本发明专利技术设计了一种适用于船舶发电机的电压与无功功率综合控制系统。该系统在发电机与母排之间设置了输出电抗器，通过检测发电机端电压、输出电流以及母排电压，计算出发电机的有功功率与无功功率。利用母排电压调节器、无功功率调节器以及发电机电压调节器AVR三重调节回路，综合控制发电机电压和无功功率，有效改善电网电压与无功功率分配的动静态控制性能。即使并联发电机的型号、容量不一致，这种综合控制系统也能获得良好的控制效果，抑制并联发电机之间环流，提升船舶电力系统稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发电机励磁电流自动控制技术，尤其涉及并联运行船舶发电机电压与 无功功率的综合控制，确保电网电压恒定、无功功率合理分配，提高船舶电力系统稳定性。 技术背景 对于船舶电力系统而言，负载变动是造成电压波动和无功功率分配变化的主要原 因，为此，每台发电机都配置一套调压器(AVR) JVR根据发电机的运行工况和负载变化，自 动调节励磁电流，以维持发电机输出端电压稳定。同时，利用AVR的电压-无功功率下倾特 性，即发电机端电压随无功功率输出增加而略有下降，实现并联发电机之间的无功功率分 配。然而，这种传统的AVR存在明显的不足，各AVR之间缺乏信号通信，并且各AVR和发电机的 电磁参数存在差异，并联发电机功率因数不能保持一致，尤其电网负荷剧烈波动时，并联发 电机之间存在大量环流，甚至导致发电机跳闸与全船失电。
技术实现思路
针对上述现状与相关技术存在的问题，本专利技术设计了一种适用于船舶发电机的电 压与无功功率综合控制系统。该系统在发电机与母排之间设置了输出电抗器，通过检测发 电机端电压、输出电流以及母排电压，计算出发电机的有功功率与无功功率。利用母排电压 调节器、无功功率调节器以及AVR三重调节回路，综合控制发电机电压和无功功率，有效改 善电网电压与无功功率分配的动静态控制性能。即使并联发电机的型号、容量不一致，这种 综合控制系统也能获得良好的控制效果，抑制并联发电机之间环流，提升船舶电力系统稳 定性。 本专利技术船舶发电机电压与无功功率综合控制系统的具体技术方案如下： -种船舶发电机电压与无功功率综合控制系统，由三重调节回路组成，最内层是η 个并联发电机AVR端电压调节回路，η为并联发电机数量，时间常数τν为0.5s;中间层是多输 入多输出无功功率调节回路，时间常数^为1~5s;最外层是母排电压调节回路，时间常数τ Β 为IOs;其特征在于，中间层包括乘法器、无功功率动态解耦矩阵单元、无功功率调节器对角 矩阵单元、信号采集和有功功率与无功功率计算单元、以及发电机运行极限对角矩阵存储 单元；中间层的信号采集和有功功率与无功功率计算单元采集发电机端电压％(%，···，￥")、 母排电压Vb以及发电机输出电流，经信号处理后计算出各发电机的有功与无功功率;发电 机运行极限对角矩阵存储单元的运行极限对角矩阵表示各发电机的运行极限区域， 存储在系统的内存之中；根据发电机有功功率P与端电压V，对照运行极限对角矩阵， 计算出发电机的无功功率极限值Qlim+或Qlim -，并以矢量表不;无功功率水平指 令qlev表示控制系统对各发电机无功功率的期望值，以相对于无功功率极限值的百分数表 不;无功功率水平指令qiev乘以无功功率极限矢量，得到无功功率设定值矢量 ，即各发电机无功功率设定值;通过无功功率动态解耦矩阵单元，将无功功率设定值 矢量等效的多输入-多输出(ΜΙΜΟ)回路动态解耦为单输入-单输出（SISO)回路，并传 输至无功功率调节器对角矩阵单元的对角矩阵中；无功功率调节器对角矩阵单元通 过其对角矩阵中对应的每个无功功率调节器向对应的AVR输出电压校正信号，根据 无功功率的需求增加或降低AVR的电压设定值无功功率调节器，从而控制各发电机无功功 率和母排电压。【附图说明】 图1船舶发电机电压无功综合控制系统结构示意图 其中，1为母排电压调节器;2为乘法器;3为无功功率动态解耦矩阵单元;4为无功 功率调节器对角矩阵单元;5为信号采集和有功功率与无功功率计算单元;6为发电机运行 极限对角矩阵存储单元;AVRl~AVRn为各发电机电压调节器;V^V n为各发电机端电压;X1 ~χη为各发电机输出电抗器的电抗值;Q为无功功率矢量，表示各发电机无功功率;P为有功 功率矢量，表不各发电机有功功率;V为端电压矢量，表不各发电机端电压；为 无功功率极限矢量，表示各发电机的无功功率极限值;VBrrf为母排电压设定值;C ile3v为无功 功率水平指令;为无功功率设定值矢量，表示各发电机无功功率设定值。【具体实施方式】 1)系统结构 船舶发电机电压与无功功率综合控制系统，如图1所示，由三重调节回路组成：最 内层是各台发电机AVR的端电压调节回路，时间常数τ ν约0.5s;中间层是多输入多输出 (ΜΙΜΟ)无功功率调节回路，时间常数^约1~5s;最外层是母排电压调节回路，时间常数τ Β约 l〇s。"信号采集PQ计算"单元采集发电机端电，…，Vn)、母排电压Vb以及发电机输出 电流，经信号处理后计算出各发电机的有功与无功功率。运行极限对角矩阵表示各发 电机的运行极限区域，存储在系统的内存之中。根据发电机有功功率P与端电压V，对照对角 矩阵，计算出发电机的无功功率极限值Qi im+或Qiim-。 从母排电压调节器和无功功率调节器的角度而言，AVR可以看作调节发电机端电 压的执行器，其动态性能可用其时间常数τ ν衡量。集成式无功功率调节器对角矩阵 控制各发电机无功功率。无功功率水平指令qiev表示控制系统对各发电机无功功率的期望 值，以相对于无功功率极限值的百分数表示。各发电机的无功功率极限值利用运行极限对 角矩阵和发电机P和V获得，并以矢量表示。无功功率水平指令qiev乘以无 功功率极限矢量，可得到无功功率设定值矢量，即各发电机无功功率设 定值。对角矩阵中每个无功功率调节器向对应的AVR输出电压校正信号，根据无功功 率的需求增加或降低AVR的电压设定值。 2)工作原理 为了简仆令妍付iS ·效略阳丨Φ电流。各发电机输出的无功功率为：⑴. 式中，1为发电机端电压(标幺值），约等于1;VB为母排电压(标幺值为发电机 输出电抗器的电抗值。 母排电压与各发电机电压之间的关系可表示为： ⑵ 式中，n为并联发电机数量;Xe3为船舶电网全部负载的等效电抗。 将（1)和(2)以偏差量表示，可得： (3) .(4) 可见，因端电压偏差△ V1导致发电机无功功率偏差△ 关系可表示为：<5) 可见，电气参数Xt和^耦合了各并联发电机的无功功率偏差AQ1和端电压偏差Δ V 1，因此，（5)式可以用矩阵表示为： = X (6) 式中，为无功功率偏差矢量；为端电压偏差矢量；为电气参数耦合 矩阵，其元素为： (7) zV-j· 将（6)改写为： = X (8) 式中，定义为动态解耦矩阵，是电气参数耦合矩阵的逆矩阵，可直接通过 电路计算得到：:(9:) 将(3)代入(9)，可得：(610) 可见，从（10)可得到动态解耦矩阵，其元素为：(11) 无功功率调节器对角矩阵传递函数可定义为：(12) 动态解耦矩阵的作用是，将无功功率调节的多输入-多输出(ΜΙΜΟ)回路动态 解耦为单输入-单输出（SISO)回路。解耦后得到的每个回路对应一台发电机，它们具有相同 的传递函数：(丨3) 采用动态解耦矩阵，可以大大简化综合控制系统结构，同时有效增强船舶电 力系统的稳定性和鲁棒性。【主权项】1.一种船舶发电机电压与无功功率综合控制系统，由三重调节回路组成，最内层是η个 并联发电机AVR端电压调节回路，η为并联发电机数量，时间常数τν为〇.5s;中间层是多输入 多输出无功功率调节回路，时间常数tq为1~5s;最外层是母排电压调节回路，时间常数τ Β为 l〇s本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种船舶发电机电压与无功功率综合控制系统，由三重调节回路组成，最内层是n个并联发电机AVR端电压调节回路，n为并联发电机数量，时间常数τv为0.5s；中间层是多输入多输出无功功率调节回路，时间常数τQ为1～5s；最外层是母排电压调节回路，时间常数τB为10s；其特征在于，中间层包括乘法器、无功功率动态解耦矩阵单元、无功功率调节器对角矩阵单元、信号采集和有功功率与无功功率计算单元、以及发电机运行极限对角矩阵存储单元；中间层的信号采集和有功功率与无功功率计算单元采集发电机端电压Vi(V1，…，Vn)、母排电压VB以及发电机输出电流，经信号处理后计算出各发电机的有功与无功功率；发电机运行极限对角矩阵存储单元的运行极限对角矩阵[PVL]表示各发电机的运行极限区域，存储在系统的内存之中；根据发电机有功功率P与端电压V，对照运行极限对角矩阵[PVL]，计算出发电机的无功功率极限值Qlim+或Qlim‑，并以矢量[Qlim+/Qlim‑]表示；无功功率水平指令qlev表示控制系统对各发电机无功功率的期望值，以相对于无功功率极限值的百分数表示；无功功率水平指令qlev乘以无功功率极限矢量[Qlim+/Qlim‑]，得到无功功率设定值矢量[Qref]，即各发电机无功功率设定值；通过无功功率动态解耦矩阵单元，将无功功率设定值矢量[Qref]等效的多输入‑多输出(MIMO)回路动态解耦为单输入‑单输出(SISO)回路，并传输至无功功率调节器对角矩阵单元的对角矩阵[GRPR]中；无功功率调节器对角矩阵单元通过其对角矩阵[GRPR]中对应的每个无功功率调节器向对应的AVR输出电压校正信号，根据无功功率的需求增加或降低AVR的电压设定值无功功率调节器，从而控制各发电机无功功率和母排电压。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：沈爱弟，高迪驹，刘昭，褚建新，黄细霞，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。