本發明專利技術屬于船舶電力系統技術領域，尤其涉及一種抑制船舶變壓器勵磁涌流的裝置和方法，直流電源、DC/AC逆變器、LC濾波器、交流接觸器、船舶變壓器、斷路器和船舶電網依次相連，船舶變壓器一次側和船舶電網側分別安裝第一電壓測量單元和第二電壓測量單元，兩個電壓測量單元、DC/AC逆變器、交流接觸器、斷路器分別與變壓器并網控制器相連；變壓器并網控制器經軟件鎖相環及變壓器接線方式相位補償，閉環控制DC/AC逆變器輸出電壓的幅值和相位，使得船舶變壓器一次側電壓幅值由零逐漸增加到與船舶電網電壓幅值相同后，向斷路器發出并網合閘指令，并經短延時后封鎖DC/AC逆變器輸出，從而實現勵磁涌流的抑制。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于船舶電力系統
，尤其涉及一種抑制船舶變壓器勵磁涌流的裝置和方法。
技術介紹
變壓器是船舶電力系統中聯接發電機與負荷之間的重要設備，隨著船舶電力系統容量和電壓等級的不斷增加，船舶變壓器的容量和電壓等級也相應提高。由于變壓器鐵芯的非線性，使得船舶變壓器在空載合閘投入船舶電網中運行時，會產生勵磁涌流。受剩磁、合閘角等因素的影響，勵磁涌流的幅值可能很大，如不采取相應的防范措施，則有可能導致變壓器差動保護裝置誤動、機械應力增大造成繞組變形、電能質量降低與產生電磁干擾影響系統中其他用電設備正常運行等問題。為了抑制大容量船舶變壓器空載合閘時產生的勵磁涌流，目前一般采用對變壓器進行預充磁，在延時若干秒鐘后再接通變壓器的主供電斷路器，以減少勵磁涌流的沖擊。一種預充磁方法是在變壓器一次側三相線路串聯電阻，先合閘電阻支路，延時后將電阻支路短路，使變壓器投入運行。但串聯電阻值、變壓器剩磁與接入電阻的時間都影響此方法抑制涌流的效果。另一種方法是并聯預充磁變壓器來充磁，此方法是從低壓電網接通一臺等壓變比(1:1)的小型變壓器與中壓變壓器的二次側繞組并聯，中壓變壓器的一次側繞組會感應一個高電壓，經過延時后，變壓器一次側主斷路器合閘，然后再斷開小變壓器電路。但是若合閘時間選擇不合適，仍然會有較大的勵磁涌流。所以，現有變壓器預充磁方法很難完全抑制勵磁涌流的產生。
技術實現思路
為了抑制大容量船舶變壓器空載合閘時產生的勵磁涌流，本專利技術提出了一
種抑制船舶變壓器勵磁涌流的裝置和方法。抑制船舶變壓器勵磁涌流的裝置包括：直流電源、DC/AC逆變器、LC濾波器、交流接觸器、第一電壓測量單元、第二電壓測量單元、變壓器并網控制器；其中，直流電源、DC/AC逆變器、LC濾波器、交流接觸器、船舶變壓器、斷路器和船舶電網依次相連，船舶變壓器一次側和船舶電網側分別安裝第一電壓測量單元和第二電壓測量單元，兩個電壓測量單元分別與變壓器并網控制器相連，變壓器并網控制器分別與DC/AC逆變器、交流接觸器、斷路器相連。所述直流電源由蓄電池串聯組成或由交流電經整流得到，直流電源的電壓為船舶變壓器二次側線電壓幅值的1.15～1.3倍。所述DC/AC逆變器為三相PWM逆變器。所述LC濾波器將DC/AC逆變器輸出的交流電壓濾波變成正弦波，電感值L計算如下：其中ΔImax為電感電流紋波峰-峰值的最大值，fs為DC/AC逆變器的開關頻率，Udc為DC/AC逆變器的直流母線電壓，也即是直流電源的電壓；電容值C由如下公式確定：10fn≤fc≤fs/10，其中為LC諧振頻率，fs為DC/AC逆變器的開關頻率，fn為船舶電網的額定頻率。所述第一電壓測量單元是利用電壓傳感器將船舶變壓器一次側線電壓的高電壓轉換為變壓器并網控制器可測量的低壓信號，且至少測量兩個線電壓信號，電壓傳感器為鐵磁型或霍爾型。所述第二電壓測量單元是利用電壓傳感器將船舶電網線電壓的高電壓轉換為變壓器并網控制器可測量的低壓信號，且至少測量兩個線電壓信號，電壓傳感器為鐵磁型或霍爾型。所述變壓器并網控制器根據第一電壓測量單元、第二電壓測量單元檢測到的電壓信號來控制DC/AC逆變器輸出和交流接觸器、斷路器的通斷，實現勵磁涌流的抑制。所述DC/AC逆變器在船舶變壓器一次側接入電網后，可以斷開與變壓器二
次側之間的交流接觸器，也可以保持連接狀態作為備用電源供負載使用。抑制船舶變壓器勵磁涌流的方法包括：變壓器并網控制器通過第二電壓測量單元獲得船舶電網電壓，通過第一電壓測量單元獲得船舶變壓器一次側電壓，經軟件鎖相環及變壓器接線方式相位補償，閉環控制DC/AC逆變器輸出電壓的幅值和相位，使得船舶變壓器一次側電壓幅值由零逐漸增加到與船舶電網電壓幅值相同，并且船舶變壓器一次側電壓頻率和相位也與電網電壓的頻率和相位保持相同，在斷路器兩側電壓的幅值、頻率和相位相同的條件滿足后，變壓器并網控制器向斷路器發出并網合閘指令，考慮斷路器合閘動作時間，經短延時后封鎖DC/AC逆變器輸出，從而實現勵磁涌流的抑制。與現有抑制船舶變壓器勵磁涌流的技術相比，本專利技術的有點在于：(1)采用DC/AC逆變器電力電子裝置，閉環控制船舶變壓器一次側電壓，自動適應船舶電網電壓的變化，勵磁涌流抑制效果穩定。(2)抑制勵磁涌流裝置電壓低，容量小，結構簡單。(3)本專利技術提出的裝置和方法對抑制船舶變壓器勵磁涌流效果十分顯著，可適用于船舶電力系統中不同形式的變壓器。附圖說明圖1為本專利技術裝置的結構原理圖。圖2為本專利技術裝置抑制勵磁涌流的控制方法流程圖。具體實施方式下面結合附圖，對實施例作詳細說明。如圖1所示，一種抑制船舶變壓器勵磁涌流的裝置，該裝置連接在船舶變壓器的二次側，所述抑制船舶變壓器勵磁涌流的裝置主要包括直流電源1、DC/AC逆變器2、LC濾波器3、交流接觸器4、第一電壓測量單元5、第二電壓測量單元6、變壓器并網控制器7。其
中，直流電源1、DC/AC逆變器2、LC濾波器3、交流接觸器4、船舶變壓器8、斷路器9和船舶電網依次相連，其中船舶變壓器一次側和船舶電網側分別安裝第一電壓測量單元和第二電壓測量單元，兩個電壓測量單元分別與變壓器并網控制器相連，變壓器并網控制器分別與DC/AC逆變器、交流接觸器、斷路器相連。所述直流電源1由蓄電池串聯組成，直流電壓為船舶變壓器二次側線電壓幅值的1.2倍。所述DC/AC逆變器2為三相PWM逆變器。所述LC濾波器3將DC/AC逆變器輸出2的交流電壓濾波變成正弦波，電感值L計算如下：其中ΔImax為電感電流紋波峰-峰值的最大值，fs為DC/AC逆變器2的開關頻率，Udc為DC/AC逆變器2的直流母線電壓，也即是直流電源1的電壓。電容值C由如下公式確定：10fn≤fc≤fs/10，其中為LC諧振頻率，fs為DC/AC逆變器2的開關頻率，fn為船舶電網的額定頻率。所述第一電壓測量單元5，是利用電壓傳感器(鐵磁型或霍爾型)將船舶變壓器一次側線電壓的高電壓轉換為變壓器并網控制器可測量的低壓信號，至少測量兩個線電壓信號。所述第二電壓測量單元6，是利用電壓傳感器(鐵磁型或霍爾型)將船舶電網線電壓的高電壓轉換為變壓器并網控制器可測量的低壓信號，至少測量兩個線電壓信號。所述變壓器并網控制器7，控制接觸器4閉合，將DC/AC逆變器2與船舶變壓器二次側連接。所述的變壓器并網控制器7，采用如下方法抑制勵磁涌流，通過第二電壓測量單元6獲得電網電壓，通過第一電壓測量單元7獲得船舶變壓器一次側電壓，經軟件鎖相環及變壓器接線方式相位補償，閉環控制
DC/AC逆變器2輸出電壓的幅值和相位，使得船舶變壓器一次側電壓幅值由零逐漸增加到與電網電壓幅值相同，并且船舶變壓器一次側電壓頻率和相位也與電網電壓的頻率和相位保持相同，在斷路器9兩側電壓的幅值、頻率和相位相同的條件滿足后，變壓器并網控制器7向斷路器9發出并網合閘指令，船舶變壓器一次側斷路器合閘，船舶變壓器與船舶電網連接。考慮斷路器合閘動作時間，經短延時后封鎖DC/AC逆變器輸出。抑制勵磁涌流的效果：以某船舶電力系統中一臺大型船舶日用變壓器為例，變壓器接法為△/Y-11，變比為6.6/0.4kV，容量為3MVA，船本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種抑制船舶變壓器勵磁涌流的裝置，其特征在于，包括：直流電源、DC/AC逆變器、LC濾波器、交流接觸器、第一電壓測量單元、第二電壓測量單元、變壓器并網控制器；其中，直流電源、DC/AC逆變器、LC濾波器、交流接觸器、船舶變壓器、斷路器和船舶電網依次相連，船舶變壓器一次側和船舶電網側分別安裝第一電壓測量單元和第二電壓測量單元，兩個電壓測量單元分別與變壓器并網控制器相連，變壓器并網控制器分別與DC/AC逆變器、交流接觸器、斷路器相連。
【技術特征摘要】
1.一種抑制船舶變壓器勵磁涌流的裝置，其特征在于，包括：直流電源、DC/AC逆變器、LC濾波器、交流接觸器、第一電壓測量單元、第二電壓測量單元、變壓器并網控制器；其中，直流電源、DC/AC逆變器、LC濾波器、交流接觸器、船舶變壓器、斷路器和船舶電網依次相連，船舶變壓器一次側和船舶電網側分別安裝第一電壓測量單元和第二電壓測量單元，兩個電壓測量單元分別與變壓器并網控制器相連，變壓器并網控制器分別與DC/AC逆變器、交流接觸器、斷路器相連。2.根據權利要求1所述裝置，其特征在于，所述直流電源由蓄電池串聯組成或由交流電經整流得到，直流電源的電壓為船舶變壓器二次側線電壓幅值的1.15～1.3倍。3.根據權利要求1所述裝置，其特征在于，所述DC/AC逆變器為三相PWM逆變器。4.根據權利要求1所述裝置，其特征在于，所述LC濾波器將DC/AC逆變器輸出的交流電壓濾波變成正弦波，電感值L計算如下：其中ΔImax為電感電流紋波峰-峰值的最大值，fs為DC/AC逆變器的開關頻率，Udc為DC/AC逆變器的直流母線電壓，也即是直流電源的電壓；電容值C由如下公式確定：10fn≤fc≤fs/10，其中為LC諧振頻率，fs為DC/AC逆變器的開關頻率，fn為船舶電網的額定頻率。5.根據權利要求1所述裝置，其特征在于，所述第一電壓測量單元是利用電壓傳感器將船舶變壓器一次側線電壓的高電壓轉換為變壓器并網控制...
【專利技術屬性】
技術研發人員：畢大強，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京;11
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