一种岸电船电同步不停电切换装置及方法与流程

本发明涉及电力电子技术领域，特别是一种岸电船电同步不停电切换装置及方法。

背景技术：

为了把我国港口\船厂陆地电网电制为50Hz的电源，经过变频、变压转换为船舶电站可接受的60Hz或者50Hz电源，岸电电源只有采用电力电子变换器。电力电子变换器与大电网并联时，其输出电压不受电网电压影响，通过控制逆变环节的输出电流即可控制输出功率。同陆地大电网相比，船舶电网容量有限的独立弱电网，逆变环节若按常规电流源控制的方法并入船舶电网，则会对船舶电力系统产生不良影响甚至造成断电。所以岸电接入船电时，必须采取切换措施，当前常规做法需要先断开船舶发电，再接入岸电的间断式切换接入，这种做法需要将船舶电力进行一段时间的停电处理，其不利于对船舶上重要负荷的持续稳定供电。而不停电岸电船电切换过程，如果直接将岸电电源切换并上船舶电网，可能会因为两者电压相位、幅值、频率存在不同，导致电流冲击，损坏船舶上电力设备。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种岸电船电同步不停电切换装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种岸电船电同步不停电切换装置，包括岸电船电切换控制单元、高压岸电电源、高压固态切换开关；所述岸电控制单元、高压岸电电源均与所述高压固态切换开关连接；所述高压固态切换开关与船舶发电机、船舶高压配电箱、船舶低压配电箱连接；所述岸电控制单元与所述船舶发电机连接；所述高压固态切换开关包括两个三相可控开关单元、驱动单元、通信单元和控制单元；所述通信单元与所述控制单元连接；所述控制单元与所述驱动单元连接；所述驱动单元与所述两个三相可控开关单元连接；所述两个三相可控开关单元分别与高压岸电电源、船舶发电机连接。

岸电船电切换控制单元采集岸电输出电压与电流、及船电电压与电流，再进行岸电船电切换的准同期运算，使得岸电输出电压与船电电压之间的幅值差、频率差、相位差小于一定阈值时合上与高压岸电电源连接的三相可控开关单元S₁；根据采集的船电电压、电流计算出的船舶负载功率，控制岸电输出功率达到供给船舶负载后，断开与船舶发电机连接的三相可控开关单元S₂，并发出船舶发电机停机指令。

所述准同期运算包括进行相位、幅值的预同步运算，相位预同步是利用船舶电压V_ship与岸电电源输出电压V_sps，经过锁相环分别计算出相位θ_ship、θ_sps，θ_ship、θ_sps做差得到Δθ作为PI控制输入，控制调整岸电输出电压相位，当两者相位差小于设定阈值0.01时，发出相位同步成功指令；利用船舶电压V_ship与岸电电源输出电压V_sps，分别经过Park变换计算出V_{d_ship}、V_{d_sps}，两者做差得到ΔV_d，利用电压电流双闭环控制得到SPWM调制的调制正弦信号，经过载波移相控制高压岸电电源逆变，从而达到电压幅值小于阈值0.05 V_d*后，输出幅值同步成功指令，幅值与相位都同步成功发出对高压固态切换开关的合闸指令；V_d*为电压幅值给定经过Park变换计算后的值

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明可以保障船上重要负荷不间断持续稳定供电，实现船舶负载不停电由船电切换至岸电进行供电，提高绿色港口与船厂的自动化水平。

附图说明

图1为本发明岸电船电切换装置结构示意图；

图2为本发明高压固态切换开关原理图；

图3为本发明实同步切换控制原理图。

具体实施方式

本发明岸电船电同步不停电切换方法原理是，在船电内采用高压固态切换开关作为岸电船电的硬件快速切换开关，在船舶靠港后，先以船电为基准，通过控制岸电输出电压幅值、相位、频率达到实现船电电网电压并网的条件，然后进行负荷转移至由岸电进行供给，然后将船电断开，船上负载完全由岸电进行供给，船舶发电机停机。所述高压岸电电源，采用移相变压器与3相每相级联5个可逆变流模块的拓扑结构，能够实现将港口/船厂变电所10kV/50Hz电源进行变频、变压处理，达到供给船电的电能质量。所述船电主要包括高压固态切换开关、船舶发电机、船舶高压配电、船载变压器、船舶低压配电，所述高压固态开关内部S₁开关输入侧与高压岸电电源相连接，输出侧连接船电母线与内部S₂开关，所述S₂开关输出与船舶发电机相连接，所述船舶负载通过船载变压器与船电母线相连接，所述船载变压器是可选将6.6kV降压为0.45kV或者0.4kV对船舶负载进行供电。

如图1所示给出了岸电船电切换装置结构示意图，该装置包括岸电船电切换控制单元、高压岸电电源、高压固态切换开关。所述岸电船电切换控制单元主要包括岸电控制、控制命令输出、信号采集计算，岸电调频调压控制；所述船电主要包括船舶发电机、船舶高压配电、船舶变压器、船舶低压配电。其主要通过高压固态切换开关完成靠港船舶供电由船舶发电机供电转换为岸电供电的切换过渡，所述高压固态切换开关内部开关S₁输入与高压岸电电源相连接，其负责岸电的接入与断开，S₁的输出与内部开关S₂、船舶电力母线相连接，高压船舶电力母线电压为6.6kV制式，可依据需要选择船载变压器降压至0.45kV或者0.4kV供给船舶低压配电使用。内部开关S₂与船舶发电机相连，控制船舶发电侧的接入与断开，船舶发电机可由切换控制器实现启停控制。本发明切换方法是以船电为基准，调控岸电达到与船电电压的同幅、同频、同相，实际操作是幅值差、频率差、相位差满足一定条件即判断为可以进行同步并网操作。

如图2所示为高压固态切换开关原理图，所述高压固态切换开关包括两个三相可控开关单元、驱动单元、通信单元和控制单元；所述通信单元与所述控制单元连接；所述控制单元与所述驱动单元连接；所述驱动单元与所述两个三相可控开关单元S₁和S₂连接；所述两个三相可控开关单元分别与高压岸电电源、船舶发电机连接。两个晶闸管正反向并联构成一个开关单元unit，两个开关单元unit串联构成一个单相开关Sw_sp，3个单相开关Sw_sp组成一个三相可控开关单元S₁。负载可以通过三相开关S₁、S₂选择是由电源1供电或电源2供电。通信单元接收岸电船电切换控制单元输出的开关切换指令，控制单元根据开关切换指令输出晶闸管的触发脉冲指令信号，该信号通过驱动单元产生各晶闸管的驱动脉冲信号，实现晶闸管的触发导通或关断。

如图3所示，为同步切换控制原理图，主要包括相位同步与幅值同步，由理论分析可知相位同步可保障频率同步。所述相位同步，是通过信号采集计算单元，将船电与岸电输出电压、电流经过模数转换传送至主控板进行运算，利用船舶电压、电流计算船舶负荷功率。由船舶电压V_ship与岸电电源输出电压V_sps，分别通过锁相环得到船电电压相位θ_ship、岸电电压相位θ_sps，两者做差得到Δθ作为比例积分控制器PI的输入，PI控制器输出调控高压岸电输出电压相位。使相位差达到相位同步条件，小于设定阈值0.01时，输出相位同步成指令Phase_cmd。所述幅值同步由船舶电压V_ship与岸电电源输出电压V_sps，分别经过Park变换计算出V_{d_ship}、V_{d_sps}，两者做差得到ΔV_d，利用电压电流双闭环控制得到SPWM调制的调制正弦信号，经过载波移相控制级联型高压岸电逆变，利用幅值差进行判断，达到电压幅值小于阈值（0.05V_d^*）后，输出幅值同步成功指令RMS_cmd，幅值与相位都同步成功发出对高压固态切换开关S₁的合闸指令。V_d*为电压幅值给定经过Park变换计算后的值。利用已计算船舶负荷功率，控制岸电功率输出功率，负荷转移至岸电供给，然后S₂断开、船舶发电机停机。