一種碼頭智能型高壓船用岸電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碼頭智能型高壓船用岸電系統(tǒng)，其包括雙向功率傳輸子系統(tǒng)、岸/船同步無擾動切換子系統(tǒng)及共用直流母線電壓通過連接電抗器接往系統(tǒng)進線側(cè)的變流器及儲能子系統(tǒng)、高壓變頻電源子系統(tǒng)、動態(tài)無功補償子系統(tǒng)。雙向功率傳輸子系統(tǒng)包括變壓器、雙向整流器。變流器及儲能子系統(tǒng)實現(xiàn)電流的相位與幅值以控制有功功率及無功功率的流動方向。高壓變頻電源子系統(tǒng)用于電網(wǎng)側(cè)電源向負(fù)載側(cè)電源的轉(zhuǎn)換，同時進行船上電源的頻率及幅值跟蹤功能；動態(tài)無功補償子系統(tǒng)實現(xiàn)本電源系統(tǒng)所帶負(fù)載的無功補償，且對同一母線中所帶其它負(fù)載的無功功率補償；岸/船同步無擾動切換子系統(tǒng)用于配合高壓變頻電源子系統(tǒng)實現(xiàn)岸上供電系統(tǒng)與船上供電系統(tǒng)無擾動轉(zhuǎn)換。
【專利說明】一種碼頭智能型高壓船用岸電系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶供電系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是一種碼頭智能型高壓船用岸電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界航運業(yè)的迅猛發(fā)展，船舶對環(huán)境造成的污染日趨嚴(yán)重，尤其是在靠泊期間其船舶車輔機的排放對港口所在城市環(huán)境造成了較大的影響。靠港船舶輔機發(fā)電是港口乃至所在城市空氣污染主要來源之一，為了應(yīng)對這一問題，各國都在積極探索。另一方面，目前我國已成為世界造船大國，越來越多的國家和地區(qū)在我國的造船廠訂造符合其標(biāo)準(zhǔn)和頻率、電壓要求的各種船舶，以及維修各種船舶。在進行船舶修造時，船上大量的設(shè)備的設(shè)備均需要60Hz電源供電方能正常使用。由于我國電網(wǎng)供電電源頻率標(biāo)準(zhǔn)為50Hz，在船上發(fā)電機在沒有正常投入使用之前，這些需要60Hz電源供電的設(shè)備，必需要有一種與之電制匹配的電源來供電。為了解決這兩方面的問題，一種高質(zhì)量穩(wěn)頻穩(wěn)壓的岸上供電系統(tǒng)(船用岸電電源)受到了廣泛的關(guān)注。但是在現(xiàn)有的岸上供電系統(tǒng)中，母線電壓大都0.4kv的低壓，經(jīng)船上變壓器變?yōu)榕c負(fù)載相匹配的電源，這種低壓或是中高壓電源要引到船上需要很多根粗電纜，浪費成本，而且還有很多接口，船靠岸后連接操作復(fù)雜；在現(xiàn)有的高壓的供電系統(tǒng)中變頻子模塊采用獨立功能系統(tǒng)集成模式，硬件規(guī)模大，系統(tǒng)體積較大，對系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及后期維護成本都有一定的影響，再有就是現(xiàn)有高壓上船技術(shù)中并沒有對負(fù)載的無功進行補償，沒有對負(fù)載倒灌的有功能量進行存儲，使電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)較低。因此有必要提供一種帶補償?shù)?，有能量存儲的高壓的岸電電源系統(tǒng)，提高對電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，并且降低整個系統(tǒng)的運營成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于:提供一種帶無功補償(SVG)并且能夠儲存有功功率的高壓智能岸電電源系統(tǒng)即碼頭智能型高壓船用岸電系統(tǒng)，這種智能系統(tǒng)擁有體積小，維護方便，能提聞電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)等優(yōu)點。
[0004]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種碼頭智能型高壓船用岸電系統(tǒng)，其包括雙向功率傳輸子系統(tǒng)(11)、變流器及儲能子系統(tǒng)(12)、高壓變頻電源子系統(tǒng)(13)、動態(tài)無功補償子系統(tǒng)
(14)、岸/船同步無擾動切換子系統(tǒng)(15);雙向功率傳輸子系統(tǒng)(11)包括變壓器、雙向整流器，該變壓器輸入側(cè)接高壓電網(wǎng)，該雙向整流器根據(jù)直流電壓的高低實現(xiàn)對有功功率流的雙向控制；變流器及儲能子系統(tǒng)(12)用于實現(xiàn)電流的相位與幅值以控制有功功率以及無功功率的流動方向；高壓變頻電源子系統(tǒng)(13)用于電網(wǎng)側(cè)10kV/50Hz電源向負(fù)載側(cè)
6.6kV/60Hz電源的轉(zhuǎn)換，同時進行船上電源的頻率及幅值跟蹤功能，以實現(xiàn)雙電源的無擾動切換功能；動態(tài)無功補償子系統(tǒng)(14)用于實現(xiàn)本電源系統(tǒng)所帶負(fù)載的無功補償，同時對同一母線中所帶其它負(fù)載的無功功率補償；岸/船同步無擾動切換子系統(tǒng)(15)用于配合高壓變頻電源子系統(tǒng)(13)實現(xiàn)岸上供電系統(tǒng)與船上供電系統(tǒng)無擾動轉(zhuǎn)換，使負(fù)載不必停機就可實現(xiàn)電源切換；變流器及儲能子系統(tǒng)(12)、高壓變頻電源子系統(tǒng)(13)、動態(tài)無功補償子系統(tǒng)(14)共用直流母線電壓，通過連接電抗器接往系統(tǒng)進線側(cè)。
[0005]作為上述方案的進一步改進，變流器及儲能子系統(tǒng)單元(12)由三相組成，每一相均由六級H橋電路組成，每一級H橋電路的母線電壓均由前級的無諧波分裂繞組變壓器供
5口 O
[0006]本發(fā)明的碼頭智能型高壓船用岸電系統(tǒng)，變流器及儲能子系統(tǒng)(INV&ES)，高壓變頻電源子系統(tǒng)(HVP)和動態(tài)無功補償子系統(tǒng)(SVG)三大主功能模塊共用直流母線電壓，通過連接電抗器接往系統(tǒng)進線側(cè)，這種接線方式不會引起系統(tǒng)環(huán)流，同時阻斷了系統(tǒng)的諧波電流路徑，使裝置對系統(tǒng)無任何不良影響；相比獨立功能系統(tǒng)集成模式，大大降低了硬件系統(tǒng)規(guī)模，減小整個系統(tǒng)體積，在系統(tǒng)可制造性、易維護、低成本等方面具有其它方案不可比擬的優(yōu)勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明碼頭智能型高壓船用岸電系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；
[0008]圖2為與圖1對應(yīng)的主電路結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0009]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0010]如圖1示，碼頭智能型高壓船用岸電系統(tǒng)即智能供電系統(tǒng)包括雙向功率傳輸子系統(tǒng)(DP) 11、變流器及儲能子系統(tǒng)(INV&ES) 12、高壓變頻電源子系統(tǒng)(HVP) 13、動態(tài)無功補償子系統(tǒng)(SVG) 14、岸/船同步無擾動切換子系統(tǒng)15等五大子系統(tǒng)。下面分別簡述各子系統(tǒng)構(gòu)成及其功能。
[0011]雙向功率傳輸子系統(tǒng)(DP) 11主要由變壓器及雙向整流器構(gòu)成，變壓器輸入側(cè)接高壓電網(wǎng)，為多個整流器的隔離供電，雙向整流器能夠根據(jù)直流電壓的高低實現(xiàn)對有功功率流的雙向控制，即:(1)當(dāng)負(fù)載開始工作時導(dǎo)致直流電壓降低，此子系統(tǒng)就會控制有功功率從電網(wǎng)向負(fù)載側(cè)流動；(2)當(dāng)勢能負(fù)載下降或減速時，電機處于發(fā)電狀態(tài)，會致使直流電壓升高，此時系統(tǒng)控制有功功率從負(fù)載側(cè)向電網(wǎng)側(cè)流動，實現(xiàn)功率有效利用；(3)當(dāng)系統(tǒng)中有功需求較大時，系統(tǒng)可以控制儲能元件中的能量向直流側(cè)泄放，此時也會實現(xiàn)有功功率向系統(tǒng)側(cè)的流動。雙向功率傳輸子系統(tǒng)(DP)根據(jù)直流電壓的高低實現(xiàn)對功率流的雙向控制，其主電路中采用完美無諧波的分裂繞組變壓器，使得后續(xù)變流環(huán)節(jié)中的整流部分所產(chǎn)生的諧波徹底阻斷，使進線部分沒諧波分量，進一步保證系統(tǒng)的的潔凈。
[0012]變流器及儲能子系統(tǒng)(INV&ES) 12是整個系統(tǒng)的變流部分，主要由功率器件及驅(qū)動電路構(gòu)成，另外還包括儲能元件121。此子系統(tǒng)主要通過合理的控制策略來控制電力電子器件的開通關(guān)斷以實現(xiàn)電流的相位與幅值，從而控制有功功率以及無功功率的流動方向。同時根據(jù)整個系統(tǒng)有功功率的需求情況來決定儲能元件121的沖/放電，以使整個系統(tǒng)的有功功率有效利用，而且使電網(wǎng)側(cè)有功功率流動平緩。雙向功率傳輸子系統(tǒng)(DP)12根據(jù)直流電壓的高低實現(xiàn)對功率流的雙向控制，其主電路中采用完美無諧波的分裂繞組變壓器，使得后續(xù)變流環(huán)節(jié)中的整流部分所產(chǎn)生的諧波徹底阻斷，使進線部分沒諧波分量，進一步保證系統(tǒng)的的潔凈。
[0013]高壓變頻電源子系統(tǒng)(HVP) 13是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵功能模塊，主要目標(biāo)是實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)10kV/50Hz電源向負(fù)載側(cè)6.6kV/60Hz電源的轉(zhuǎn)換，同時進行船上電源的頻率及幅值跟蹤功能，以實現(xiàn)雙電源的無擾動切換功能(此子系統(tǒng)可以根據(jù)船上電源需求調(diào)整輸出電壓及頻率)。高壓變頻電源子系統(tǒng)(HVP) 13實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)電源根據(jù)船上電源需求調(diào)整輸出電壓及
頻率
[0014]動態(tài)無功補償子系統(tǒng)(SVG) 14是系統(tǒng)中的又一主要功能模塊，主要功能是實現(xiàn)本電源系統(tǒng)所帶負(fù)載的無功補償，同時也可以對同一母線中所帶其它負(fù)載的無功功率補償。此功能模塊的存在使整個系統(tǒng)無功功率不必由電網(wǎng)側(cè)提供，使電網(wǎng)側(cè)無功供給為零，功率因數(shù)為1，大大提高系統(tǒng)容量的利用率，同時增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。動態(tài)無功補償子系統(tǒng)(SVG) 14實現(xiàn)本電源系統(tǒng)所帶負(fù)載的無功補償，同時也實現(xiàn)對同一母線中所帶其它負(fù)載的無功補償。
[0015]岸/船同步無擾動切換子系統(tǒng)15主要由斷路器及連接電抗器組成，可以配合HVP子系統(tǒng)實現(xiàn)岸上供電系統(tǒng)與船上供電系統(tǒng)無擾動轉(zhuǎn)換，使負(fù)載不必停機就可實現(xiàn)電源切換，大大提高系統(tǒng)的易用性、可靠性。岸/船同步無擾動切換子系統(tǒng)15實現(xiàn)岸上供電系統(tǒng)與船上供電系統(tǒng)無擾動轉(zhuǎn)換，使船上各用電設(shè)備無需要退出即可完成與岸上電源的切換。
[0016]變流器及儲能子系統(tǒng)(INV&ES) 12，高壓變頻電源子系統(tǒng)(HVP) 13和動態(tài)無功補償子系統(tǒng)(SVG) 14三大主功能模塊共用直流母線電壓，通過連接電抗器接往系統(tǒng)進線側(cè)，這種接線方式不會引起系統(tǒng)環(huán)流，同時阻斷了系統(tǒng)的諧波電流路徑，使裝置對系統(tǒng)無任何不良影響；相比獨立功能系統(tǒng)集成模式，大大降低了硬件系統(tǒng)規(guī)模，減小整個系統(tǒng)體積，在系統(tǒng)可制造性、易維護、低成本等方面具有其它方案不可比擬的優(yōu)勢。
[0017]如圖2所示，變流器及儲能子系統(tǒng)12單元由三相組成，每一相均由六級(或根據(jù)輸出電壓靈活設(shè)置級聯(lián)級數(shù))H橋電路組成，每一級H橋電路的母線電壓均由前級的完美無諧波分裂繞組變壓器供給，這種主電路結(jié)構(gòu)規(guī)避了純高壓器件的高成本以及輸入輸出諧波電壓過大的弊病，有極高的穩(wěn)定性及可靠性，已經(jīng)在多種立品中廣泛應(yīng)用。
[0018]由圖中還能看到，變流器及儲能子系統(tǒng)12、高壓變頻電源子系統(tǒng)13、動態(tài)無功補償子系統(tǒng)14均在所級聯(lián)的H橋電路中共用直流母線，這就大大簡化了系統(tǒng)規(guī)模，并很容易地實現(xiàn)各個子系統(tǒng)間的協(xié)同控制。
[0019]具體到有功功率，負(fù)載1-負(fù)載IV的有功需求均可由電網(wǎng)側(cè)提供，這也是無智能供電系統(tǒng)時工作情況，而裝有智能供電系統(tǒng)后，負(fù)載I中所需有功可由電網(wǎng)側(cè)提供，同時可根據(jù)系統(tǒng)需求由儲能單元121中的電能來提供全部或部分，同時如果提供負(fù)載I中所需要有功仍有余量，也可以提供給本廠中的其它負(fù)載。這樣就可以實現(xiàn)負(fù)載倒灌能量的有效收集，并在負(fù)載需要的時候釋放出來，以達到削峰添谷的功能，同時又避免有功功率的浪費。
[0020]具體到無功功率，動態(tài)無功補償子系統(tǒng)(SVG)14實現(xiàn)本電源系統(tǒng)所帶負(fù)載12的無功補償，同時也實現(xiàn)對同一母線中所帶其它負(fù)載3、4、5的無功補償。這樣就實現(xiàn)了電網(wǎng)功率因數(shù)為I的功能。
[0021]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種碼頭智能型高壓船用岸電系統(tǒng)，其特征在于:其包括雙向功率傳輸子系統(tǒng)(11)、變流器及儲能子系統(tǒng)(12)、高壓變頻電源子系統(tǒng)(13)、動態(tài)無功補償子系統(tǒng)(14)、岸/船同步無擾動切換子系統(tǒng)(15);雙向功率傳輸子系統(tǒng)(11)包括變壓器、雙向整流器，該變壓器輸入側(cè)接高壓電網(wǎng)，該雙向整流器根據(jù)直流電壓的高低實現(xiàn)對有功功率流的雙向控制；變流器及儲能子系統(tǒng)(12)用于實現(xiàn)電流的相位與幅值以控制有功功率以及無功功率的流動方向；高壓變頻電源子系統(tǒng)(13)用于電網(wǎng)側(cè)10kV/50Hz電源向負(fù)載側(cè)6.6kV/60Hz電源的轉(zhuǎn)換，同時進行船上電源的頻率及幅值跟蹤功能，以實現(xiàn)雙電源的無擾動切換功能；動態(tài)無功補償子系統(tǒng)(14)用于實現(xiàn)本電源系統(tǒng)所帶負(fù)載的無功補償，同時對同一母線中所帶其它負(fù)載的無功功率補償；岸/船同步無擾動切換子系統(tǒng)(15)用于配合高壓變頻電源子系統(tǒng)(13)實現(xiàn)岸上供電系統(tǒng)與船上供電系統(tǒng)無擾動轉(zhuǎn)換，使負(fù)載不必停機就可實現(xiàn)電源切換；變流器及儲能子系統(tǒng)(12)、高壓變頻電源子系統(tǒng)(13)、動態(tài)無功補償子系統(tǒng)(14)共用直流母線電壓，通過連接電抗器接往系統(tǒng)進線側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的碼頭智能型高壓船用岸電系統(tǒng)，其特征在于:變流器及儲能子系統(tǒng)單元(12)由三相組成，每一相均由六級H橋電路組成，每一級H橋電路的母線電壓均由前級的無諧波分裂繞組變壓器供給。
【文檔編號】H02J3/18GK103532138SQ201310496972
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】李瑜, 朱明星, 齊東流, 尹陸軍, 伍開銘 申請人:安徽天沃電氣技術(shù)有限公司