制单元、第一锁相单元4、第二锁相单元5、调节器6、相位控制单元7、功率检测模块8、电流环调节器9、电压波形生成单元10、电压跟踪控制单元11、脉宽调制器12和共用母排13，第一锁相单元4的输入信号取至岸电变频供电系统1的输出端，第一锁相单元4的输出信号送至功率检测模块8的输入端，第二锁相单元5的输出信号送至调节器6的正端，岸电变频供电系统1包括变频电源主控板，电压频率采集元件2连接在岸电变频供电系统1的输出端，电流采集单元3串接在岸电变频供电系统1的输出端与外部负载之间，岸电变频电源动态并网控制单元集成在变频电源主控板内，用于实时数据采集，动态监测船、岸并网状况，包括电压频率计算、电压相位计算、电压幅值计算、输出功率计算、频率调节量计算元以及功率模块控制输出。脉宽调制器12的输出端提供输入电流信号，岸电变频供电系统1的输出信号送至调节器6的负端，岸电变频供电系统1的输出信号送至第一锁相单元4的输入端，经第一锁相单元4处理后将信号送至电压波形生成单元10的输入端以及调节器6的负端，相位控制单元7用于对调节器6的输出相位进行控制，相位控制单元7的输入信号取至于调节器6的输出端，相位控制单元7的输出信号送至调节器6的正端，功率检测模块8的输入信号取至第一锁相单元4，第一锁相单元4用于检测共用母排功率相位并进行跟踪，第二锁相单元5用于检测PWM输出端的电压相位并进行跟踪，功率检测模块8的输出信号送至电流环调节器9，电流环调节器9用于对功率检测模块8的电流环进行调节，电流环调节器9的输入信号取至功率检测模块8，矢量计算主动适应并网方式，电流环调节器9的输出信号送至电压波形生成单元10，电压波形生成单元10的输入信号取至调节器6的输出端、电流环调节器9的输出端和岸电变频供电系统1输出端，电压波形生成单元10的输出信号送至调节器6的正端，电压跟踪控制单元11的输入信号取至调节器6的输出端，电压跟踪控制单元11的输出信号送至脉宽调制器12，脉宽调制器12用来生成正弦波形调制信号，脉宽调制器12的输入信号取至电压跟踪控制单元11的输出端，脉宽调制器12的输出信号送至岸电变频供电系统1的输入端，共用母排13与外部船载发电机输出端相连接，共用母排13分别连接岸电变频供电系统1的输出端与外部负载的输入端。本技术方案中，岸电变频供电系统1为单元级联型高压变频电源，调节器6有3个。

工作时，1)功率检测模块通过对岸电变频供电系统输出端功率信号实时检测，准确判断动态功率大小；2)电流环调节，当动态功率发生异常时，功率检测模块的反馈信号经过电流环调节器精确调节，控制输出电压跟踪输出共用汇流排的电压、频率，从而有效的控制有功电流的方向与大小，最终动态调整电压波形输出，控制功率的大小、方向；3)智能退出，当功率无异常波动时，功率检测模块不到“非”周期增量时，电流环调节器智能退出，不在对电压波形进行调整；4)在所述的步骤1)、2)和3)中，通过第一锁相单元以及第二锁相单元实时跟踪岸电变频供电系统输出端电压和功率的频率和相位，并通过3个调节器对电压跟踪控制单元实时控制，以避免岸电变频电源在并网过程中由于负载及其他外部原因引起的电压及电流的非正常剧烈波动。

本实用新型并网及负荷转移的控制改变了传统的并网由船侧或岸侧单一控制的并网模式，在船方并网及负荷转移时，岸基电源主动参与，通过对电源的输出电参数的采集，动态的调节输出，充分发挥主控动态相应时间极短的优势，使得并网及负荷转移更加平稳，冲击达到最小，并网及负荷转移的全过程均采用主控DSP全程监控，大大提高了并网成功率，控制并网及负荷转移过程中的冲击，同时也杜绝了并网逆功率的产生。

Claims (6)

1.一种岸电变频电源动态并网系统，其特征在于，包括岸电变频供电系统、电压频率采集元件、电流采集单元、第一锁相单元、第二锁相单元、调节器、相位控制单元、功率检测模块、电流环调节器、电压跟踪控制单元和脉宽调制器，所述第一锁相单元的输入信号取至所述岸电变频供电系统的输出端，所述第一锁相单元的输出信号送至所述功率检测模块的输入端，所述第二锁相单元的输出信号送至所述调节器的正端，所述电压频率采集元件连接在所述岸电变频供电系统的输出端，所述电流采集单元串接在所述岸电变频供电系统的输出端与外部负载之间，所述脉宽调制器的输出端提供输入电流信号，所述岸电变频供电系统的输出信号送至所述调节器的负端，所述岸电变频供电系统的输出信号送至所述第一锁相单元的输入端，经所述第一锁相单元处理后将信号送至所述调节器的负端，所述相位控制单元的输入信号取至于所述调节器的输出端，所述相位控制单元的输出信号送至所述调节器的正端，所述功率检测模块的输入信号取至所述第一锁相单元，所述功率检测模块的输出信号送至所述电流环调节器，所述电流环调节器的输入信号取至所述功率检测模块，所述电压跟踪控制单元的输入信号取至所述调节器的输出端，所述电压跟踪控制单元的输出信号送至所述脉宽调制器，所述脉宽调制器的输入信号取至所述电压跟踪控制单元的输出端，所述脉宽调制器的输出信号送至所述岸电变频供电系统的输入端。

2.根据权利要求1所述岸电变频电源动态并网系统，其特征在于，还包括岸电变频电源动态并网控制单元，所述岸电变频供电系统包括变频电源主控板，所述岸电变频电源动态并网控制单元集成在所述变频电源主控板内。

3.根据权利要求1所述岸电变频电源动态并网系统，其特征在于，还包括电压波形生成单元，所述岸电变频供电系统的输出信号送至所述第一锁相单元的输入端，经所述第一锁相单元处理后将信号送至所述电压波形生成单元的输入端，所述电压波形生成单元的输出信号送至所述调节器的正端，所述电压波形生成单元的输入信号取至所述调节器的输出端、所述电流环调节器的输出端和所述岸电变频供电系统的输出端。

4.根据权利要求3所述岸电变频电源动态并网系统，其特征在于，还包括共用母排，所述共用母排与外部船载发电机输出端相连接，所述共用母排分别连接所述岸电变频供电系统的输出端与外部负载的输入端。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述岸电变频电源动态并网系统，其特征在于，所述岸电变频供电系统为单元级联型高压变频电源。

6.根据权利要求5所述岸电变频电源动态并网系统，其特征在于，所述调节器有3～5个。