一种实现船舶发电机与岸电电源无缝切换的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及船舶供电技术领域，特别是涉及一种岸电电源无缝切换装置及方法。
【背景技术】
[0002]船舶辅机发电过程中，排放氮氧化物、硫氧化物及颗粒物等空气污染物，船舶靠港期间使用辅机燃油发电产生的污染物排放是影响港口城市空气质量的重要因素。据香港环保署统计，香港船舶硫氧化物排放、氮氧化物、颗粒物排放分别占相应污染物总排放的54 %、33 %和37 %，其中很大一部分来自靠港船舶辅机燃油发电。有些国家和地区要求船舶靠港期间使用低硫油发电来减排，但这种方式只能减少硫氧化物的排放，对于减少氮氧化物和颗粒物的排放影响极其有限。因此，靠港船舶使用岸电是解决船舶靠港期间排放空气污染物的最终技术。
[0003]船用岸电技术是指船舶靠港期间停止使用船舶上的燃油发电机，而改用陆地电源供电的技术，岸电功率必须满足船舶停泊后全部电力设施的用电需求。本领域技术人员公知的是，在采用岸电系统时，保证岸电电源的无缝切换是一个主要的技术难点。
[0004]岸电电源无缝切换方式也称作同步并车方式，切换过程中不影响设备的正常运行，无需重启。无缝切换方式不会影响船舶上用电设备的工作，对船舶上的重要设备意义重大。无缝切换也是岸电电源的发展趋势，对岸电电源的推广有重大意义。无缝切换方式需要通过港口岸电电源的自动并电系统来完成。岸电与船舶发电机的无缝切换有两种方式:第一种是当岸电和船舶发电机同步后，岸电和船舶发电机并联运行短时间后，切掉岸电或者船舶发电机，船舶电气设备由船舶发电机或者岸电电源供电。第二种方式是当岸电和船舶发电机同步后，先切换岸电(或船舶发电机)，延时一段时间后开通船舶发电机(或岸电)船舶用电设备严格控制在1ms以内。
[0005]在上述两种无缝切换中，均需要保证发电机与岸电的电压幅值和频率保持一致，并且在并电的瞬间保证岸电电源与船舶发电机的输出电压相角同步。两路电源不同步就进行切换会造成严重后果，如果在切换时刻一个电源电压波形在坡谷，另外一个在波峰，切换过程中将会产生很大的冲击电流，虽然切换装置可以承受一定的冲击电流，但是冲击电流严重时可能会导致用电设备和高压静止频率变换器的自动保护。如果切换时船舶用电设备功率较小，高压静止频率变换器的功率较大，不同步时的强行切换可能会出现保护现象，但是对船舶用电设备存在损伤隐患。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种岸电电源无缝切换装置及方法，以解决船舶发电机和岸电电源之间的切换问题。
[0007]为了实现上述目的，本发明提供一种实现船舶发电机与岸电电源无缝切换的装置，包括:信号采集单元，其用于采集实现船舶发电机与岸电电源无缝切换所需的数据；信息处理单元，其用于根据所述信号采集单元采集的数据，判断切换条件和合闸条件，并根据切换条件和合闸条件，计算出控制信号；以及信号发送单元，其用于根据所述信息处理单元计算出的控制信号，向岸电电源发送合闸信号或断路信号，并向船舶发电机发送调压和/或调频信号，以使船舶发电机与岸电电源进行无缝切换。
[0008]优选地，实现船舶发电机与岸电电源无缝切换所需的数据包括:岸电电源与船舶发电机的相序、电压、频率和/或相角差。
[0009]优选地，所述信号采集单元在船舶连接至岸电电源时采集岸电电源与船舶发电机的相序，在进行岸电电源无缝切换的过程中则不再采集。
[0010]优选地，所述岸电电源无缝切换装置还包括通信单元，该通信单元用于实现所述岸电电源无缝切换装置与外部设备的CAN通信。
[0011]优选地，所述岸电电源无缝切换装置还包括显示单元，用于显示岸电电源和船舶发电机的实时电压、频率以及显示岸电电源和船舶发电机是否切换成功。
[0012]优选地，所述信号采集单元、信息处理单元和信号发送单元均采用TMS320F28335数字信号处理器。
[0013]本发明的技术方案还包括一种实现船舶发电机与岸电电源无缝切换的装置，其包括:采集实现船舶发电机与岸电电源同步并车所需的数据；根据采集的数据，判断切换条件和合闸条件，并根据切换条件和合闸条件，计算出控制信号；以及根据计算出的控制信号，向岸电电源发送合闸信号或断路信号，向船舶发电机发出调压和/或调频信号，以使船舶发电机与岸电电源进行无缝切换。
[0014]优选地，实现船舶发电机与岸电电源无缝切换所需的数据包括:岸电电源与船舶发电机的相序、电压、频率和/或相角差。
[0015]优选地，船舶连接至岸电电源时采集岸电电源与船舶发电机的相序，在进行岸电电源无缝切换的过程中则不再采集。
[0016]优选地，所述岸电电源无缝切换方法还包括:在进行岸电电源无缝切换的过程中，判断岸电电源的电压和频率是否满足船舶电力系统的固定参数，如果存在超出阈值的误差，则发出报警信息。
[0017]本发明的有益效果是:本发明所述的实现船舶发电机与岸电电源无缝切换的装置结构简单，易于实现，能保证船舶发电机和岸电电源的电压幅值及频率等保持一致，并在切换的瞬间保证岸电电源与船舶发电机的输出电压相角差同步，产生很小的冲击电流，实现真正意义上的无缝切换。
[0018]本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0019]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0020]图1是本发明所述的实现船舶发电机与岸电电源无缝切换的装置的结构示意图；
[0021]图2是本发明所述的实现船舶发电机与岸电电源无缝切换的方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0023]为便于说明，在本实施方式中，将船舶发电机与船电视为同一概念，将岸电电源与岸电视为同一概念，将无缝切换、并车和同步并车视为同一概念。
[0024]本实施方式主要是针对本发明提出的一种实现船舶发电机与岸电电源无缝切换的装置及方法，对于船舶发电机、岸电电源等相关硬件设备不多做描述，采用本领域常见的硬件设备即可，如可采用已公开专利201110399121.4中的码头船用岸电系统中涉及的相关硬件设备。
[0025]如图1所示，本实施方式给出了一种实现船舶发电机与岸电电源无缝切换的装置，包括:信号采集单元，其用于采集实现船舶发电机与岸电电源无缝切换所需的数据；信息处理单元，其用于根据所述信号采集单元采集的数据，判断切换条件和合闸条件，并根据切换条件和合闸条件，计算出控制信号；以及信号发送单元，其用于根据所述信息处理单元计算出的控制信号，向岸电电源发送合闸信号或断路信号，并向船舶发电机发送调压和/或调频信号，以使船舶发电机与岸电电源进行无缝切换。
[0026]此外，还包括通信单元和显示单元，该通信单元用于实现所述岸电电源无缝切换装置与外部设备的CAN通信，该显示单元用于显示岸电电