一种智能岸电系统及并网方法
【专利摘要】本发明涉及一种智能岸电系统，包括变频电源、切换网络和电抗器，所述变频电源包括整流模块、逆变模块、母线、变频电源控制器、通讯模块、电网采样模块；所述整流模块、母线、逆变模块、变频电源控制器、电网采样模块、切换网络和电抗器依次连接，所述电网采样模块实时获取外部船舶电网信息，并将外部船舶电网信息传输至所述变频电源控制器，所述变频电源控制器根据所述船舶电网信息控制所述切换网络切换电网制式匹配所述船舶电网，并生成岸电电网信息，当所述外部船舶电网信息与所述岸电电网信息相同时，所述变频电源控制器控制所述逆变模块与所述电抗器连接，电压稳定后，所述变频电源控制器通过通讯模块控制外部船舶辅机与船舶电网断开。
【专利说明】一种智能岸电系统及并网方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岸电系统，尤其涉及一种智能识别船舶电网无扰切换的岸电系统。
【背景技术】
[0002]船舶在港区航行及靠港期间，主要利用柴油发电机组(辅机)发电来满足船舶用电需求，船舶使用自带的柴油发电机组需要燃烧大量的船舶燃料油(重油或柴油)，在消耗燃油获得电力的同时，船舶产生污染物排放。中国作为世界上最大的碳排放国，已向全世界做出“到2020年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%?45%”的承诺。交通运输部明确提出积极推进靠港船舶使用岸电，力争新建码头和船舶配套建设靠港船舶使用岸电的设备设施，在国际邮轮码头、主要客运码头、内河主要港口以及30%大型集装箱码头和散货码头实现靠港船舶使用岸电”。
[0003]大型稳压电源的技术在国内已经比较成熟，但船舶连接岸电存在便捷性和适应性的问题。
[0004]一般使用岸电需先停用船舶自身供电系统(柴油发电机组)，然后再接入岸电电源，使用完毕后，需先断开岸电电源，后接入自身供电系统。接入和断开操作复杂，而且启动过程内部设备冲击大。为保护设备安全，需采用顺序启动的方式，减少电网波动对设备的冲击，耗时较长。如果停靠时间短暂，接入和断开岸电的操作时间占用比例过大，影响船舶自身工作效率。
[0005]因此，造成部分船舶不愿接入岸电系统。所以需求无扰动切换技术的突破，但是目前现有技术中，主要的无扰动切换技术有以下几种:
[0006]①引入额外电机控制。但此方法需引入额外电机，前期费用高，而且电力传输效率低。
[0007]②加入船舶通讯电网检查装置，并控制船舶电网并入岸电时刻。此方法不能适应多种用电制式，如60Hz时，市电无法并网。
[0008]③采用高低压变频器。此方法直接并入，会有瞬态冲击，而且稳定时间慢，脱开时间无法精确决定，影响船舶设备安全。
[0009]因此，能够适用多种电制式，如何使船舶电网无扰动并网成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0010]本发明的目的就是为了解决现有岸电不能适用多种电制式，且并网产生瞬态冲击，影响船舶设备安全的技术问题，本发明提供一种智能岸电系统，具体技术方案如下:
[0011]一种智能岸电系统，包括变频电源、切换网络和电抗器，所述变频电源包括整流模块、逆变模块、母线、变频电源控制器、通讯模块、电网采样模块；所述整流模块、母线、逆变模块、变频电源控制器、电网采样模块、切换网络和电抗器依次连接，所述通讯模块与所述变频电源控制器连接，所述母线与所述变频电源控制器连接；所述电网采样模块通过采样线连接外部船舶供电电缆，所述电网采样模块实时获取外部船舶电网信息，并将外部船舶电网信息传输至所述变频电源控制器，所述变频电源控制器根据所述船舶电网信息控制所述切换网络切换电网制式匹配所述船舶电网，并生成岸电电网信息，当所述外部船舶电网信息与所述岸电电网信息相同时，所述变频电源控制器控制所述逆变模块与所述电抗器连接，电压稳定后，所述变频电源控制器通过通讯模块控制外部船舶辅机与船舶电网断开。
[0012]进一步的，所述切换网络包括多组真空接触器和变压器，所述变频电源控制器根据所述外部船舶电网信息，调整所述变压器参数和多组真空接触器以控制逆变模块输出电压与所述外部船舶电网信息匹配。
[0013]进一步的，所述逆变模块与所述电抗器之间连接有第一真空接触器，所述外部船舶电网信息与所述岸电电网信息相同时，所述变频电源控制器控制所述第一真空接触器合闸。
[0014]进一步的，所述的岸电电网信息为变频电源输出电压的频率、相位和幅值中的至少一个；所述外部船舶电网信息为船舶电网电压的频率、相位和幅值中的至少一个。
[0015]进一步的，所述变频电源还包括母线采样模块，所述母线采样模块与所述母线和所述变频电源控制器均连接，所述母线采样模块获取所述母线的瞬时电压信息，并将所述电压信息传输给所述变频电源控制器，所述变频电源控制器采用母线补偿算法，提高变频电源输出响应。
[0016]进一步的，所述电网采样模块通过两条采样线分别连接外部船舶电网三项电中的任意两相，所述采样模块获取所述两相电压信号，并将所述电压信号传输至所述变频电源控制器，所述变频电源控制器通过识别算法，得出所述外部船舶电网信息。
[0017]进一步的，包括第二真空接触器，所述变频电源通过所述第二真空接触器与岸电电网连接/断开，所述采样模块获取变频电源回路电流信息，并将所述电流信息传输至所述变频电源控制器，若所述电流信息超出预置电流范围，所述变频电源控制器控制所述第二真空接触器断开。
[0018]一种岸电系统的并网方法，包括如下步骤:
[0019]所述电网采样模块实时获取所述外部船舶电网信息，并将所述外部船舶电网信息发送至所述变频电源控制器；
[0020]所述变频电源控制器根据所述外部船舶电网信息控制切换网络切换到与所述外部船舶电网电制匹配；
[0021]所述变频电源控制器生成岸电电网信息，当所述岸电电网信息与所述外部船舶电网信息相同时，所述变频电源控制器控制岸电电网与所述外部船舶电网并网；
[0022]所述变频电源控制器通过所述通讯模块控制外部船舶辅机与所述船舶电网断开。
[0023]进一步的，所述变频电源控制器控制岸电电网与所述外部船舶电网并网之后，所述方法还包括步骤:
[0024]通过提高变频电源输出电压幅值，将外部船舶负载由船舶辅机供电转移到岸电电网供电。
[0025]进一步的，所述变频电源控制器生成岸电电网信息，当所述岸电电网信息与所述外部船舶电网信息相同时，所述变频电源控制器控制岸电电网与所述外部船舶电网连接的具体步骤包括:
[0026]所述变频电源控制器根据变频电源输出电压频率和幅值通过锁相算法，生电压相位信息，当变频电源输出电压与所述外部船舶电网同频同相同幅时，所述变频电源控制器控制所述第一真空接触器合闸，所述岸电电网与所述外部船舶电网并网。
[0027]相较于现有技术，本发明提供一种智能岸电系统，其主要有益效果在于:本发明通过电网采样模块获取船舶的电压频率、相位和幅值信息，采样线缆无需上船，连接方便，检测精度高，速度快；通过切换网络自动切换供电制式匹配船舶电网，无需人工干预，更智能化，正确率高；通过变频电源智能控制，电压输出响应迅速、精确、稳定性好；通过以太网网络与船舶通讯，控制船舶上真空接触器动作，以配合变频器电压输出，实现无扰动并网，采用无线以太网通讯，技术成熟，容错性能好，可支持多种船舶自带协议，兼容性好，无需通信线路上船，简化上船线缆连接；并网稳定运行几个周期，船舶电网稳定后船舶供电系统脱离，电网无冲击，并网过程不影响负载运作，实现无扰并网。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例1智能岸电系统的结构方框示意图。
[0029]图2为本发明实施例2智能岸电系统的结构方框示意图。
[0030]图3为本发明实施例3智能岸电系统的结构方框示意图。
【具体实施方式】
[0031]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，并不用来限定本发明。
[0032]实施例1
[0033]请参阅图1，图1为智能岸电系统的结构方框示意图。
[0034]本发明提供一种智能岸电系统，包括变频电源、切换网络和电抗器，所述电抗器为三项电抗器，所述变频电源包括整流模块、逆变模块、母线、变频电源控制器、通讯模块、电网采样模块；所述整流模块、母线、逆变模块、变频电源控制器、电网采样模块、切换网络和电抗器依次连接，所述通讯模块与所述变频电源控制器连接，所述母线与所述变频电源控制器连接；所述电网采样模块通过采样线连接外部船舶供电电缆，所述电网采样模块实时获取外部船舶电网信息，并将外部船舶电网信息传输至所述变频电源控制器，所述变频电源控制器根据所述船舶电网信息控制所述切换网络切换电网制式匹配所述船舶电网，并生成岸电电网信息，当所述外部船舶电网信息与所述岸电电网信息相同时，所述变频电源控制器控制所述逆变模块与所述电抗器连接，电压稳定后，所述变频电源控制器通过通讯模块控制外部船舶辅机与外部船舶电网断开。所述通讯模块为以太网通讯模块，所述外部船舶包括通讯模块，所述智能岸电系统与所述外部船舶通信连接。
[0035]需要说明是，所述的岸电电网信息为变频电源输出电压的频率、相位和幅值中的至少一个；所述外部船舶电网信息为船舶电网电压的频率、相位和幅值中的至少一个。
[0036]进一步的，所述切换网络包括多组真空接触器和变压器，所述变频电源控制器根据所述外部船舶电网信息，调整所述变压器参数和多组真空接触器的合闸比例以控制逆变模块输出电压与所述外部船舶电网信息匹配。
[0037]实施例2
[0038]请参阅图2，图2为智能岸电系统的结构方框示意图。
[0039]本发明提供一种智能岸电系统，包括变频电源、切换网络和电抗器，所述变频电源包括整流模块、逆变模块、母线、变频电源控制器、通讯模块、电网采样模块；所述整流模块、母线、逆变模块、变频电源控制器、电网采样模块、切换网络和电抗器依次连接，所述通讯模块与所述变频电源控制器连接，所述母线与所述变频电源控制器连接；所述逆变模块与所述电抗器之间连接有第一真空接触器，所述电网采样模块通过采样线连接外部船舶供电电缆，所述电网采样模块实时获取外部船舶电网信息，并将外部船舶电网信息传输至所述变频电源控制器，所述变频电源控制器根据所述船舶电网信息控制所述切换网络切换电网制式匹配所述船舶电网，并生成岸电电网信息，当所述外部船舶电网信息与所述岸电电网信息相同时，所述变频电源控制器控制所述第一真空接触器合闸，电压稳定后，所述变频电源控制器通过通讯模块控制外部船舶辅机与船舶电网断开。
[0040]需要说明的是，所述的岸电电网信息为变频电源输出电压的频率、相位和幅值中的至少一个；所述外部船舶电网信息为船舶电网电压的频率、相位和幅值中的至少一个。
[0041]进一步的，所述切换网络包括多组真空接触器和变压器，所述变频电源控制器根据所述外部船舶电网信息，调整所述变压器参数和多组真空接触器以控制逆变模块输出电压与所述外部船舶电网信息匹配。
[0042]可以理解的是，船舶电网进一步包括第三真空接触器和第四真空接触器，所述变频电源控制器通过以太网通讯模块控制所述第三真空接触器和所述第四真空接触器，所述变频电源控制器通过控制所述第三真空接触器的合闸/开闸以控制所述船舶电网与所述岸电电网连接/断开。所述变频电源控制器通过控制所述第四真空接触器的合闸/开闸以控制所述外部船舶辅机与所述船舶电网的连接/断开。
[0043]可以理解的是，假设岸上三相高压电网是6600V/50HZ，船舶电网是690V/60Hz，低压上船，接入岸电电网过程如下:
[0044]船舶靠岸后，船舶由辅机供电，以保证船舶电网供电稳定，所述第三真空接触器断开，所述第一真空接触器断开，接入采样线缆LI。
[0045]如图2所示，所述电网采样模块采样线缆连接在线路A点上。所述电网采样模块两条采样线分别连接三相电中的任意两相，所述采样线缆接入后，所述电网采样模块获取所述外部船舶电网三项中的两相电压信号，并将所述电压信号传输至所述变频电源控制器，所述变频电源控制器通过识别算法，得出A电的电压频率、相位和幅值信息，因为A点通过采样线连接船舶电网，所述A点的电压信息为所述外部船舶电网的电压信息。
[0046]所述变频电源控制器根据已经录入变频电源控制器内的切换网络变压器参数，以及识别到的690V/60HZ电压信息，调整所述切换网络内的多组真空接触器使得电压输入输出比为9:1，通过所述变频电源控制器计算，自动调整所述逆变模块输出幅值为6210V的电压以满足外部船舶电压690V低压上船需求，并调整输出电压频率至60Hz。
[0047]需要说明的是，调整所述多组真空接触器改变输入输出电压比，所述输入输出电压比值设定有多种，例如9:1、5:2、3:5、1:3等，根据输入和需要输出的电压比值调整所述切换网络中的多组真空接触器，如果需增加新的供电制式，只需在切换网络中增加适当的转换单元，并对所述智能岸电系统录入新的转换单元参数，以迅速实现新制式的接入。
[0048]所述变频电源控制器控制所述逆变模块输出电压为690V/60HZ，变频电源控制器采用锁相算法，通过电网采样模块获取船舶电网的电压相位信息，实时获取所述船舶电网信息，当变频电源输出电压与所述外部船舶电压达到同频同相同幅时，所述变频电源控制器控制所述第一真空接触器和所述第三真空接触器合闸，此时所述岸电电网并入外部船舶电网。稳定并网后，通过提高输出电压幅值，将船上负载从船舶辅机供电转移到岸电供电。稳定并网后，所述变频电源控制器通过通讯模块控制所述第四真空接触器分闸，完成船舶电网无扰切换过程。
[0049]需要说明的是，所述智能岸电系统对于低压上船和高压上船均适用，假定船舶电网为690V/60HZ，岸电系统识别到船舶电网参数后，判定为低压上船。岸电系统通过已经录入变频电源控制器内的切换网络变压器参数，以及识别到的690V/60HZ电压信息，调整多组真空接触器来满足低压输出需求，并计算输出电压频率、相位和幅值。
[0050]假定船舶电网为6600V/60HZ，岸电系统识别到船舶电网参数后，判定为高压上船。岸电系统通过已经录入变频电源控制器内的切换网络变压器参数，以及识别到的6600V/60HZ电压信息，调整多组真空接触器满足高压输出需求，并计算输出电压频率、相位和幅值。
[0051]实施例3
[0052]请参阅图3，图3为智能岸电系统的结构方框示意图。
[0053]一种智能岸电系统，包括变频电源、切换网络和电抗器，所述变频电源包括整流模块、逆变模块、母线、变频电源控制器、通讯模块、电网采样模块；所述整流模块、母线、逆变模块、变频电源控制器、电网采样模块、切换网络和电抗器依次连接，所述通讯模块与所述变频电源控制器连接，所述母线与所述变频电源控制器连接；所述电网采样模块通过采样线连接外部船舶供电电缆，所述电网采样模块实时获取外部船舶电网信息，并将外部船舶电网信息传输至所述变频电源控制器，所述变频电源控制器根据所述船舶电网信息控制所述切换网络切换电网制式匹配所述船舶电网，并生成岸电电网信息，当所述外部船舶电网信息与所述岸电电网信息相同时，所述变频电源控制器控制所述逆变模块与所述电抗器连接，电压稳定后，所述变频电源控制器通过通讯模块控制外部船舶辅机与船舶电网断开。
[0054]进一步的，所述变频电源还包括母线采样模块，所述母线采样模块与所述母线和所述变频电源控制器均连接，当输入电网波动时，波动信号直接反应在主回路的母线上，所述母线采样模块获取所述母线的瞬时电压信息，并将所述电压信息传输给所述变频电源控制器，所述变频电源控制器采用母线补偿算法，提高变频电源输出响应。
[0055]为确保所述智能岸电系统供电安全，所述智能岸电系统还包括第二真空接触器，所述变频电源通过所述第二真空接触器与岸电电网连接/断开，所述采样模块获取变频电源回路电流信息，并将所述电流信息传输至所述变频电源控制器，若所述电流信息超出预置电流范围，所述变频电源控制器控制所述第二真空接触器断开。
[0056]实施例4
[0057]在实施例1-实施例3的基础上，本发明提供一种智能岸电系统的并网方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0058]S1:所述电网采样模块实时获取所述外部船舶电网信息，并将所述外部船舶电网信息发送至所述变频电源控制器。
[0059]S2:所述变频电源控制器根据所述外部船舶电网信息控制切换网络切换到与所述外部船舶电网电制匹配。
[0060]S3:所述变频电源控制器生成岸电电网信息，当所述岸电电网信息与所述外部船舶电网信息相同时，所述变频电源控制器控制岸电电网与所述外部船舶电网并网。
[0061]S31:所述变频电源控制器根据变频电源输出电压频率和幅值通过锁相算法，生电压相位信息。
[0062]S32:当变频电源输出电压与所述外部船舶电网同频同相同幅时，所述变频电源控制器控制所述第一真空接触器合闸，所述岸电电网与所述外部船舶电网并网。
[0063]S4:通过提高变频电源输出电压幅值，将外部船舶负载由船舶辅机供电转移到岸电电网供电。
[0064]S5:电压稳定后，所述变频电源控制器通过所述通讯模块控制外部船舶辅机与所述船舶电网断开，以实现岸电电网与外部船舶电网无扰并网。
[0065]应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种智能岸电系统，其特征在于，包括变频电源、切换网络和电抗器，所述变频电源包括整流模块、逆变模块、母线、变频电源控制器、通讯模块、电网采样模块；所述整流模块、母线、逆变模块、变频电源控制器、电网采样模块、切换网络和电抗器依次连接，所述通讯模块与所述变频电源控制器连接，所述母线与所述变频电源控制器连接；所述电网采样模块通过采样线缆连接外部船舶供电电缆，所述电网采样模块实时获取外部船舶电网信息，并将外部船舶电网信息传输至所述变频电源控制器，所述变频电源控制器根据所述船舶电网信息控制所述切换网络切换电网制式匹配所述船舶电网，并生成岸电电网信息，当所述外部船舶电网信息与所述岸电电网信息相同时，所述变频电源控制器控制所述逆变模块与所述电抗器连接，电压稳定后，所述变频电源控制器通过通讯模块控制外部船舶辅机与船舶电网断开。
2.根据权利要求1所述的智能岸电系统，其特征在于，所述切换网络包括多组真空接触器和变压器，所述变频电源控制器根据所述外部船舶电网信息，调整所述变压器参数和多组真空接触器以控制逆变模块输出电压与所述外部船舶电网信息匹配。
3.根据权利要求1所述的智能岸电系统，其特征在于，所述逆变模块与所述电抗器之间连接有第一真空接触器，所述外部船舶电网信息与所述岸电电网信息相同时，所述变频电源控制器控制所述第一真空接触器合闸。
4.根据权利要求1-3任一所述的智能岸电系统，其特征在于，所述的岸电电网信息为变频电源输出电压的频率、相位和幅值中的至少一个；所述外部船舶电网信息为船舶电网电压的频率、相位和幅值中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的智能岸电系统，其特征在于，所述变频电源还包括母线采样模块，所述母线采样模块与所述母线和所述变频电源控制器均连接，所述母线采样模块获取所述母线的瞬时电压信息，并将所述电压信息传输给所述变频电源控制器，所述变频电源控制器采用母线补偿算法，提高变频电源输出响应。
6.根据权利要求1所述的智能岸电系统，其特征在于，所述电网采样模块通过两条采样线分别连接外部船舶电网三项电中的任意两相，所述采样模块获取所述两相电压信号，并将所述电压信号传输至所述变频电源控制器，所述变频电源控制器通过识别算法，得出所述外部船舶电网信息。
7.根据权利要求1所述的智能岸电系统，其特征在于，包括第二真空接触器，所述变频电源通过所述第二真空接触器与岸电电网连接/断开，所述采样模块获取变频电源回路电流信息，并将所述电流信息传输至所述变频电源控制器，若所述电流信息超出预置电流范围，所述变频电源控制器控制所述第二真空接触器断开。
8.—种权利要求1-7任一所述的岸电系统的并网方法，其特征在于，包括如下步骤: 所述电网采样模块实时获取所述外部船舶电网信息，并将所述外部船舶电网信息发送至所述变频电源控制器； 所述变频电源控制器根据所述外部船舶电网信息控制切换网络切换到与所述外部船舶电网电制匹配； 所述变频电源控制器生成岸电电网信息，当所述岸电电网信息与所述外部船舶电网信息相同时，所述变频电源控制器控制岸电电网与所述外部船舶电网并网； 所述变频电源控制器通过所述通讯模块控制外部船舶辅机与所述船舶电网断开。
9.根据权利要求8所述的岸电系统的并网方法，其特征在于，所述变频电源控制器控制岸电电网与所述外部船舶电网并网之后，所述方法还包括步骤: 通过提高变频电源输出电压幅值，将外部船舶负载由船舶辅机供电转移到岸电电网供电。
10.根据权利要求8所述的岸电系统的并网方法，其特征在于，所述变频电源控制器生成岸电电网信息，当所述岸电电网信息与所述外部船舶电网信息相同时，所述变频电源控制器控制岸电电网与所述外部船舶电网连接的具体步骤包括: 所述变频电源控制器根据变频电源输出电压频率和幅值通过锁相算法，生电压相位信息，当变频电源输出电压与所述外部船舶电网同频同相同幅时，所述变频电源控制器控制所述第一真空接触器合闸，所述岸电电网与所述外部船舶电网并网。
【文档编号】H02J3/40GK104467027SQ201410740635
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】张润森, 刘佳, 刘鹏, 张树宏, 余艳文 申请人:深圳市科陆变频器有限公司