变频变压电源智能逆功率控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种变频变压电源智能逆功率控制系统及控制方法，所述控制系统包括输出功率计算单元、频率调节量计算单元、电压频率计算单元、电压相位计算单元、电压幅值计算单元以及功率模块控制单元，其中：所述输出功率计算单元，用于计算输出功率；所述频率调节量计算单元，用于计算频率调节量；所述电压频率计算单元，用于计算三相电压输出频率；所述电压相位计算单元，用于获得三相电压输出相位；所述电压幅值计算单元，用于计算输出电压幅值；所述功率模块控制单元，用于控制所述变频变压电源的各个功率模块。本发明专利技术通过控制变频变压电源的输出电压的频率、相位和幅值，从而避免岸电电源与船舶配电系统进行带电切换时的逆功率的发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变频变压设备，更具体地说，涉及一种变频变压电源智能逆功率控制系统和控制方法。
技术介绍
变频变压电源是将市电通过功率变换电路转变为人们所需的电压和频率的一种电源，如今，已在各行各业有着广泛的应用。船舶在港区航行及靠港期间，主要利用辅机发电机来满足用电需求，该过程中辅机发电机需燃烧大量的燃油(大多为柴油和重油)来工作。由于消耗燃油会产生大量的CO2及其他的污染排放，从而对沿海港口造成污染，严重影响了港口人民的生活。岸基供电技术是将陆地上的电源给停靠在港口或者码头的船舶供电，这种供电技术能够有效减少船舶靠港期间的污染。目前世界上的岸电主要有60Hz和50Hz港口电网，分别向60Hz和50Hz的船舶电网直接供电，都不涉及变频变压技术。由于我国高压电网采用的频率和电压分别10kV/50Hz或者6kV/50Hz，而大部分船舶供电采用的是6.6kV/60Hz。如果直接将50Hz的电源接入船舶设备，会使设备的整体效率下降30％。为提高岸基供电效率，通常采用单元级联型高压变频变压电源为船舶配电系统供电。单元级联型高压变频变压电源是专门针对船上、岸边码头等高温、高湿、高腐蚀性、大负荷冲击等恶劣使用环境而特别设计制造的大功率变频变压电源设备，该电源的每相通过多个低压功率模块串联，从而形成高压直接输出。目前，单元级联型高压变频变压电源已应用于船上、船舶制造及修理厂、远洋钻井平台、岸边码头等需要由50Hz工业用电变为60Hz高质量稳频稳压
电源，以对船舶用电设备进行供电的场合。然而，由于许多船舶在靠港后，要求由岸基供电时船上不停电，码头船舶岸基电源与船舶配电系统需进行带电连接方式切换。由于船舶配电系统与岸基电源之间除了安全联锁信号外，没有其他信号交互，自动化程度低，因此岸基电源连接船舶配电系统切换时，变频变压电源根据命令要求输出电压/频率，其通过输出滤波、隔离、接口箱、船上进线柜等，直接送至船载的变频变压电源配电柜，同期屏根据采集到的信息，显示电源的相序、频率、幅值、相位等信息，自动判断是否具备并网条件，通过调整发电机的发电信息，直至具备并网条件后将变频变压电源接入；成功并网后，发电机减小输出功率，负载自动逐渐转移至岸基电源供电，切换完成后，发电机退出工作(即被动切换)。在岸基电源被动切换并网过程中，由于并网时的岸基电源的三相输出电压幅值、三相输出电压相位、三相输出电压频率与船舶发电机的三相输出电压幅值、三相输出电压相位、三相输出电压频率的差异，造成岸基电源输出功率逆向流入的情况，并导致高压岸基电源单元内部过压故障，严重时甚至造成功率器件的损坏。如图1所示，是逆功率产生相量图，是变频变压电源输出电压矢量，是船舶发电机电源输出电压矢量，是变频变压电源输出电流矢量。当船舶发电机电源输出电压矢量超前变频变压电源输出电压矢量时，变频变压电源输出电压矢量与变频变压电源输出电流矢量相位角度大于90°，根据功率计算公式：此时，P<0，变频变压电源处于逆功率状态。如图1所示，id是电流矢量按电压矢量定向后分解得到的有功电流分量，iq是电流矢量按电压矢量定向后分解得到的无功电流分量，但变频变压电源系统处于逆功率状态时，有功电流分量id<0。图1仅列出一种逆功率状态，其它几种逆功率状态相量图与图1类似。针对上述逆功率的问题，通常可在变频变压电源内部加装制动吸收装置，从而在出现逆功率工况、单元母线电压升高时，变频变压电源内部通过电压检测，自动将制动装置加入，吸收这部分逆功率，从而有效的吸收逆功率。但该方案增加了系统的成本，同时增加了高压变频变压电源装置的体积，并增加了
系统散热等。此外，也可通过使用四象限回馈单元来解决逆功率问题：将逆向功率通过可控整流单元自动回馈到电网。但该方案由于增加了可控整流单元，使得系统硬件成本大大增加，并且控制系统过于复杂不易于实现，整机故障率也会提高。由于通常仅在岸基电源与船舶配电系统进行带电切换、负载转移的过程中出现船舶发电系统向码头船舶岸电设施输送电能，而在变频变压电源给船舶正常供电期间很少出现逆功率问题，以上两种方法无疑大大增加了系统成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对上述在岸基电源与船舶配电系统进行带电切换的过程中可能会出现反向输送电能的问题，提供一种变频变压电源智能逆功率控制系统及控制方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是，提供一种变频变压电源智能逆功率控制系统，所述变频变压电源为单元级联型高压变频变压电源，所述控制系统包括输出功率计算单元、频率调节量计算单元、电压频率计算单元、电压相位计算单元、电压幅值计算单元以及功率模块控制单元，其中：所述输出功率计算单元，用于根据所述变频变压电源的输出电流和输出电压计算输出功率；所述频率调节量计算单元，用于在所述输出功率为负向功率时，根据所述变频变压电源的输出电流获得逆功率反馈电流，并根据逆功率指令电流和逆功率反馈电流计算频率调节量；所述电压频率计算单元，用于根据所述频率调节量计算三相电压输出频率；所述电压相位计算单元，用于根据三相电压输出频率获得三相电压输出相位；所述电压幅值计算单元，用于根据输出指令电压幅值和反馈的输出电压幅值计算输出电压幅值；所述功率模块控制单元，用于根据所述三相电压输出频率、三相电压输出相位以及输出电压幅值控制所述变频变压电源的各个功率模块。在本专利技术所述的变频变压电源智能逆功率控制系统中，所述频率调节量计算单元通过第一PI调节器经以下运算获得频率调节量Δf： Δ f = ( k p + k i s ) ( i r e f - i f d b ) , ]]>其中，kp为第一PI调节器的比例系数，ki为第一PI调节器的积分系数，iref为逆功率指令电流，ifdb为逆功率反馈电流，为第一PI调节器的传递函数中的积分项。在本专利技术所述的变频变压电源智能逆功率控制系统中，所述电压频率计算单元通过以下计算式计算获得三相电压输出频率：f1＝f+Δf，其中f为三相电压指令频率，f1为输出电压频率；所述电压相位计算单元通过以下计算式计算获得三相电压输出相位：θu＝∫ωdt，其中，ω＝2πf1。在本专利技术所述的变频变压电源智能逆功率控制系统中，所述电压幅值计算单元通过第二PI调节器经以下计算获得输出电压幅值： V k = ( k p + k i s 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变频变压电源智能逆功率控制系统，所述变频变压电源为单元级联型高压变频变压电源，其特征在于：所述控制系统包括输出功率计算单元、频率调节量计算单元、电压频率计算单元、电压相位计算单元、电压幅值计算单元以及功率模块控制单元，其中：所述输出功率计算单元，用于根据所述变频变压电源的输出电流和输出电压计算输出功率；所述频率调节量计算单元，用于在所述输出功率为负向功率时，根据所述变频变压电源的输出电流获得逆功率反馈电流，并根据逆功率指令电流和逆功率反馈电流计算频率调节量；所述电压频率计算单元，用于根据所述频率调节量计算三相电压输出频率；所述电压相位计算单元，用于根据三相电压输出频率获得三相电压输出相位；所述电压幅值计算单元，用于根据输出指令电压幅值和反馈的输出电压幅值计算输出电压幅值；所述功率模块控制单元，用于根据所述三相电压输出频率、三相电压输出相位以及输出电压幅值控制所述变频变压电源的各个功率模块。

【技术特征摘要】
1.一种变频变压电源智能逆功率控制系统，所述变频变压电源为单元级联型高压变频变压电源，其特征在于：所述控制系统包括输出功率计算单元、频率调节量计算单元、电压频率计算单元、电压相位计算单元、电压幅值计算单元以及功率模块控制单元，其中：所述输出功率计算单元，用于根据所述变频变压电源的输出电流和输出电压计算输出功率；所述频率调节量计算单元，用于在所述输出功率为负向功率时，根据所述变频变压电源的输出电流获得逆功率反馈电流，并根据逆功率指令电流和逆功率反馈电流计算频率调节量；所述电压频率计算单元，用于根据所述频率调节量计算三相电压输出频率；所述电压相位计算单元，用于根据三相电压输出频率获得三相电压输出相位；所述电压幅值计算单元，用于根据输出指令电压幅值和反馈的输出电压幅值计算输出电压幅值；所述功率模块控制单元，用于根据所述三相电压输出频率、三相电压输出相位以及输出电压幅值控制所述变频变压电源的各个功率模块。2.根据权利要求1所述的变频变压电源智能逆功率控制系统，其特征在于：所述频率调节量计算单元通过第一PI调节器经以下运算获得频率调节量Δf： Δ f = ( k p + k i s ) ( i r e f - i f d b ) , ]]>其中，kp为第一PI调节器的比例系数，ki为第一PI调节器的积分系数，iref为逆功率指令电流，ifdb为逆功率反馈电流，为第一PI调节器的传递函数中的积分项。3.根据权利要求1所述的变频变压电源智能逆功率控制系统，其特征在于：所述电压频率计算单元通过以下计算式计算获得三相电压输出频率：f1＝f+Δf，其中f为三相电压指令频率，f1为输出电压频率；所述电压相位计算单元通过以下计算式计算获得三相电压输出相位：θu＝∫ωdt，其中，ω＝2πf1。4.根据权利要求1所述的变频变压电源智能逆功率控制系统，其特征在于：
\t所述电压幅值计算单元通过第二PI调节器经以下计算获得输出电压幅值： V k = ( k p + k i s ) ( V r e f - V f d b ) , ]]>其中，kp为第二PI调节器的比例系数，ki为第二PI调节器的积分系数，Vref为输出电压指令，Vfdb为输出电压反馈，Vk为调节器输出得到的电压指令值，为第二PI调节器的传递函数中的积分项。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡准，
申请(专利权)人：苏州汇川技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32