一种船舶电力系统谐波监测与抑制装置

1.本实用新型涉及船舶电力装置技术领域，具体为一种船舶电力系统谐波监测与抑制装置。


背景技术：

2.随着船舶行业的快速兴起，远洋运输船舶与海上作业种类繁多，各种类型的船舶对于电力系统的要求与功能有所不同。但是船舶电力系统都有着几个共性特点。船舶电力系统中有大量的非线性电力电子器件。船舶海上移动的工业环境决定了电气设备运行条件远比路上更加恶劣。例如船上空间较小，船舶舱室空间狭窄，船舶的结构大多由钢板构成。船舶电气设备之间的较大的电磁干扰等。其中船舶电力系统自身的谐波也是危害电力系统的安全的一大因素。在交流电力系统中，电压波形和电流波形应均为正弦波。但是当正弦波形的电压经过变压器或者非线性的电力电子装置时，便会产生非正弦波形的电流，形成的非正弦性波形在电网的电阻和电抗上产生的电压降，会造成负载侧的电压也是非正弦。谐波会对电网、电机、电力通信设备造成严重的危害，降低了船舶电力系统的控制性能并且影响了电子设备的寿命，因此对船舶谐波抑制方面的研究是十分必要。不仅如此，谐波还会使电能的生产、传输和利用效率降低，可能会使电气设备过热产生振动，噪声，缩短设备的使用寿命。甚至会烧毁设备，然而船舶中的设备大多集中在一个船舱中，一旦设备出现故障甚至烧毁，都会对电网产生重大危害。船舶电力系统的谐波主要来自三个方面。发电源会产生谐波，例如船舶中的柴油发电机组，汽轮机组。输配电单元也会产生谐波，例如在输电和配电的过程中，电力变压器会产生奇数次的谐波引起很大的谐波电流。用电设备也会产生谐波。大部分的用电设备例如电动机、舵机等感性设备,船舶甲板机舱的机械或泵。这些设备大多是非线性系统，多少会产生谐波。因此船舶的谐波处理非常重要。为了保证人员和设备的安全，设计了一种船舶谐波检测与抑制处理装置。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种船舶电力系统谐波监测与抑制装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种船舶电力系统谐波监测与抑制装置，包括船舶电网、非线性负载、霍尔传感器模块、pwm电路、驱动保护电路、有源滤波模块、can收发器和dsp电路，所述船舶电网与非线性负载相连，所述霍尔传感器模块与船舶电网相连，所述霍尔传感器模块与有源滤波模块相连，所述霍尔传感器模块将负载的电流与电压信号传输给信号调节电路模块，所述信号调节电路模块与a/d转换模块相连，其中，信号调节电路模块用于将准确可靠的电流电压信号输送到dsp电路而进行的限幅和极性变化，所述dsp电路分别与a/d转换模块、pwm电路、can收发器相连，所述pwm电路与驱动保护电路相连，所述有源滤波模块分别与船舶电网和霍尔传感器模块相连。
5.优选的，所述霍尔传感器模块用于负载电流检测、负载电压检测和补偿电流检测。
6.优选的，所述dsp电路内部采用tms320f2812芯片，且将can控制器和pwm接口嵌入到该芯片系统中，组成片上的微处理器，使dsp电路直接与can总线收发器进行连接，具有传输速率高，扩展性良好，较强的抗干扰能力，尤其适合电磁噪声比较大的场合。
7.优选的，所述有源滤波模块采用了三相桥式变流器，选取了igbt作为开关器件，其中，直流侧并联一个大电容，主要起储存能量，滤除直流侧谐波稳压作用，交流侧通过电感与电阻接入电网，产生一个与电网谐波相抵消的电流，从而达到抑制谐波的效果。
8.优选的，所述can收发器通过can
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usb接口将监测到电网谐波数据传送到pc上位机，实现对船舶电力系统在线实时监测。
9.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过对船舶电网中电压电流信号的提取检测，对电网谐波进行分析处理，能向电网侧输送一个与电网谐波电流相反的电流，从而达到对船舶电网谐波的抑制效果，并且还能通过can通信功能，通过can通信模块实现与上位机之间的连接，实现与用户之间的实时便捷的交互；整个设计、外形结构简单、尺寸小、重量轻,非常适合放在空间区域较小的船舱内。抗干扰能力强，防护等级高，适合放在电磁干扰较大的船舶上。由以上设计使本装置功能齐全，既能实现对船舶电网的谐波处理，还能实时监控电网的电能质量。
附图说明
10.图1为本实用新型的整体结构示意图。
11.图中：1、船舶电网；2、非线性负载；3、霍尔传感器模块；4、信号调节电路模块模块；5、a/d转换模块；6、dsp电路；7、pwm电路；8、驱动保护电路；9、有源滤波模块；10、can收发器；11、can
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usb接口；12、pc上位机。
具体实施方式
12.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
13.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
14.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
15.请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种船舶电力系统谐波监测与抑制装置，包括船舶电网1、非线性负载2、霍尔传感器模块3、pwm电路7、驱动保护电路8、有源滤波模块9、can收发器10和dsp电路6，船舶电网1与非线性负载2相连，霍尔传感器模块3与船舶
电网1相连，霍尔传感器模块3与有源滤波模块9相连，霍尔传感器模块3将负载的电流与电压信号传输给信号调节电路模块4，信号调节电路模块4与a/d转换模块5相连，其中，信号调节电路模块4用于将准确可靠的电流电压信号输送到dsp电路6而进行的限幅和极性变化，dsp电路6分别与a/d转换模块5、pwm电路7、can收发器10相连，pwm电路7与驱动保护电路8相连，有源滤波模块9分别与船舶电网1和霍尔传感器模块3相连。
16.进一步的，霍尔传感器模块3用于负载电流检测、负载电压检测和补偿电流检测。
17.进一步的，dsp电路6内部采用tms320f2812芯片，且将can控制器嵌入到该芯片系统中，组成片上的微处理器，使dsp电路6直接与can总线收发器进行连接，具有传输速率高，扩展性良好，较强的抗干扰能力，尤其适合电磁噪声比较大的场合。
18.进一步的，有源滤波模块9采用了三相桥式变流器，选取了igbt作为开关器件，其中，直流侧并联一个大电容，主要起储存能量，滤除直流侧谐波稳压作用，交流侧通过电感与电阻接入电网，产生一个与电网谐波相抵消的电流，从而达到抑制谐波的效果。
19.进一步的，can收发器10通过can
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usb接口11将监测到电网谐波数据传送到pc上位机12，实现对船舶电力系统在线实时监测。
20.工作原理：船舶电网1是一个三相三线制电网，电网中电流主要有负载电流和谐波电流，通过用霍尔传感器模块3完成负载电流检测、负载电压检测、补偿电流检测，分别采集船舶电网中的电流信号，电压信号以及有源滤波产生的补偿电流。信号调节电路模块4是为了将准确可靠的电流电压信号输送到dsp电路6而进行的限幅，极性变化，将交流信号转换成直流信号；a/d转换模块5能完成信号的采样与转换，主要是将信号调节电路模块4转换后的模拟信号转变成数字信号，送入dsp电路6；dsp电路6作为整个电路的核心，需要负责控制算法的计算，信号数据处理，发送脉冲控制信号等功能。dsp电路6经过信号处理以后，输出pwm脉冲信号经过驱动保护电路8转换成可以驱动igbt的电压信号，使变流桥开始工作，同时实现强弱电信号的隔离，保护dsp电路6。整个有源滤波模块9会产生一个与电网谐波相抵消的电流，流入船舶电网1从而达到抑制谐波的效果。dsp电路6直接与can收发器进行连接，通过can
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usb智能接口与pc上位机相连接。将监测到的电网谐波数据传送到上位机上，方便船舶工作人员观察船舶电力系统电能质量，实现对船舶电力系统在线实时监测。
21.本实用新型通过对船舶电网中电压电流信号的提取检测，对电网谐波进行分析处理，能向电网侧输送一个与电网谐波电流相反的电流，从而达到对船舶电网谐波的抑制效果，并且还能通过can通信功能，通过can通信模块实现与上位机之间的连接，实现与用户之间的实时便捷的交互；整个设计、外形结构简单、尺寸小、重量轻,非常适合放在空间区域较小的船舱内。抗干扰能力强，防护等级高，适合放在电磁干扰较大的船舶上。由以上设计使本装置功能齐全，既能实现对船舶电网的谐波处理，还能实时监控电网的电能质量。
22.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。