50Hz‑60Hz岸电无缝切换船电的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术的50Hz‑60Hz岸电无缝切换船电的方法及装置，在岸电和船电供电切换时，船上设备无需断电，通过V/f控制跟随频率f，再通过P/Q控制将负载功率从船舶发电机转移到岸电电网中，完成无缝切换；另外，能够实现岸电50Hz电源，对60Hz电网标准的船舶进行供电，采用60Hz整流逆变器无缝平滑接岸电过渡，实现无冲击电流的平滑连接。

50Hz 60Hz shore power method and device for seamless switching electric boat

The invention of the 50Hz 60Hz shore power method and device for seamless switching electric boat, and ship shore power in the power supply switch, ship equipment without power, controlled by V/f with frequency of F, then P/Q will control the load power from the ship to shore power grid generator transfer, seamless switching; in addition, to achieve the shore power supply of 50Hz, ship to 60Hz power standard for power supply, the 60Hz rectifier inverter seamless and smooth shore power to achieve a smooth transition, without shock current connection.

【技术实现步骤摘要】
50Hz-60Hz岸电无缝切换船电的方法及装置
本专利技术涉及一种岸电供电切换船舶电网的方法及装置，尤其涉及一种50Hz-60Hz岸电无缝切换船电的方法及装置。
技术介绍
船舶岸电技术是指船舶在靠港期间接入码头侧的电网，从岸上电源获得其水泵、通信、通风、照明和其他设施所需的电力，从而关闭自身的柴油发电机。船舶接岸电后可有效地减少废气的排放，具有节能环保的显著优点，可减少发电机组运行产生的噪音污染，降低成本，因此，政府及其交通部门、航运企业、港口企业都大力推行岸电的使用。现有的岸电系统的缺陷在于，国内大多数码头岸电装置采用400V/50Hz供电，而采用其电制的船舶靠港大多不愿接岸电，因为一般船舶接岸电的步骤是，先关闭船舶发电机，再接岸电电网，在船舶需要离开时，先断开岸电电网，再起动船舶发电机，这两个断电切换的过程极为耗时，船上许多设备断电后复位麻烦，罗经等设备断电后复位有时需要6个小时，影响船舶的开航；另外，机舱互为备用的设备断电后通电存在同时启动的危险。经对远洋船舶船长/轮机长的调查证实，其船只若靠泊时间为48小时内，一般不愿接岸电。另外，岸电和船电在电网标准上也存在差异，根据国际海事组织统计，60％以上的国际航运船舶采用450V/60Hz电制，而60％以上的岸上供电为400V/50Hz电制，其船舶电站和发电机控制差别很大，对完成50Hz岸电接60Hz船电的无缝对接，产生了很大的技术难题。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于，提供一种能够实现50Hz-60Hz岸电无缝切换船电的方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种50Hz-60Hz岸电无缝切换船电的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将包括岸电变压器和整流逆变器在内的岸电电网线路分别与岸上电源、船舶电网电连接；步骤2：对整流逆变器采用内环控制方法和外环控制方法，其中，外环控制方法采用V/f控制方法，由船舶发电机的目标频率转换为岸电变压器输出的目标频率；同时，使用锁相环控制方法控制整流逆变器输出的频率和电压；步骤3：将整流逆变器的外环控制方法由V/f控制方法转换为P/Q控制方法，控制船舶发电机频率和电压，以船舶电网实时负载功率为目标功率，进行功率转移，使整流逆变器输出功率增加，船舶发电机输出功率下降；同时，使用锁相环控制方法控制整流逆变器输出的频率和电压；步骤4：当船舶发电机输出功率下降到预设功率时，关闭船舶发电机。本专利技术的50Hz-60Hz岸电无缝切换船电的方法及装置，在岸电和船电供电切换时，船上设备无需断电，通过V/f控制跟随频率，再通过P/Q控制将负载功率从船舶发电机转移到岸电电网中，完成无缝切换。进一步地，所述岸电电网线路包括岸电变压器、整流逆变器和60Hz线路，所述60Hz线路包括第三开关、第三电感、第五电感、第二电容、第一电阻、第六电感和第四开关；岸电变压器的一端用于连接岸上电源，另一端接整流逆变器的一端，整流逆变器的另一端接第三开关的一端；第三开关的另一端连接第三电感的第一连接端，第三电感的第二连接端依次串接第五电感、第一电阻、第六电感和第四开关，通过所述第四开关与船舶电网连接，第二电容的一端连接在第三电感与第五电感之间，其另一端接地。进一步地，步骤2具体包括以下步骤：步骤21：获得第三电感的第二连接端处的整流逆变器输出电流值i1，并计算其dq轴分量i1d、i1q；获得第五电感和第一电阻之间的整流逆变器输出电压值v、电流值i2，其中，电压v包括其abc轴分量va、vb、vc，计算电流值i2的dq轴分量i2d、i2q，以及电压的dq轴分量vd、vq；步骤22：根据ω、uref、vd、vq，以V/f控制方法获得电流环参考值idref、iqref，具体公式如下：θ＝∫(2πf-ω)dt,Udref＝urefcosθ,Uqref＝urefsinθ,idref＝Kpv(udref-vd)+Kiv∫(udref-vd)dt,iqref＝Kpv(udref-vd)+Kiv∫(uqref-vq)dt其中，uref为电压环参考值，ω为整流逆变器输出角频率，θ为整流逆变器输出电压相角，Kpv为电压环比例系数，Kiv为电压环积分系数；步骤23：根据i1d、i1q、i2d、i2q、idref、iqref、vd、vq，以内环控制方法获得vsd、vsq，具体公式如下：vsd＝vd-ωLsilq+Kpi(idref-i2d)+Kii∫(idref-i2d)dtvsq＝vq-ωLsilq+Kpi(iqref-i2q)+Kii∫(iqref-i2q)dt；其中，Kpi为电流环比例系数，Kii为电流环积分系数，Ls为滤波电感；步骤24：根据vsd、vsq，计算其abc轴分量，转换为PWM后输出至整流逆变器。进一步地，步骤3具体包括以下步骤：步骤31：获得第三电感的第二连接端处的整流逆变器输出电流值i1，并计算其dq轴分量i1d、i1q；获得第五电感和第一电阻之间的整流逆变器输出电压值v、电流值i2，其中，电压v包括其abc轴分量va、vb、vc，然后计算电流值i2的dq轴分量i2d、i2q，以及电压的dq轴分量vd、vq；步骤32：根据vd、vq、i2d、i2q、Pref、Qref，以P/Q控制方法获得电流环参考值idref、iqref，具体公式如下：P＝vdi2d+vqi2q,Q＝vqi2d+vdi2qidref＝KpP(Pref-P)+KiP∫(Pref-P)dtiqref＝KpQ(Qref-Q)+KiQ∫(Qref-Q)dt其中，Pref为有功功率参考值，Qref为无功功率参考值，KpP为P/Q控制的比例系数，KpQ为，KiP为P/Q控制的积分系数；步骤33：根据i1d、i1q、i2d、i2q、idref、iqref、vd、vq，以内环控制方法获得vsd、vsq，具体公式如下：vsd＝vd-ωLsilq+Kpi(idref-i2d)+Kii∫(idref-i2d)dtvsq＝vq-ωLsilq+Kpi(iqref-i2q)+Kii∫(iqref-i2q)dt；其中，Kpi为电流环比例系数，Kii为电流环积分系数，Ls为滤波电感；步骤24：输入vsd、vsq，计算其abc轴分量，转换为PWM后输出至整流逆变器。进一步地，所述锁相环控制方法包括以下步骤：步骤61：获得第三电感的第二连接端处的整流逆变器输出电流值i1，并计算其dq轴分量i1d、i1q；获得第五电感和第一电阻之间的整流逆变器输出电压值v、电流值i2，其中，电压v包括其abc轴分量va、vb、vc，然后计算电流值i2的dq轴分量i2d、i2q，以及电压的dq轴分量vd、vq；步骤62：根据va、vb、vc、ωff，以锁相环控制方法获得锁相环输出θpll，具体公式如下：ωpll＝ωff+Kp.pllvq+Ki.pll∫vqdt其中，Kp.pll为锁相环比例系数，Ki.pll为锁相环积分系数，ωff为锁相环输出电压相角；步骤63：输入θpll，经处理后输出至整流逆变器。本专利技术还提供一种50Hz-60Hz岸电无缝切换船电的装置，包括岸电变压器、整流逆变器、60Hz线路、内环控制器和外环控制器，所述外环控制器包括V/f控制器、P/Q控制器和锁相环控制器；所述岸电变压器、整流逆变器和60Hz线路依次连接；岸电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种50Hz‑60Hz岸电无缝切换船电的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将包括岸电变压器和整流逆变器在内的岸电电网线路分别与岸上电源、船舶电网电连接；步骤2：对整流逆变器采用内环控制方法和外环控制方法，其中，外环控制方法采用V/f控制方法，由船舶发电机的目标频率转换为岸电变压器输出的目标频率；同时，使用锁相环控制方法控制整流逆变器输出的频率和电压；步骤3：将整流逆变器的外环控制方法由V/f控制方法转换为P/Q控制方法，控制船舶发电机频率和电压，以船舶电网实时负载功率为目标功率，进行功率转移，使整流逆变器输出功率增加，船舶发电机输出功率下降；同时，使用锁相环控制方法控制整流逆变器输出的频率和电压；步骤4：当船舶发电机输出功率下降到预设功率时，关闭船舶发电机。

【技术特征摘要】
1.一种50Hz-60Hz岸电无缝切换船电的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将包括岸电变压器和整流逆变器在内的岸电电网线路分别与岸上电源、船舶电网电连接；步骤2：对整流逆变器采用内环控制方法和外环控制方法，其中，外环控制方法采用V/f控制方法，由船舶发电机的目标频率转换为岸电变压器输出的目标频率；同时，使用锁相环控制方法控制整流逆变器输出的频率和电压；步骤3：将整流逆变器的外环控制方法由V/f控制方法转换为P/Q控制方法，控制船舶发电机频率和电压，以船舶电网实时负载功率为目标功率，进行功率转移，使整流逆变器输出功率增加，船舶发电机输出功率下降；同时，使用锁相环控制方法控制整流逆变器输出的频率和电压；步骤4：当船舶发电机输出功率下降到预设功率时，关闭船舶发电机。2.根据权利要求1所述的50Hz-60Hz岸电无缝切换船电的方法，其特征在于：所述岸电电网线路包括岸电变压器、整流逆变器和60Hz线路，所述60Hz线路包括第三开关、第三电感、第五电感、第二电容、第一电阻、第六电感和第四开关；岸电变压器的一端用于连接岸上电源，另一端接整流逆变器的一端，整流逆变器的另一端接第三开关的一端；第三开关的另一端连接第三电感的第一连接端，第三电感的第二连接端依次串接第五电感、第一电阻、第六电感和第四开关，通过所述第四开关与船舶电网连接，第二电容的一端连接在第三电感与第五电感之间，其另一端接地。3.根据权利要求2所述的50Hz-60Hz岸电无缝切换船电的方法，其特征在于，步骤2具体包括以下步骤：步骤21：获得第三电感的第二连接端处的整流逆变器输出电流值i1，并计算其dq轴分量i1d、i1q；获得第五电感和第一电阻之间的整流逆变器输出电压值v、电流值i2，其中，电压v包括其abc轴分量va、vb、vc，计算电流值i2的dq轴分量i2d、i2q，以及电压的dq轴分量vd、vq；步骤22：根据ω、uref、vd、vq，以V/f控制方法获得电流环参考值idref、iqref，具体公式如下：θ＝∫(2πf-ω)dt,Udref＝urefcosθ,Uqref＝urefsinθ,idref＝Kpv(udref-vd)+Kiv∫(udref-vd)dt,iqref＝Kpv(udref-vd)+Kiv∫(uqref-vq)dt其中，uref为电压环参考值，ω为整流逆变器输出角频率，θ为整流逆变器输出电压相角，Kpv为电压环比例系数，Kiv为电压环积分系数；步骤23：根据i1d、i1q、i2d、i2q、idref、iqref、vd、vq，以内环控制方法获得vsd、vsq，具体公式如下：vsd＝vd-ωLsilq+Kpi(idref-i2d)+Kii∫(idref-i2d)dtvsq＝vq-ωLsilq+Kpi(iqref-i2q)+Kii∫(iqref-i2q)dt；其中，Kpi为电流环比例系数，Kii为电流环积分系数，Ls为滤波电感；步骤24：根据vsd、vsq，计算其abc轴分量，转换为PWM后输出至整流逆变器。4.根据权利要求2或3中任一项所述的50Hz-60Hz岸电无缝切换船电的方法，其特征在于，步骤3具体包括以下步骤：步骤31：获得第三电感的第二连接端处的整流逆变器输出电流值i1，并计算其dq轴分量i1d、i1q；获得第五电感和第一电阻之间的整流逆变器输出电压值v、电流值i2，其中，电压v包括其abc轴分量va、vb、vc，然后计算电流值i2的dq轴分量i2d、i2q，以及电压的dq轴分量vd、vq；步骤32：根据vd、vq、i2d、i2q、Pref、Qref，以P/Q控制方法获得电流环参考值idref、iqref，具体公式如下：P＝vdi2d+vqi2q,Q＝vqi2d+vdi2qidref＝KpP(Pref-P)+KiP∫(Pref-P)dtiqref＝KpQ(Qref-Q)+KiQ∫(Qref-Q)dt其中，Pref为有功功率参考值，Qref为无功功率参考值，KpP为P/Q控制的比例系数，KpQ为，KiP为P/Q控制的积分系数；步骤33：根据i1d、i1q、i2d、i2q、idref、iqref、vd、vq，以内环控制方法获得vsd、vsq，具体公式如下：vsd＝vd-ωLsilq+Kpi(idref-i2d)+Kii∫(idref-i2d)dtvsq＝vq-ωLsilq+Kpi(iqref-i2q)+Kii∫(iqref-i2q)dt；其中，Kpi为电流环比例系数，Kii为电流环积分系数，Ls为滤波电感；步骤24：输入vsd、vsq，计算其abc轴分量，转换为PWM后输出至整流逆变器。5.根据权利要求2或3中任一项所述的50Hz-60Hz岸电无缝切换船电的方法，其特征在于，所述锁相环控制方法包括以下步骤：步骤61：获得第三电感的第二连接端处的整流逆变器输出电流值i1，并计算其dq轴分量i1d、i1q；获得第五电感和第一电阻之间的整流逆变器输出电压值v、电流值i2，其中，电压v包括其abc轴分量va、vb、vc，然后计算电流值i2的dq轴分量i2d、i2q，以及电压的dq轴分量vd、vq；步骤62：根据va、vb、vc、ωff，以锁相环控制方法获得锁相环输出θpll，具体公式如下：ωpll＝ωff+Kp.pllvq+Ki.pll∫vqdt其中，Kp.pll为锁相环比例系数，Ki.pll为锁相环积分系数，ωff为锁相环输出电压相角；步骤63：输入θpll，经处理后输出至整流逆变器。6.一种50Hz-60Hz岸电无缝切换船电的装置，其特征在于：包括岸电变压器、整流逆变器、60Hz线路、内环控制器和外环控制器，所述外环控制器包括V/f控制器、P/Q控制器和锁相环控制器；所述岸电变压器、整...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖乐明，郑春芳，韩佳，
申请(专利权)人：广州航海学院，广州达来佳信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44