一種基于矩陣控制的船用岸電電源系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領域】：
[0001] 本實用新型涉及供電電源技術(shù)領域，更具體涉及一種基于矩陣控制的船用岸電電 源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，船舶運輸行業(yè)發(fā)展迅速，船舶?？看a頭的次數(shù)與時間 急劇增長。而現(xiàn)有船舶?？繒r通常使用燃油制品如重油、柴油等發(fā)電來滿足船舶停靠時的 用電需求，對港口環(huán)境造成了巨大污染。為了有效解決日益突出的環(huán)境問題，降低港口停靠 船舶的能源消耗和污染物排放，我國港口逐步使用陸地岸電電源對靠港船舶供電來滿足靠 港船舶的用電需求，取得了一定成效。
[0003] 現(xiàn)有的陸地岸電電源一般采用移相變壓器加功率變換單元的"高-高"供電方式 與采用降壓變壓器、低壓功率變換單元加升壓變壓器的"高-低-高"供電方式。這兩種岸 電電源都是從傳統(tǒng)的工業(yè)變頻、變壓電源移植而來，沒有充分考慮我國靠港船舶的用電特 性?，F(xiàn)靠港船舶除了供電制式的要求（如頻率滿足50Hz與60Hz兩種要求，對應電壓滿足 6. 6kV、6kV或400V、450V等要求）外，由于靠港船舶的用電需求不同，導致靠港船舶的用電 容量差異很大，同一碼頭的不同靠港船舶的用電需求從IMff到8MW各不相同。而且，由于船 舶對用電可靠性要求較高，船上部分設備（如定向儀等）不能停電，以避免損壞設備或影 響船舶系統(tǒng)的安全性。傳統(tǒng)的"高-高"供電方式或"高-低-高"供電方式無法滿足岸電 電源容量的靈活配置要求，或者選擇容量較大的電源滿足所有供電容量需求而降低供電效 率，或者選擇容量較小的電源滿足特定范圍內(nèi)的供電需求。另外，這兩種供電電源的供電可 靠性不高，任一功率單元的損壞，將導致整個電源的降額使用或供電終止，無法保證靠港船 舶的正常運行。 【實用新型內(nèi)容】：
[0004] 本實用新型的目的是提供一種基于矩陣控制的船用岸電電源系統(tǒng)，實現(xiàn)岸電電源 容量的靈活配置，提高電源供電可靠性。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：一種基于矩陣控制的船用岸電 電源系統(tǒng)，包括：
[0006] 功率變換單元，接收功率單元驅(qū)動器的觸發(fā)信號，實現(xiàn)對岸電電源輸入整流-逆 變控制，將輸入電源變換為符合船舶需求頻率及電壓等級的供電電源；
[0007] 功率單元驅(qū)動器，用于接收單元控制器轉(zhuǎn)發(fā)的PffM控制指令，實現(xiàn)對功率變換單 元的統(tǒng)一 PWM觸發(fā)控制；
[0008] 單元控制器，用于采集信號的信號調(diào)理及控制保護動作觸發(fā)，并轉(zhuǎn)發(fā)中央控制器 的PffM指令至功率單元驅(qū)動器；
[0009] 中央控制器，中央控制器，用于通過光纖向所述單元控制器發(fā)出PffM控制指令；
[0010] 濾波裝置，對岸電電源輸入或輸出進行濾波處理，滿足岸電電源對供電諧波的要 求。
[0011] 所述功率變換單元包括連接在同一直流母線上的整流子單元與逆變子單元；所述 整流子單元用于實現(xiàn)將輸入岸電電源的交流電變換為直流電；所述逆變子單元用于實現(xiàn)將 直流電變換為符合輸出要求的交流電。
[0012] 所述整流子單元與逆變子單元均為連接在同一直流母線的包括IGBT的相同三相 變換拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)整流與逆變子單元的互換；根據(jù)最大供電容量需求與整流或逆變子單 元的單元容量，確定所述功率變換單元數(shù)量；所有所述整流子單元的輸入來自各自的輸入 濾波裝置，所有逆變子單元輸出至各自的輸出濾波裝置。
[0013] 所述功率單元驅(qū)動器一端連接所述功率變換單元，另一端連接所述單元控制器； 每一個功率驅(qū)動器對應一個三相功率變換單元，并設置唯一編號作為構(gòu)成功率控制矩陣的 一項，若干個功率驅(qū)動器構(gòu)成功率控制矩陣。
[0014] 所述功率單元驅(qū)動器包括連接于所述單元控制器與功率變換單元間的IGBT驅(qū)動 電路。
[0015] 所述單元控制器一端連接所述中央控制器，另一端連接所述功率單元驅(qū)動器；所 有所述整流子單元的功率驅(qū)動器連接至一個整流單元控制器；所有所述逆變單元的功率驅(qū) 動器連接至一個逆變單元控制器。
[0016] 所述單元控制器包括連接所述中央控制器與功率單元驅(qū)動器之間的保護控制電 路與信號采集電路；所述信號采集電路采集功率變換單元的電量信號與非電量信號，并對 信號進行調(diào)理，將調(diào)理后的信號傳送至所述中央控制器和保護控制電路。
[0017] 所述濾波裝置包括輸入濾波裝置與輸出濾波裝置；
[0018] 所述輸入濾波裝置一端連接岸電電源輸入側(cè)三相交流母線，另一端連接所述整流 功率子單元，每一個輸入濾波裝置對應一個所述整流子單元；所述輸出濾波裝置一端連接 所述逆變功率子單元，另一端連接岸電電源輸出側(cè)三相交流母線，每一個輸出濾波裝置對 應一個所述逆變子單元。
[0019] 和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本實用新型提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果
[0020] 1、本實用新型技術(shù)方案可依據(jù)靠港船舶的用電容量需求，靈活配置岸電電源容 量，減少功率器件開關損耗，避免電源"大馬拉小車"問題；
[0021] 2、本實用新型技術(shù)方案在多種容量需求下，保證電源的供電效率；
[0022] 3、本實用新型技術(shù)方案整流、逆變單元采用相同的拓撲結(jié)構(gòu)，每種功率單元互為 備用，通過中央控制器對功率控制矩陣的選擇、控制，提高了供電的可靠性，同時，維護更換 方便；
[0023] 4、本實用新型技術(shù)方案所有功率單元采用共母線結(jié)構(gòu)，由中央控制器統(tǒng)一控制， 通過對中央控制器及功率單元驅(qū)動器的簡單配置，可方便實現(xiàn)岸電電源容量的擴容。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本實用新型實施例中一種基于矩陣變換控制的船用岸電電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0025] 圖2為本實用新型實施例中一種基于矩陣變換控制的船用岸電電源功率控制矩；
[0026] 圖3為本實用新型實施例中一種基于矩陣變換控制的船用岸電電源控制流程圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合實施例對實用新型作進一步的詳細說明。
[0028] 實施例1 :
[0029] 本例的實用新型提供一種基于矩陣控制的船用岸電電源系統(tǒng)及其控制方法，所述 系統(tǒng)如圖1、圖2所示，該系統(tǒng)包括功率變換單元，功率單元驅(qū)動器、單元控制器、中央控制 器及濾波裝置；所述功率變換單元用于接收功率單元驅(qū)動器的觸發(fā)信號，實現(xiàn)對岸電電源 輸入整流-逆變控制，將輸入電源變換為符合船舶需求頻率及電壓等級的供電電源；所述 功率單元驅(qū)動器，用于接收單元控制器轉(zhuǎn)發(fā)的PffM控制指令，實現(xiàn)對功率變換單元的統(tǒng)一 PWM觸發(fā)控制；所述單元控制器，用于采集信號的信號調(diào)理及控制保護動作觸發(fā)，并轉(zhuǎn)發(fā)中 央控制器的PWM指令至功率單元驅(qū)動器；所述中央控制器，用于實現(xiàn)岸電電源系統(tǒng)的系統(tǒng) 控制，通過控制算法，發(fā)出PWM控制指令，并通過光纖發(fā)送至單元控制器，所述中央控制器 可為嵌入式處理器；所述濾波裝置，對岸電電源輸入/輸出進行濾波處理，滿足岸電電源對 供電諧波的要求。
[0030] 功率變換單元包含連接在同一直流母線上的整流子單元與逆變子單元。功率變換 單元數(shù)量依據(jù)最大供電容量與功率變換單元單位容量配置，整流子單元與逆變子單元1:1 配置，整流子單元與逆變子單元容量相同，一個整流子單元（或逆變子單元）的容量作為功 率變換單元的單位容量。如最大供電容量3000KVA，整流子單元容量500KVA，逆變單子元容 量也為500KVA，則功率變換單元單位容量為500KVA，需配置6個整流單元，逆變單元按1:1 配置，同樣需配置6個逆變單元；所述功率變換單元的整流子單元用于實現(xiàn)將輸入岸電電 源的交流電變換為直流電，逆變子單元用于實現(xiàn)將直流電變換為符合輸出要求的交流電。 整流與逆變子單元采用IGBT，以減少諧波影響。
[0031] 所有功率變換單元連接到同一直流母線上，任一整流子單元的輸入端連接至各自 的輸入濾波電路，任一逆變子單元的輸出端連接至各自的輸出濾波電路；
[0032] 所有功率變換單元采用相同的三相變換拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)功率變換單元的互為備 用；
[0033] 如圖2所示，功率驅(qū)動器與功率變換單元一一對應，每個功率驅(qū)動器設置唯一地 址，所有功率控制器構(gòu)成功率控制矩陣。整流子單元對應的功率驅(qū)動器的地址依次設置為 A11，A12，…Aln，逆變子單兀對應的功率驅(qū)動器的地址依次設置為A 21，A22，…A2n，所有功率控 制器構(gòu)成功率控制矩
3功率驅(qū)動器一端連接功率變換單元，一端連接單元 控制器。當功率驅(qū)動器屬于該次控制的功率控制矩陣時，功率驅(qū)動器接收單元控制器轉(zhuǎn)發(fā) 的PffM控制輸出，并根據(jù)控制指令觸發(fā)PffM控制或閉鎖PffM控制，控制功率變單元工作，當 功率驅(qū)動器不屬于該次控制的功率控制矩陣時，功率驅(qū)動器閉鎖控制輸出，退出控制；所述 功率單元驅(qū)動器包含連接于單元控制器與功率變換單元間的IGBT驅(qū)動電路。<