一种具有岸电和能量回馈功能的复合电源制造技术

本发明专利技术公开了一种具有岸电和能量回馈功能的复合电源，包括整流器、逆变器、切换开关和控制器；所述控制器在船舶上的用电负载运行时，控制所述切换开关连通岸电输出通路，并控制所述逆变器逆变输出与岸电电源相同电压、相同频率的交流电源，通过岸电输出通路输出至所述船舶，为船舶上的用电负载供电；当船舶上的用电负载停止运行时，控制所述切换开关连通电网输出通路，并控制所述逆变器逆变输出与电网电源同频、同相、同幅值的交流电源，通过电网输出通路并入电网。本发明专利技术的复合电源将岸电电源和能量回馈电源复合成一个装置，使其拥有岸电和能量回馈设备的双重功能，在保障靠港船舶正常用电的同时，减少了不必要的能源浪费，具有明显的节能效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于交流供电设备
，具体地说，是涉及一种可以将岸电电源和能量回馈电源集成到一个设备中的复合型电源。
技术介绍
目前的绝大多数船舶在海上作业时，都是利用船舶上配置的柴油发电机组产生的电能为船舶上的用电负载供电。由于柴油发电机组在运转过程中会产生大量的废气排放，因此在船舶停靠码头时，会对港区环境造成严重的污染。为了保护港区环境，现有的解决方案是“油改电技术”，即“岸电技术”。岸电技术是指船舶停靠在码头时，停止船舶上的柴油发电机组的运转，将船舶用电改由岸电电站提供，以降低港区废气的排放量。目前的岸电电站为靠港船舶提供的供电电源通常为440V/60Hz的岸电电源，由于岸电电站的发电量是固定的，若船舶上的用电负载停止运行，则岸电电站发出的电能将无法得到利用，只能白白的消耗掉，从而造成能源的不必要浪费。
技术实现思路
本专利技术针对现有的岸电电源在靠港船舶上的用电负载停止运行时所存在的电能浪费问题，提出了一种兼具有岸电和能量回馈功能的复合电源，该复合电源可以在靠港船舶上的用电负载需要用电时，作为岸电电源为船舶上的用电负载供电；而在船舶上的用电负载停止运行时，可以将岸电电源的剩余电能回馈到电网中，以解决能源浪费的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种具有岸电和能量回馈功能的复合电源，包括接收三相交流输入电源并整流成直流电压输出的整流器、接收所述整流器输出的直流电压并逆变成交流电源输出的逆变器、连接在岸电输出通路和电网输出通路中用于对两条输出通路的通断状态进行选择切换的切换开关、以及根据船舶上用电负载的运行状况对所述逆变器和切换开关进行控制的控制器；其中，当船舶上的用电负载运行时，所述控制器控制所述切换开关连通岸电输出通路，并控制所述逆变器逆变输出与岸电电源相同电压、相同频率的交流电源，通过所述岸电输出通路输出至所述船舶，为所述船舶上的用电负载供电；当船舶上的用电负载停止运行时，所述控制器控制所述切换开关连通电网输出通路，并控制所述逆变器逆变输出与电网电源同频、同相、同幅值的交流电源，通过所述电网输出通路并入电网。优选的，在所述逆变器中包括有三相全桥逆变电路以及与所述三相全桥逆变电路的三个输出端一一对应连接的三组L型感容滤波电路，所述三相全桥逆变电路接收所述整流器整流输出的直流电压，逆变成三相交流电压，分别通过所述的L型感容滤波电路滤波后，输出所述的交流电源。为了在所述复合电源工作在岸电状态时，通过所述逆变器能够输出靠港船舶所需的岸电电源，所述控制器在船舶上的用电负载运行时，根据所述三相全桥逆变电路输出的三相交流电压的幅值UL、输出频率f、滤波后的电容瞬时电压和电感瞬时电流以及所述逆变器输出的有功功率P，生成六路调制脉冲信号，输出至所述逆变器，控制所述逆变器逆变输出与岸电电源相同电压、相同频率的交流电源，过程如下：(1)计算输出电压参考值U*和输出频率参考值f*，计算公式如下： U * = U n + P n - P ′ m ]]> f * = f n + Q * n ; ]]>其中，Un为所述岸电电源在额定功率下的输出电压的幅值；Pn为所述岸电电源的额定输出功率；fn为所述岸电电源的额定输出频率；Q*为给定的无功功率；P'为给定的有功功率P*与所述P的差值经比例积分运算后的有功功率；m为有功功率的下垂系数，n为无功功率的下垂系数，利用以下计算公式求得： m = P m a x - P n U n - U min ]]> n = Q m a x f m a x - f n ; ]]>式中，Pmax为岸电电源在电压下降时允许输出的最大功率；Qmax为岸电电源达到频率最大允许值时输出的无功功率；Umix为岸电电源允许的最小电压幅值；fmax为岸电电源允许输出的最大频率；(2)对所述U*与UL的差值进行比例积分运算，生成电压变化量UL'；对所述f*与f的差值进行比例积分运算，生成频率变化量f'；对所述UL'和f'进行dq变换，生成d轴参考分量uLd*和q轴参考分量uLq*；(3)对滤波后的电容瞬时电压uLa、uLb、uLc进行dq变换，生成d轴电压分量uLd和q轴电压分量uLq；计算所述uLd*与uLd的差值，并进行比例积分运算后，生成d轴电流参考分量iLd*；计算所述uLq*与uLq的差值，并进行比例积分运算后，生成q轴电流参考分量iLq*；(4)对滤波后的电感瞬时电流iLa、iLb、iLc进行dq变换，生成d轴电流分量iLd和q轴电流分量iLq；计算所述iLd*与iLd的差值，并进行比例积分运算后，生成d轴调制分量usd*；计算所述iLq*与iLq的差值，并进行比例积分运算后，生成q轴调制分量usq*；(5)对所述usd*、usq*进行αβ变换，生成α轴分量uα*和β轴分量uβ*；(6)根据所述uα*、uβ*生成六路调制脉冲信号，输出至所述逆变器，对所述逆变器中的六路开关管进行通断控制。其中，所述岸电电源可以为440V/60Hz三相交流电源。为了在所述复合电源工作在能量回馈状态时，通过所述逆变器能够输出与电网同频、同相、同幅值的电网电源，所述控制器在船舶上的用电负载停止运行时，根据所述逆变器输出的交流电源的三相电压Ulda、Uldb、Uldc和三相电流Ilda、Ildb、Ildc以及所述感容滤波电路中电感的电感量Lf和电网电压的角速度ω，生成六路调制脉冲信号，输出至所述逆变器，控制所述逆变器逆变输出与电网电源同频、同相、同幅值的交流电源，过程如下：(1)对所述三相电压Ulda、Uldb、Uldc进行dq变换，解耦生成d轴电压分量Uldd和q轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有岸电和能量回馈功能的复合电源，其特征在于，包括：整流器，接收三相交流输入电源，并整流成直流电压输出；逆变器，接收所述整流器输出的直流电压，并逆变成交流电源输出；切换开关，连接在岸电输出通路和电网输出通路中，用于对两条输出通路的通断状态进行选择切换；控制器，根据船舶上用电负载的运行状况对所述逆变器和切换开关进行控制；其中，当船舶上的用电负载运行时，所述控制器控制所述切换开关连通岸电输出通路，并控制所述逆变器逆变输出与岸电电源相同电压、相同频率的交流电源，通过所述岸电输出通路输出至所述船舶，为所述船舶上的用电负载供电；当船舶上的用电负载停止运行时，所述控制器控制所述切换开关连通电网输出通路，并控制所述逆变器逆变输出与电网电源同频、同相、同幅值的交流电源，通过所述电网输出通路并入电网。

【技术特征摘要】
1.一种具有岸电和能量回馈功能的复合电源，其特征在于，包括：整流器，接收三相交流输入电源，并整流成直流电压输出；逆变器，接收所述整流器输出的直流电压，并逆变成交流电源输出；切换开关，连接在岸电输出通路和电网输出通路中，用于对两条输出通路的通断状态进行选择切换；控制器，根据船舶上用电负载的运行状况对所述逆变器和切换开关进行控制；其中，当船舶上的用电负载运行时，所述控制器控制所述切换开关连通岸电输出通路，并控制所述逆变器逆变输出与岸电电源相同电压、相同频率的交流电源，通过所述岸电输出通路输出至所述船舶，为所述船舶上的用电负载供电；当船舶上的用电负载停止运行时，所述控制器控制所述切换开关连通电网输出通路，并控制所述逆变器逆变输出与电网电源同频、同相、同幅值的交流电源，通过所述电网输出通路并入电网。2.根据权利要求1所述的具有岸电和能量回馈功能的复合电源，其特征在于，在所述逆变器中包括有三相全桥逆变电路以及与所述三相全桥逆变电路的三个输出端一一对应连接的三组L型感容滤波电路，所述三相全桥逆变电路接收所述整流器整流输出的直流电压，逆变成三相交流电压，分别通过所述的L型感容滤波电路滤波后，输出所述的交流电源。3.根据权利要求2所述的具有岸电和能量回馈功能的复合电源，其特征在于，在所述船舶上的用电负载运行时，所述控制器根据所述三相全桥逆变电路输出的三相交流电压的幅值UL、输出频率f、滤波后的电容瞬时电压和电感瞬时电流以及所述逆变器输出的有功功率P，生成六路调制脉冲信号，输出至所述逆变器，控制所述逆变器逆变输出与岸电电源相同电压、相同频率的交流电源，过程如下：(1)计算输出电压参考值U*和输出频率参考值f*，计算公式如下： U * = U n + P n - P ′ m ]]> f * = f n + Q * n ; ]]>其中，Un为所述岸电电源在额定功率下的输出电压的幅值；Pn为所述岸电电源的额定输出功率；fn为所述岸电电源的额定输出频率；Q*为给定的无功功率；P'为给定的有功功率P*与所述P的差值经比例积分运算后的有功功率；m为有功功率的下垂系数，n为无功功率的下垂系数，利用以下计算公式求得： m = P m a x - P n U n - U min ]]> n = Q m a x f m a x - f n ; ]]>式中，Pmax为岸电电源在电压下降时允许输出的最大功率；Qmax为岸电电源达到频率最大允许值时输出的无功功率；Umix为岸电电源允许的最小电压幅值；fmax为岸电电源允许输出的最大频率；(2)对所述U*与UL的差值进行比例积分运算，生成电压变化量UL'；对所述f*与f的差值进行比例积分运算，生成频率变化量f'；对所述UL'和f'进行dq变换，生成d轴参考分量uLd*和q轴参考分量uLq*；(3)对滤波后的电容瞬时电压uLa、uLb、uLc进行dq变换，生成d轴电压分量uLd和q轴电压分量uLq；计算所述uLd*与uLd的差值，并进行比例积分运算后，生成d轴电流参考分量iLd*；计算所述uLq*与uLq的差值，并进行比例积分运算后，生成q轴电流参考分量iLq*；(4)对滤波后的电感瞬时电流iLa、iLb、iLc进行dq变换，生成d轴电流分量iLd和q轴电流分量iLq；计算所述iLd*与iLd的差值，并进行比例积分运算后，生成d轴调制分量usd*；计算所述iLq*与iLq的差值，并进行比例积分运算后，生成q轴调制分量usq*；(5)对所述usd*、usq*进行αβ变换，生成α轴分量uα*和β轴分量uβ*；(6)根据所述uα*、uβ*生成六路调制脉冲信号，输出至所述逆变器，对所述逆变器中的六路开关管进行通断控制。4.根据权利要求3所述的具有岸电和能量回馈功能的复合电源，其特征在于，所述岸电电源为440V/60Hz三相交流电源。5.根据权利要求2所述的具有岸电和能量回馈功能的复合电源，其特征在于，在所述船舶上的用电负载停止运行时，所述控制器根据所述逆变器输出的交流电源的三相电压Ulda、Uldb、Uldc和三相电流Ilda、Ildb、Ildc以及所述感容滤波电路中电感的电感量Lf和电网电压的角速度ω，生成六路调制脉冲信号，输出至所述逆变器，控制所述逆变器逆变输出与电网电源同频、同相、同幅值的交流电源，过程如下：(1)对所述三相电压Ulda、Uldb、Uldc进行dq变换，解耦生成d轴电压分量Uldd和q轴电压分量Uldq；(2)计算d轴电流参考值Idref和q轴电流参考值Iqref，公式如下： I d r e f = P ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郜克存，隋学礼，
申请(专利权)人：青岛创统科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37