船舶敏压负载稳压装置控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了船舶敏压负载稳压装置控制方法，包括无功补偿和有功补偿，包括以下步骤：利用传统的SSRF‑PLL检测电网三相电压相位角θS；实时采集系统三相电流Iabc，并转换成dq坐标系下的电流Id和Iq；实时采集变压器输出侧三相电压UT‑abc，并转换成dq坐标系下的变压器输出侧电压UTd和UTq；实时采集负载端三相电压UL‑abc，转换成dq坐标轴下的电压值ULd和ULq，实时计算负载端电压幅值ULf；基于所得数据控制调制波的生成，从而生成适当幅值和相位的电压串联至系统中，保证负载端电压恢复至额定值。本发明专利技术实现了一种通过输入有功加无功的方式，使敏压负载端电压在船舶电网波动下短时间恢复至额定值的控制方法。

【技术实现步骤摘要】
船舶敏压负载稳压装置控制方法
本专利技术属于船舶电压敏感型负载(敏压负载)电压控制
，具体涉及船舶敏压负载稳压装置控制方法。
技术介绍
海上货物运输船舶需要船舶电力系统提供电力供应，以便维持机舱、通信、导航、船员日常生活等系统的正常运行。一旦船舶电网出现较大扰动，通讯导航设备、计算机设备等敏压负载端电压也会波动，若没有稳压设备，其端电压会持续产生波动，从而导致敏压设备失稳甚至失效。这不仅会导致船舶失稳失联，甚至会危及船舶及船员生命安全。因此，维持船舶电力系统以及敏压负载的电压稳定对船舶及人身安全具有十分重要的意义。当前，船舶上使用的稳压设备多为不间断电源装置(UninterruptiblePowerSystem,UPS)，其技术途径基本上有两种：一是选取合适的陆用UPS装置整机，并对其进行加固和船用化处理；二是根据船用标准选用船用元器件重新设计和制造。虽然针对UPS很多专家学者对其进行不断地研究，并提出很多改进方案，但对于UPS本身来讲，由于其背靠背结构选用器件相对较多，导致高容量情况下造价相对较高，所以目前还是仅适用于小容量设备中。相较于UPS，动态电压恢复器(DynamicVoltageRestorer，DVR)具有响应速度快，成本相对较低，维护保养方便等优势。其在陆地上已经有广泛应用，常用控制策略有三种：跌落前电压补偿控制法、同相电压补偿控制法、最小能量补偿控制法。同相电压补偿策略：要求跌落后的电网电压和补偿电压的相位相同，在此情况下将跌落后的电网电压幅值补偿至负荷侧所需要的稳定电压。该方法只能进行幅值的补偿，不能补偿相角变化。跌落前电压补偿策略：即完全电压补偿策略，是指补偿后的电网电压可完全恢复至电压跌落前的值，幅值和相位都没有变化。与同相电压补偿策略一样，在电压跌落时间较长时，负荷侧电压将得不到很好的补偿。并且通常负荷电压幅值可在90％-110％额定电压之间波动以及有一定的相位扰动的能力，没有必要将负荷电压完全补偿至额定值，因而其经济性较差，实际中很少采用。最小能量补偿策略：它通过使电网提供的有功功率最大化来实现DVR注入的有功功率最小化。通过减少DVR的有功注入，从而在一定直流侧储能容量下，使DVR可以补偿较长时间的电压跌落。
技术实现思路
本专利技术的目的在于从简从发，提供船舶敏压负载稳压装置控制方法——包括无功补偿和有功补偿，仅通过对负载端三相电压幅值、变压器输出侧的电压及系统电流进行检测与调节，即可在电网电压波动情况下快速恢复负载端电压。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：船舶敏压负载稳压装置控制方法，包括以下步骤：1)相位检测模块利用传统的单同步坐标系软件锁相环(SingleSynchronousReferenceFrameSoftwarePhaseLockedLoop，SSRF-PLL)检测电网三相电压相位角θS，用作所有dq与abc坐标之间的转换；2)系统电流检测模块实时采集系统三相电流Iabc，并通过abc至dq坐标转换模块转换成dq坐标系下的电流Id和Iq；3)变压器输出侧电压检测模块实时采集变压器输出侧三相电压UT-abc，并通过abc至dq坐标转换模块转换成dq坐标系下的变压器输出侧电压UTd和UTq；4)电压幅值检测模块实时采集负载端三相电压UL-abc，通过abc至dq坐标转换将其转换成dq坐标轴下的电压值ULd和ULq，通过公式实时计算出负载端电压幅值ULf；5)补偿控制模块基于步骤2)-步骤4)所得数据控制调制波的生成，从而生成适当幅值和相位的电压串联至系统中，保证负载端电压恢复至额定值。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的步骤5)中，调制波包括有功指令值Ud和无功指令值Uq。上述的步骤5)中，补偿控制模块包括无功补偿控制模块和有功补偿控制模块。上述的无功补偿控制模块生成的有功指令值Ud的计算方法为：把变压器输出侧电压d轴分量UdT与指令值-UqTIq/Id进行比较，UqT为变压器输出侧电压q轴分量，Id为系统电流d轴分量，Iq为系统电流q轴分量，将比较差值做PI调节后再作为调制波有功指令值Ud。上述的无功补偿控制模块生成的无功指令值Uq的计算方法为：把负载电压幅值ULf与给定值的差经过PI调节后再与Iq做差，其差值再经PI调节从而得到无功指令值Uq。上述的有功补偿控制模块生成的有功指令值Ud的计算方法为：把负载电压幅值ULf与给定值的差经过PI调节后再与UTd做差，再经过PI调节，其结果作为调制波有功指令值Ud。上述的有功补偿控制模块生成的无功指令值Uq的计算方法为：将0与Iq做差，从而保证系统中的无功部分得到全部补偿，再经过PI调节，其结果作为调制波无功指令值Uq。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术实现了一种通过输入有功加无功的方式，使敏压负载端电压在船舶电网波动下短时间恢复至额定值的控制方法；(2)与船用UPS相比，减少了使用元器件数量，节省成本。而且相比于船用UPS一般仅作为失电时的短时间电源供应作用，此方法不仅可做应急电源，还可实现在船舶运行期间电压波动情况下的稳压作用，应用手段增加；(3)与陆地上DVR的控制策略以及级联多电平逆变器结构相比，本专利技术控制思路简单，利用元器件少，并且在容量一定的范围内，仅通过输入无功功率就可以实现敏压负载端电压在电网波动情况下恢复至额定值的效果，经济性好。(4)有功补偿策略实现了在无功补偿策略补偿能力不够条件下的敏压负载端电压稳压。附图说明图1为本专利技术的船舶敏压负载稳压装置结构图；图2为本专利技术的无功补偿过程系统各参数向量图；图3为本专利技术的无功补偿极限范围系统各参数向量图；图4为本专利技术的有功补偿过程系统各参数向量图；图5为本专利技术的系统控制框图；图6为本专利技术的相位检测模块；图7为本专利技术的系统电流检测模块；图8为本专利技术的变压器输出侧电压检测模块；图9为本专利技术的电压幅值检测模块；图10为本专利技术的补偿控制模块。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例作进一步详细描述。本专利技术的船舶敏压负载稳压装置控制方法的实施，首先需要对DVR进行船用化改造，由于大部分船舶电网线制为中性点不接地的三相三线制，且蓄电池在船舶应用十分广泛，技术相对成熟。如图1虚线框内所示，具体改造为：储能单元采用蓄电池结构，逆变器选用三相全桥结构，滤波器采用RLC结构，耦合单元采用变压器。逆变器的三相全桥结构相对于陆地上多采用的级联多电平逆变器结构使用器件少，极大的节省成本。本专利技术的补偿原理为：以电压跌落为例，无功补偿策略补偿过程如图2(a)至(b)所示，定义UP为正常情况下电网公共端电压，并规定电网电压方向为d轴方向；U′P为公共端电压降落后电压值；UL为电压跌落前敏压负载端电压；U′L为调节后敏压负载端电压；Udvrq为稳压器输出电压无功分量；I为补偿前线路中的电流；Id为补偿前电流在d轴上的分量；Iq为补偿前电流在q轴上的分量；I′为补偿后线路中的电流；I′d为补偿后电流在d轴上的分量；I′q为补偿后电流在q轴上的分量；为负载阻抗角。正常情况下(补偿前)系统电流I为式中，RL为负载电阻值，XL为负载感抗值。此时负载电压UL与公共端电压UP一致，即当电网电压跌落至U′P时，系统电流变为此时负载电压变为从上式中可以看出，在电网电压跌落时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.船舶敏压负载稳压装置控制方法，其特征在于：包括以下步骤：1)相位检测模块利用传统的SSRF‑PLL检测电网三相电压相位角θS，用作所有dq与abc坐标之间的转换；2)系统电流检测模块实时采集系统三相电流Iabc，并通过abc至dq坐标转换模块转换成dq坐标系下的电流Id和Iq；3)变压器输出侧电压检测模块实时采集变压器输出侧三相电压UT‑abc，并通过abc至dq坐标转换模块转换成dq坐标系下的变压器输出侧电压UTd和UTq；4)电压幅值检测模块实时采集负载端三相电压UL‑abc，通过abc至dq坐标转换将其转换成dq坐标轴下的电压值ULd和ULq，通过公式

【技术特征摘要】
1.船舶敏压负载稳压装置控制方法，其特征在于：包括以下步骤：1)相位检测模块利用传统的SSRF-PLL检测电网三相电压相位角θS，用作所有dq与abc坐标之间的转换；2)系统电流检测模块实时采集系统三相电流Iabc，并通过abc至dq坐标转换模块转换成dq坐标系下的电流Id和Iq；3)变压器输出侧电压检测模块实时采集变压器输出侧三相电压UT-abc，并通过abc至dq坐标转换模块转换成dq坐标系下的变压器输出侧电压UTd和UTq；4)电压幅值检测模块实时采集负载端三相电压UL-abc，通过abc至dq坐标转换将其转换成dq坐标轴下的电压值ULd和ULq，通过公式实时计算出负载端电压幅值ULf；5)补偿控制模块基于步骤2)-步骤4)所得数据控制调制波的生成，从而生成适当幅值和相位的电压串联至系统中，保证负载端电压恢复至额定值。2.根据权利要求1所述的船舶敏压负载稳压装置控制方法，其特征在于：步骤5)所述调制波包括有功指令值Ud和无功指令值Uq。3.根据权利要求2所述的船舶敏压负载稳压装置控制方法，其特征在于：步骤5)所述补偿控制模块包括无功补偿控制模块和有功补偿控制模块。4.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊连松，孙亮，徐合力，高岚，刘晗，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32