變頻變壓電源智能逆功率控制系統和控制方法技術方案

本發明專利技術提供了一種變頻變壓電源智能逆功率控制系統及控制方法，所述控制系統包括輸出功率計算單元、頻率調節量計算單元、電壓頻率計算單元、電壓相位計算單元、電壓幅值計算單元以及功率模塊控制單元，其中：所述輸出功率計算單元，用于計算輸出功率；所述頻率調節量計算單元，用于計算頻率調節量；所述電壓頻率計算單元，用于計算三相電壓輸出頻率；所述電壓相位計算單元，用于獲得三相電壓輸出相位；所述電壓幅值計算單元，用于計算輸出電壓幅值；所述功率模塊控制單元，用于控制所述變頻變壓電源的各個功率模塊。本發明專利技術通過控制變頻變壓電源的輸出電壓的頻率、相位和幅值，從而避免岸電電源與船舶配電系統進行帶電切換時的逆功率的發生。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及變頻變壓設備，更具體地說，涉及一種變頻變壓電源智能逆功率控制系統和控制方法。
技術介紹
變頻變壓電源是將市電通過功率變換電路轉變為人們所需的電壓和頻率的一種電源，如今，已在各行各業有著廣泛的應用。船舶在港區航行及靠港期間，主要利用輔機發電機來滿足用電需求，該過程中輔機發電機需燃燒大量的燃油(大多為柴油和重油)來工作。由于消耗燃油會產生大量的CO2及其他的污染排放，從而對沿海港口造成污染，嚴重影響了港口人民的生活。岸基供電技術是將陸地上的電源給?？吭诟劭诨蛘叽a頭的船舶供電，這種供電技術能夠有效減少船舶靠港期間的污染。目前世界上的岸電主要有60Hz和50Hz港口電網，分別向60Hz和50Hz的船舶電網直接供電，都不涉及變頻變壓技術。由于我國高壓電網采用的頻率和電壓分別10kV/50Hz或者6kV/50Hz，而大部分船舶供電采用的是6.6kV/60Hz。如果直接將50Hz的電源接入船舶設備，會使設備的整體效率下降30％。為提高岸基供電效率，通常采用單元級聯型高壓變頻變壓電源為船舶配電系統供電。單元級聯型高壓變頻變壓電源是專門針對船上、岸邊碼頭等高溫、高濕、高腐蝕性、大負荷沖擊等惡劣使用環境而特別設計制造的大功率變頻變壓電源設備，該電源的每相通過多個低壓功率模塊串聯，從而形成高壓直接輸出。目前，單元級聯型高壓變頻變壓電源已應用于船上、船舶制造及修理廠、遠洋鉆井平臺、岸邊碼頭等需要由50Hz工業用電變為60Hz高質量穩頻穩壓
電源，以對船舶用電設備進行供電的場合。然而，由于許多船舶在靠港后，要求由岸基供電時船上不停電，碼頭船舶岸基電源與船舶配電系統需進行帶電連接方式切換。由于船舶配電系統與岸基電源之間除了安全聯鎖信號外，沒有其他信號交互，自動化程度低，因此岸基電源連接船舶配電系統切換時，變頻變壓電源根據命令要求輸出電壓/頻率，其通過輸出濾波、隔離、接口箱、船上進線柜等，直接送至船載的變頻變壓電源配電柜，同期屏根據采集到的信息，顯示電源的相序、頻率、幅值、相位等信息，自動判斷是否具備并網條件，通過調整發電機的發電信息，直至具備并網條件后將變頻變壓電源接入；成功并網后，發電機減小輸出功率，負載自動逐漸轉移至岸基電源供電，切換完成后，發電機退出工作(即被動切換)。在岸基電源被動切換并網過程中，由于并網時的岸基電源的三相輸出電壓幅值、三相輸出電壓相位、三相輸出電壓頻率與船舶發電機的三相輸出電壓幅值、三相輸出電壓相位、三相輸出電壓頻率的差異，造成岸基電源輸出功率逆向流入的情況，并導致高壓岸基電源單元內部過壓故障，嚴重時甚至造成功率器件的損壞。如圖1所示，是逆功率產生相量圖，是變頻變壓電源輸出電壓矢量，是船舶發電機電源輸出電壓矢量，是變頻變壓電源輸出電流矢量。當船舶發電機電源輸出電壓矢量超前變頻變壓電源輸出電壓矢量時，變頻變壓電源輸出電壓矢量與變頻變壓電源輸出電流矢量相位角度大于90°，根據功率計算公式：此時，P<0，變頻變壓電源處于逆功率狀態。如圖1所示，id是電流矢量按電壓矢量定向后分解得到的有功電流分量，iq是電流矢量按電壓矢量定向后分解得到的無功電流分量，但變頻變壓電源系統處于逆功率狀態時，有功電流分量id<0。圖1僅列出一種逆功率狀態，其它幾種逆功率狀態相量圖與圖1類似。針對上述逆功率的問題，通?？稍谧冾l變壓電源內部加裝制動吸收裝置，從而在出現逆功率工況、單元母線電壓升高時，變頻變壓電源內部通過電壓檢測，自動將制動裝置加入，吸收這部分逆功率，從而有效的吸收逆功率。但該方案增加了系統的成本，同時增加了高壓變頻變壓電源裝置的體積，并增加了
系統散熱等。此外，也可通過使用四象限回饋單元來解決逆功率問題：將逆向功率通過可控整流單元自動回饋到電網。但該方案由于增加了可控整流單元，使得系統硬件成本大大增加，并且控制系統過于復雜不易于實現，整機故障率也會提高。由于通常僅在岸基電源與船舶配電系統進行帶電切換、負載轉移的過程中出現船舶發電系統向碼頭船舶岸電設施輸送電能，而在變頻變壓電源給船舶正常供電期間很少出現逆功率問題，以上兩種方法無疑大大增加了系統成本。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題在于，針對上述在岸基電源與船舶配電系統進行帶電切換的過程中可能會出現反向輸送電能的問題，提供一種變頻變壓電源智能逆功率控制系統及控制方法。本專利技術解決上述技術問題的技術方案是，提供一種變頻變壓電源智能逆功率控制系統，所述變頻變壓電源為單元級聯型高壓變頻變壓電源，所述控制系統包括輸出功率計算單元、頻率調節量計算單元、電壓頻率計算單元、電壓相位計算單元、電壓幅值計算單元以及功率模塊控制單元，其中：所述輸出功率計算單元，用于根據所述變頻變壓電源的輸出電流和輸出電壓計算輸出功率；所述頻率調節量計算單元，用于在所述輸出功率為負向功率時，根據所述變頻變壓電源的輸出電流獲得逆功率反饋電流，并根據逆功率指令電流和逆功率反饋電流計算頻率調節量；所述電壓頻率計算單元，用于根據所述頻率調節量計算三相電壓輸出頻率；所述電壓相位計算單元，用于根據三相電壓輸出頻率獲得三相電壓輸出相位；所述電壓幅值計算單元，用于根據輸出指令電壓幅值和反饋的輸出電壓幅值計算輸出電壓幅值；所述功率模塊控制單元，用于根據所述三相電壓輸出頻率、三相電壓輸出相位以及輸出電壓幅值控制所述變頻變壓電源的各個功率模塊。在本專利技術所述的變頻變壓電源智能逆功率控制系統中，所述頻率調節量計算單元通過第一PI調節器經以下運算獲得頻率調節量Δf： Δ f = ( k p + k i s ) ( i r e f - i f d b ) , ]]>其中，kp為第一PI調節器的比例系數，ki為第一PI調節器的積分系數，iref為逆功率指令電流，ifdb為逆功率反饋電流，為第一PI調節器的傳遞函數中的積分項。在本專利技術所述的變頻變壓電源智能逆功率控制系統中，所述電壓頻率計算單元通過以下計算式計算獲得三相電壓輸出頻率：f1＝f+Δf，其中f為三相電壓指令頻率，f1為輸出電壓頻率；所述電壓相位計算單元通過以下計算式計算獲得三相電壓輸出相位：θu＝∫ωdt，其中，ω＝2πf1。在本專利技術所述的變頻變壓電源智能逆功率控制系統中，所述電壓幅值計算單元通過第二PI調節器經以下計算獲得輸出電壓幅值： V k = ( k p + k i s 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種變頻變壓電源智能逆功率控制系統，所述變頻變壓電源為單元級聯型高壓變頻變壓電源，其特征在于：所述控制系統包括輸出功率計算單元、頻率調節量計算單元、電壓頻率計算單元、電壓相位計算單元、電壓幅值計算單元以及功率模塊控制單元，其中：所述輸出功率計算單元，用于根據所述變頻變壓電源的輸出電流和輸出電壓計算輸出功率；所述頻率調節量計算單元，用于在所述輸出功率為負向功率時，根據所述變頻變壓電源的輸出電流獲得逆功率反饋電流，并根據逆功率指令電流和逆功率反饋電流計算頻率調節量；所述電壓頻率計算單元，用于根據所述頻率調節量計算三相電壓輸出頻率；所述電壓相位計算單元，用于根據三相電壓輸出頻率獲得三相電壓輸出相位；所述電壓幅值計算單元，用于根據輸出指令電壓幅值和反饋的輸出電壓幅值計算輸出電壓幅值；所述功率模塊控制單元，用于根據所述三相電壓輸出頻率、三相電壓輸出相位以及輸出電壓幅值控制所述變頻變壓電源的各個功率模塊。

【技術特征摘要】
1.一種變頻變壓電源智能逆功率控制系統，所述變頻變壓電源為單元級聯型高壓變頻變壓電源，其特征在于：所述控制系統包括輸出功率計算單元、頻率調節量計算單元、電壓頻率計算單元、電壓相位計算單元、電壓幅值計算單元以及功率模塊控制單元，其中：所述輸出功率計算單元，用于根據所述變頻變壓電源的輸出電流和輸出電壓計算輸出功率；所述頻率調節量計算單元，用于在所述輸出功率為負向功率時，根據所述變頻變壓電源的輸出電流獲得逆功率反饋電流，并根據逆功率指令電流和逆功率反饋電流計算頻率調節量；所述電壓頻率計算單元，用于根據所述頻率調節量計算三相電壓輸出頻率；所述電壓相位計算單元，用于根據三相電壓輸出頻率獲得三相電壓輸出相位；所述電壓幅值計算單元，用于根據輸出指令電壓幅值和反饋的輸出電壓幅值計算輸出電壓幅值；所述功率模塊控制單元，用于根據所述三相電壓輸出頻率、三相電壓輸出相位以及輸出電壓幅值控制所述變頻變壓電源的各個功率模塊。2.根據權利要求1所述的變頻變壓電源智能逆功率控制系統，其特征在于：所述頻率調節量計算單元通過第一PI調節器經以下運算獲得頻率調節量Δf： Δ f = ( k p + k i s ) ( i r e f - i f d b ) , ]]>其中，kp為第一PI調節器的比例系數，ki為第一PI調節器的積分系數，iref為逆功率指令電流，ifdb為逆功率反饋電流，為第一PI調節器的傳遞函數中的積分項。3.根據權利要求1所述的變頻變壓電源智能逆功率控制系統，其特征在于：所述電壓頻率計算單元通過以下計算式計算獲得三相電壓輸出頻率：f1＝f+Δf，其中f為三相電壓指令頻率，f1為輸出電壓頻率；所述電壓相位計算單元通過以下計算式計算獲得三相電壓輸出相位：θu＝∫ωdt，其中，ω＝2πf1。4.根據權利要求1所述的變頻變壓電源智能逆功率控制系統，其特征在于：
\t所述電壓幅值計算單元通過第二PI調節器經以下計算獲得輸出電壓幅值： V k = ( k p + k i s ) ( V r e f - V f d b ) , ]]>其中，kp為第二PI調節器的比例系數，ki為第二PI調節器的積分系數，Vref為輸出電壓指令，Vfdb為輸出電壓反饋，Vk為調節器輸出得到的電壓指令值，為第二PI調節器的傳遞函數中的積分項。5.根據權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡準，
申請(專利權)人：蘇州匯川技術有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32