CN208890375U - 一种船舶电网用模块化电能质量控制装置 - Google Patents

Abstract

一种船舶电网用模块化电能质量控制装置，包括驱动和主电路功率板、主控板、电压电流采样调理板、辅助电源板、接触器、断路器、开关按钮和风扇，辅助电源板与驱动和主电路功率板、主控板、电压电流采样调理板以及风扇相连；电压电流采样调理板与驱动和主电路功率板以及主控板相连；主控板与辅助电源板、驱动和主电路功率板、电压电流采样调理板、开关按钮、风扇以及接触器相连，主控板根据电压电流采样调理板获取结果控制驱动和主电路功率板输出电能质量补偿电流，同时控制接触器的断合以及风扇的启停。本实用新型实现交流负载谐波电流和无功电流的实时检测、宽频谱范围谐波电流补偿、功率因素矫正和故障自动旁路功能，具有低噪声、强电磁兼容性。

Description

一种船舶电网用模块化电能质量控制装置

技术领域

本实用新型属于船舶电网电能质量控制与能量管理领域，具体涉及一种船舶电网用模块化电能质量控制装置，适用于船舶、潜器、无人航行器、深海空间站电网电能质量控制。

背景技术

电网中的谐波，易导致电动机类负载内部产生高频磁场，引发电动机发热，增加其损耗，降低了效率，且当电动机中谐波电流频率接近于某些零部件的固有振动频率时，引发机械共振，提高噪声水平。与此同时，电网中的谐波与无功分量增加了电网的损耗与逆变器的总容量，不利于重量、体积与能耗的控制，且高频谐波若发生电压谐振，易导致电缆绝缘击穿，引发事故。

而增加连续续航力，提高安全性、环境适应性、电磁兼容性，降低振动、噪声与能耗，是船舶、潜器、无人航行器、深海空间站等航行器技术发展永恒的主题，也是其显著的技术特征。由于船舶、潜器、无人航行器、深海空间站等航行器为典型的孤岛型能量系统，电网容量与规模较小，用电设备易导致电网的谐波与无功问题，亟需电能质量控制。

传统电能质量控制装置，一方面外部接口主要采用并联方式与电网连接，且需要在负载侧安装独立的电流采样单元，增加了安装与维修难度；另一方面，未针对船舶、潜器、无人航行器、深海空间站等航行器的新型需求开展针对性设计。因此，需要研发一种功能完备、安全可靠、使用便捷的新型船舶电网用模块化电能质量控制装置，既能实现船舶等航行器电能品质的控制，又具备易安装、维修与模块化组合使用的特性，满足减振降噪、节能化、环境适应性强与电磁兼容性高的要求。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对传统并联电压型电能质量控制装置存在安装繁琐、维修难度大的不足，提供一种船舶电网用模块化电能质量控制装置，实现交流负载谐波电流和无功电流的实时检测、宽频谱范围谐波电流补偿、功率因素矫正和故障自动旁路功能，具有低噪声、低能耗、强电磁兼容性、高可靠性、高安全性、抗冲击振动等特性。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种船舶电网用模块化电能质量控制装置，包括驱动和主电路功率板、主控板、电压电流采样调理板、辅助电源板、接触器、断路器、开关按钮和风扇，辅助电源板与驱动和主电路功率板、主控板、电压电流采样调理板以及风扇相连，辅助电源板从驱动和主电路功率板获取交流220V电，经过转换后为驱动和主电路功率板、主控板、电压电流采样调理板以及风扇提供直流24V电；电压电流采样调理板与驱动和主电路功率板以及主控板相连，电压电流采样调理板用于将从驱动和主电路功率板采集电流与电压结果，并获取需要补偿的谐波与无功电流输出至主控板；主控板与辅助电源板、驱动和主电路功率板、电压电流采样调理板、开关按钮、风扇以及接触器相连，主控板用于接收开关按钮的主动指令并根据电压电流采样调理板获取的需要补偿的谐波与无功电流控制驱动和主电路功率板输出电能质量补偿电流，同时主控板也控制接触器的断合以及风扇的启停。

按上述方案，所述主控板设置CAN接口，CAN接口通过CAN通讯总线与指挥室中央控制台连接(用于机旁与远程CAN通信启动和停机)。

该船舶电网用模块化电能质量控制装置具有的功能包括：

1)负载侧电流谐波分量与无功分量的实时检测；

2)宽频谱范围谐波电流补偿与功率因素矫正，在装置容量范围内，补偿后电网电流THD<5％、单次谐波电流含量THD<3％、功率因素可矫正至1.0；

3)主控板设置CAN接口，具备机旁与远程CAN通信启动和停机功能；

4)具有完备的故障保护与报警功能，包括：1)主控板依据从电压电流采样调理板获取的信息，将控制指令发送至驱动和主电路功率板，确保注入的谐波补偿电流与功率因素矫正电流自动限制在其最大容量范围内，防止设备长时间工作于超载状态而发生损毁；2)具有直流母线过压、装置短路、过载与温度异常保护；3)发生故障后，装置通过面板上的报警指示灯发出警告，并将故障信息通过主控板中的CAN通讯总线上传至指挥室中央控制台处；4)发生故障后，主控板发出控制指令至接触器，整个控制装置自动从电源与负载系统中切出，完全不影响原负载的正常工作；

5)具有强电磁兼容性，包括：a)输出端增加三相EMI滤波器进一步衰减高频共模、差模干扰；b)优化内部关键敏感元器件的布置和走线，以减弱相互干扰；c)机箱外壳结构采用屏蔽措施减弱对外的辐射发射，并增强本装置的抗辐射干扰能力；d)重要的通讯信号线，采用屏蔽电缆，提高抗干扰能力。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、针对船舶、潜器、无人航行器、深海空间站等航行器的技术需求与特性，提供一种安全性高、环境适应性强、电磁兼容性好、振动噪声低的模块化电能质量控制装置，具备完备的故障保护与报警功能，发生故障后，装置自动从电源与负载系统中切出，完全不影响原负载的正常工作；

2、将传统并联电压型电能质量控制装置封装改进为模块化串联对外连接接口形式的船舶电网用电能质量控制装置，消除了传感器的安装环节，降低了安装与维修难度，提高了装置的可靠性；

3、装置采用小型化、模块化设计思路，对外接口只有一组三相交流输入接口与一组三相交流输出接口，便于作为独立的模块接入需要进行电能质量控制的负载支路；

4、整机采用骨架结构，箱体采用钣金件组焊而成，保证零件自身强度，结构件之间利用螺钉连接，保证连接强度；底部进线接口均采用填料函形式，保证线缆的牢固可靠；各单元内部各电气部件均采用螺栓固定，并利用锁紧条等方式实现可靠锁紧，PCB电路板进行防滑与三防设计；装置背部安装减振器，具有强电磁兼容性、抗冲击振动、低噪声等优良特性，适用于船舶等恶劣环境工况使用，符合船舶等节能、降噪要求。

附图说明

图1为本实用新型船舶电网用模块化电能质量控制装置组成框图；

图2为船舶电网用模块化电能质量控制装置改进原理框图；

图中：1-驱动和主电路功率板、2-主控板、3-电压电流采样调理板、4-辅助电源板、5-接触器、6-断路器、7-开关按钮、8-风扇。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型船舶电网用模块化电能质量控制装置，串联安装于需要进行电能质量控制的负载支路前，装置的输入接口与原负载交流配电网络连接，装置的输出接口与负载连接，包括驱动和主电路功率板1、主控板2、电压电流采样调理板3、辅助电源板4、接触器5、断路器6、开关按钮7、风扇8。

如图1所示，辅助电源板4为驱动和主电路功率板1、主控板2、电压电流采样调理板3提供24V供电，电压电流采样调理板3将负载电流与母线电压的采样结果输出至主控板2用于计算需要补偿的谐波与无功电流，主控板2接收开关按钮7的主动指令并根据计算结果控制驱动和主电路功率板1输出电能质量补偿电流。

本实用新型船舶电网用模块化电能质量控制装置工作时，包括如下操作步骤：

1)将所述模块化电能质量控制装置串联安装于需要进行电能质量控制的负载支路前，装置的输入接口与原负载交流配电网络连接，装置的输出接口与负载连接，接线过程中需切断交流配电网络供电以及所述装置内部断路器；

2)恢复交流配电网络供电，闭合所述装置内部的断路器，给装置充电，充电完成后，接触器会自动闭合；

3)按下面板绿色开机按钮，面板开机指示灯亮，所述装置自动根据需要开始谐波电流补偿与功率因素矫正；

4)设备关机时，按下面板红色关机按钮，面板开机指示灯灭，设备停止工作，此时并不影响负载从交流配电网络正常取电。

如图2所示，所述的船舶电网用模块化电能质量控制装置，将传统并联电压型电能质量控制装置封装改进为模块化串联对外连接接口形式的船舶电网用电能质量控制装置，对外连接接口只有一组三相交流输入接口(INA、INB、INC)与一组三相交流输出接口(OUTA、OUTB、OUTC)，消除了传感器的安装环节，简化了安装流程，降低了安装与维修难度，提高了装置的可靠性。装置内IN1、IN2和IN3点为电网、电流补偿矫正控制以及负载三者的公共节点，CHA、CHB和CHC为霍尔电流传感器采样点。

如图2所示，所述的船舶电网用模块化电能质量控制装置，采用小型化、模块化设计思路，方便串入需要进行电能质量控制的负载支路。

如图2所示，所述的船舶电网用模块化电能质量控制装置，具有完备的故障保护功能，补偿与矫正控制电路输出三相补偿电流，经过接触器与公共节点IN1、IN2和IN3相接，通过接触器的通断控制电能质量控制装置的投切，发生故障后，装置自动从电源与负载系统中切出，完全不影响原负载的正常工作。

本实用新型装置整机采用骨架结构，箱体采用钣金件组焊而成，保证零件自身强度，结构件之间利用螺钉连接，保证连接强度；底部进线接口均采用填料函形式，保证线缆的牢固可靠；各单元内部各电气部件均采用螺栓固定，并利用锁紧条等方式实现可靠锁紧，PCB电路板进行防滑与三防设计；装置背部安装减振器。具有抗冲击振动、低噪声的特性，适用于船舶等恶劣环境工况使用。

以上所述仅是本实用新型的典型理论实施示例，并非对本实用新型作任何形式及应用条件上的限制，本领域技术人员利用上述技术内容做出误差分布概率取值变化等些许简单修改，等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (2)

1.一种船舶电网用模块化电能质量控制装置，其特征在于：包括驱动和主电路功率板、主控板、电压电流采样调理板、辅助电源板、接触器、断路器、开关按钮和风扇，辅助电源板与驱动和主电路功率板、主控板、电压电流采样调理板以及风扇相连，辅助电源板从驱动和主电路功率板获取交流220V电，经过转换后为驱动和主电路功率板、主控板、电压电流采样调理板以及风扇提供直流24V电；电压电流采样调理板与驱动和主电路功率板以及主控板相连，电压电流采样调理板用于将从驱动和主电路功率板采集电流与电压结果，并获取需要补偿的谐波与无功电流输出至主控板；主控板与辅助电源板、驱动和主电路功率板、电压电流采样调理板、开关按钮、风扇以及接触器相连，主控板用于接收开关按钮的主动指令并根据电压电流采样调理板获取的需要补偿的谐波与无功电流控制驱动和主电路功率板输出电能质量补偿电流，同时主控板也控制接触器的断合以及风扇的启停。

2.根据权利要求1所述的船舶电网用模块化电能质量控制装置，其特征在于：所述主控板设置CAN接口，CAN接口通过CAN通讯总线与指挥室中央控制台连接。