一种码头智能型高压船用岸电系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种码头智能型高压船用岸电系统，其包括双向功率传输子系统、岸/船同步无扰动切换子系统及共用直流母线电压通过连接电抗器接往系统进线侧的变流器及储能子系统、高压变频电源子系统、动态无功补偿子系统。双向功率传输子系统包括变压器、双向整流器。变流器及储能子系统实现电流的相位与幅值以控制有功功率及无功功率的流动方向。高压变频电源子系统用于电网侧电源向负载侧电源的转换，同时进行船上电源的频率及幅值跟踪功能；动态无功补偿子系统实现本电源系统所带负载的无功补偿，且对同一母线中所带其它负载的无功功率补偿；岸/船同步无扰动切换子系统用于配合高压变频电源子系统实现岸上供电系统与船上供电系统无扰动转换。
【专利说明】一种码头智能型高压船用岸电系统【技术领域】
[0001]本发明涉及船舶供电系统【技术领域】，具体的说是一种码头智能型高压船用岸电系统。
【背景技术】
[0002]随着世界航运业的迅猛发展，船舶对环境造成的污染日趋严重，尤其是在靠泊期间其船舶车辅机的排放对港口所在城市环境造成了较大的影响。靠港船舶辅机发电是港口乃至所在城市空气污染主要来源之一，为了应对这一问题，各国都在积极探索。另一方面，目前我国已成为世界造船大国，越来越多的国家和地区在我国的造船厂订造符合其标准和频率、电压要求的各种船舶，以及维修各种船舶。在进行船舶修造时，船上大量的设备的设备均需要60Hz电源供电方能正常使用。由于我国电网供电电源频率标准为50Hz，在船上发电机在没有正常投入使用之前，这些需要60Hz电源供电的设备，必需要有一种与之电制匹配的电源来供电。为了解决这两方面的问题，一种高质量稳频稳压的岸上供电系统(船用岸电电源)受到了广泛的关注。但是在现有的岸上供电系统中，母线电压大都0.4kv的低压，经船上变压器变为与负载相匹配的电源，这种低压或是中高压电源要引到船上需要很多根粗电缆，浪费成本，而且还有很多接口，船靠岸后连接操作复杂；在现有的高压的供电系统中变频子模块采用独立功能系统集成模式，硬件规模大，系统体积较大，对系统运行的稳定性及后期维护成本都有一定的影响，再有就是现有高压上船技术中并没有对负载的无功进行补偿，没有对负载倒灌的有功能量进行存储，使电网侧功率因数较低。因此有必要提供一种带补偿的，有能量存储的高压的岸电电源系统，提高对电网侧功率因数，并且降低整个系统的运营成本。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于:提供一种带无功补偿(SVG)并且能够储存有功功率的高压智能岸电电源系统即码头智能型高压船用岸电系统，这种智能系统拥有体积小，维护方便，能提闻电网侧功率因数等优点。
[0004]本发明是这样实现的，一种码头智能型高压船用岸电系统，其包括双向功率传输子系统(11)、变流器及储能子系统(12)、高压变频电源子系统(13)、动态无功补偿子系统
(14)、岸/船同步无扰动切换子系统(15);双向功率传输子系统(11)包括变压器、双向整流器，该变压器输入侧接高压电网，该双向整流器根据直流电压的高低实现对有功功率流的双向控制；变流器及储能子系统(12)用于实现电流的相位与幅值以控制有功功率以及无功功率的流动方向；高压变频电源子系统(13)用于电网侧10kV/50Hz电源向负载侧
6.6kV/60Hz电源的转换，同时进行船上电源的频率及幅值跟踪功能，以实现双电源的无扰动切换功能；动态无功补偿子系统(14)用于实现本电源系统所带负载的无功补偿，同时对同一母线中所带其它负载的无功功率补偿；岸/船同步无扰动切换子系统(15)用于配合高压变频电源子系统(13)实现岸上供电系统与船上供电系统无扰动转换，使负载不必停机就可实现电源切换；变流器及储能子系统(12)、高压变频电源子系统(13)、动态无功补偿子系统(14)共用直流母线电压，通过连接电抗器接往系统进线侧。
[0005]作为上述方案的进一步改进，变流器及储能子系统单元(12)由三相组成，每一相均由六级H桥电路组成，每一级H桥电路的母线电压均由前级的无谐波分裂绕组变压器供
5口 O
[0006]本发明的码头智能型高压船用岸电系统，变流器及储能子系统(INV&ES)，高压变频电源子系统(HVP)和动态无功补偿子系统(SVG)三大主功能模块共用直流母线电压，通过连接电抗器接往系统进线侧，这种接线方式不会引起系统环流，同时阻断了系统的谐波电流路径，使装置对系统无任何不良影响；相比独立功能系统集成模式，大大降低了硬件系统规模，减小整个系统体积，在系统可制造性、易维护、低成本等方面具有其它方案不可比拟的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本发明码头智能型高压船用岸电系统的系统架构示意图；
[0008]图2为与图1对应的主电路结构。
【具体实施方式】
[0009]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0010]如图1示，码头智能型高压船用岸电系统即智能供电系统包括双向功率传输子系统(DP) 11、变流器及储能子系统(INV&ES) 12、高压变频电源子系统(HVP) 13、动态无功补偿子系统(SVG) 14、岸/船同步无扰动切换子系统15等五大子系统。下面分别简述各子系统构成及其功能。
[0011]双向功率传输子系统(DP) 11主要由变压器及双向整流器构成，变压器输入侧接高压电网，为多个整流器的隔离供电，双向整流器能够根据直流电压的高低实现对有功功率流的双向控制，即:(1)当负载开始工作时导致直流电压降低，此子系统就会控制有功功率从电网向负载侧流动；(2)当势能负载下降或减速时，电机处于发电状态，会致使直流电压升高，此时系统控制有功功率从负载侧向电网侧流动，实现功率有效利用；(3)当系统中有功需求较大时，系统可以控制储能元件中的能量向直流侧泄放，此时也会实现有功功率向系统侧的流动。双向功率传输子系统(DP)根据直流电压的高低实现对功率流的双向控制，其主电路中采用完美无谐波的分裂绕组变压器，使得后续变流环节中的整流部分所产生的谐波彻底阻断，使进线部分没谐波分量，进一步保证系统的的洁净。
[0012]变流器及储能子系统(INV&ES) 12是整个系统的变流部分，主要由功率器件及驱动电路构成，另外还包括储能元件121。此子系统主要通过合理的控制策略来控制电力电子器件的开通关断以实现电流的相位与幅值，从而控制有功功率以及无功功率的流动方向。同时根据整个系统有功功率的需求情况来决定储能元件121的冲/放电，以使整个系统的有功功率有效利用，而且使电网侧有功功率流动平缓。双向功率传输子系统(DP)12根据直流电压的高低实现对功率流的双向控制，其主电路中采用完美无谐波的分裂绕组变压器，使得后续变流环节中的整流部分所产生的谐波彻底阻断，使进线部分没谐波分量，进一步保证系统的的洁净。
[0013]高压变频电源子系统(HVP) 13是整个系统的关键功能模块，主要目标是实现电网侧10kV/50Hz电源向负载侧6.6kV/60Hz电源的转换，同时进行船上电源的频率及幅值跟踪功能，以实现双电源的无扰动切换功能(此子系统可以根据船上电源需求调整输出电压及频率)。高压变频电源子系统(HVP) 13实现电网侧电源根据船上电源需求调整输出电压及
频率
[0014]动态无功补偿子系统(SVG) 14是系统中的又一主要功能模块，主要功能是实现本电源系统所带负载的无功补偿，同时也可以对同一母线中所带其它负载的无功功率补偿。此功能模块的存在使整个系统无功功率不必由电网侧提供，使电网侧无功供给为零，功率因数为1，大大提高系统容量的利用率，同时增强系统的稳定性。动态无功补偿子系统(SVG) 14实现本电源系统所带负载的无功补偿，同时也实现对同一母线中所带其它负载的无功补偿。
[0015]岸/船同步无扰动切换子系统15主要由断路器及连接电抗器组成，可以配合HVP子系统实现岸上供电系统与船上供电系统无扰动转换，使负载不必停机就可实现电源切换，大大提高系统的易用性、可靠性。岸/船同步无扰动切换子系统15实现岸上供电系统与船上供电系统无扰动转换，使船上各用电设备无需要退出即可完成与岸上电源的切换。
[0016]变流器及储能子系统(INV&ES) 12，高压变频电源子系统(HVP) 13和动态无功补偿子系统(SVG) 14三大主功能模块共用直流母线电压，通过连接电抗器接往系统进线侧，这种接线方式不会引起系统环流，同时阻断了系统的谐波电流路径，使装置对系统无任何不良影响；相比独立功能系统集成模式，大大降低了硬件系统规模，减小整个系统体积，在系统可制造性、易维护、低成本等方面具有其它方案不可比拟的优势。
[0017]如图2所示，变流器及储能子系统12单元由三相组成，每一相均由六级(或根据输出电压灵活设置级联级数)H桥电路组成，每一级H桥电路的母线电压均由前级的完美无谐波分裂绕组变压器供给，这种主电路结构规避了纯高压器件的高成本以及输入输出谐波电压过大的弊病，有极高的稳定性及可靠性，已经在多种立品中广泛应用。
[0018]由图中还能看到，变流器及储能子系统12、高压变频电源子系统13、动态无功补偿子系统14均在所级联的H桥电路中共用直流母线，这就大大简化了系统规模，并很容易地实现各个子系统间的协同控制。
[0019]具体到有功功率，负载1-负载IV的有功需求均可由电网侧提供，这也是无智能供电系统时工作情况，而装有智能供电系统后，负载I中所需有功可由电网侧提供，同时可根据系统需求由储能单元121中的电能来提供全部或部分，同时如果提供负载I中所需要有功仍有余量，也可以提供给本厂中的其它负载。这样就可以实现负载倒灌能量的有效收集，并在负载需要的时候释放出来，以达到削峰添谷的功能，同时又避免有功功率的浪费。
[0020]具体到无功功率，动态无功补偿子系统(SVG)14实现本电源系统所带负载12的无功补偿，同时也实现对同一母线中所带其它负载3、4、5的无功补偿。这样就实现了电网功率因数为I的功能。
[0021]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种码头智能型高压船用岸电系统，其特征在于:其包括双向功率传输子系统(11)、变流器及储能子系统(12)、高压变频电源子系统(13)、动态无功补偿子系统(14)、岸/船同步无扰动切换子系统(15);双向功率传输子系统(11)包括变压器、双向整流器，该变压器输入侧接高压电网，该双向整流器根据直流电压的高低实现对有功功率流的双向控制；变流器及储能子系统(12)用于实现电流的相位与幅值以控制有功功率以及无功功率的流动方向；高压变频电源子系统(13)用于电网侧10kV/50Hz电源向负载侧6.6kV/60Hz电源的转换，同时进行船上电源的频率及幅值跟踪功能，以实现双电源的无扰动切换功能；动态无功补偿子系统(14)用于实现本电源系统所带负载的无功补偿，同时对同一母线中所带其它负载的无功功率补偿；岸/船同步无扰动切换子系统(15)用于配合高压变频电源子系统(13)实现岸上供电系统与船上供电系统无扰动转换，使负载不必停机就可实现电源切换；变流器及储能子系统(12)、高压变频电源子系统(13)、动态无功补偿子系统(14)共用直流母线电压，通过连接电抗器接往系统进线侧。
2.如权利要求1所述的码头智能型高压船用岸电系统，其特征在于:变流器及储能子系统单元(12)由三相组成，每一相均由六级H桥电路组成，每一级H桥电路的母线电压均由前级的无谐波分裂绕组变压器供给。
【文档编号】H02J3/18GK103532138SQ201310496972
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】李瑜, 朱明星, 齐东流, 尹陆军, 伍开铭 申请人:安徽天沃电气技术有限公司