一種船舶軸帶發(fā)電與柴油發(fā)電聯(lián)合發(fā)電的控制系統(tǒng)和方法與流程

本發(fā)明涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，特別涉及一種船舶軸帶發(fā)電與柴油發(fā)電聯(lián)合發(fā)電的控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

船舶軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱軸發(fā)系統(tǒng)或軸機(jī)系統(tǒng)，是由主機(jī)驅(qū)動(dòng)船舶發(fā)電機(jī)，利用主機(jī)富裕功率達(dá)到節(jié)能的目的，可充分利用主機(jī)的“儲(chǔ)備余量”。采用主機(jī)軸帶發(fā)電，早在直流電制時(shí)代各國(guó)在中小型船舶上就已應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，軸帶發(fā)電裝置作為節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用及改善機(jī)艙管理運(yùn)行條件的有效手段，以其特有的優(yōu)越性引起了各國(guó)造船界和航運(yùn)界的重視。其優(yōu)點(diǎn)是可以有效利用主機(jī)能源，經(jīng)濟(jì)高效；利于能量綜合利用；節(jié)約費(fèi)用，節(jié)省空間，改善機(jī)艙環(huán)境；減少滑油消耗，減少維修保養(yǎng)費(fèi)用。傳統(tǒng)的船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)一般采用直流軸帶發(fā)電機(jī)，雖然直流軸帶發(fā)電機(jī)電壓穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速的影響相對(duì)較小。但由于直流電機(jī)維護(hù)工作量大，目前在船上的應(yīng)用非常有限。

隨著交流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，雙饋電機(jī)作為船舶軸帶電機(jī)的優(yōu)勢(shì)日益明顯。雙饋電機(jī)也稱交流勵(lì)磁電機(jī)。雙饋電機(jī)是電機(jī)與電力電子技術(shù)和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品。雙饋電機(jī)的定子接50hz工頻電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子接自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率的交流電源。隨著交流勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率、幅值大小和相位的調(diào)節(jié)，雙饋電機(jī)在電動(dòng)工況或發(fā)電工況下運(yùn)行，轉(zhuǎn)速都可以調(diào)節(jié)變化，而定子輸出電壓和頻率可以維持不變，既可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)，又可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無刷雙饋電機(jī)是交流電機(jī)的一種，相比與普通的雙饋電機(jī)，它不適用電刷和集電環(huán)，減少了維護(hù)的要求和成本。越來越成為船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)的主流電機(jī)。但是由于無刷雙饋電機(jī)的特性，導(dǎo)致其在亞同步速時(shí)，控制側(cè)會(huì)消耗一定的功率，從而導(dǎo)致船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)的帶載能力下降。如果船舶在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)過橋或者緊急避險(xiǎn)的情況時(shí)，由于轉(zhuǎn)速下降過多，可能會(huì)導(dǎo)致軸帶發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電運(yùn)行不穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種船舶軸帶發(fā)電與柴油發(fā)電聯(lián)合發(fā)電的控制系統(tǒng)和方法，其解決了在船舶出現(xiàn)減速時(shí)，帶載能力變小導(dǎo)致的問題，同時(shí)提高了船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率。

本發(fā)明的解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種船舶軸帶發(fā)電與柴油發(fā)電聯(lián)合發(fā)電的控制系統(tǒng)，包括電機(jī)控制系統(tǒng)，包括電機(jī)控制系統(tǒng)，所述電機(jī)控制系統(tǒng)包括相連接的無刷雙饋電機(jī)和第一pwm變流器，其中，所述船舶軸帶發(fā)電與柴油發(fā)電聯(lián)合發(fā)電的控制系統(tǒng)還包括并網(wǎng)斷路器和功率因素校正器，所述電機(jī)控制系統(tǒng)和功率因素校正器連接，所述功率因素校正器通過并網(wǎng)斷路器與柴油發(fā)電系統(tǒng)連接。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述功率因素校正器包括濾波電感、直流母線電容和第二pwm變流器，所述第二pwm變流器通過濾波電感與所述并網(wǎng)斷路器一端相連，所述直流母線電容并列在所述第二pwm變流器的輸出端。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，還包括直流源，所述直流源連接在直流母線電容的兩端。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述柴油發(fā)電系統(tǒng)還連接有負(fù)載。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，還提供了一種船舶軸帶發(fā)電與柴油發(fā)電聯(lián)合發(fā)電的控制方法，包括以下步驟：

s1、對(duì)船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)通過矢量控制進(jìn)行離網(wǎng)啟動(dòng)，并運(yùn)行至穩(wěn)定；

s2、通過對(duì)柴油發(fā)電系統(tǒng)的三相電壓進(jìn)行檢測(cè)，并計(jì)算出其電壓矢量角；

s3、通過調(diào)節(jié)船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)的控制側(cè)電壓矢量角，使得船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)的功率側(cè)電壓矢量角與柴油發(fā)電系統(tǒng)的電壓矢量角一致，并通過電壓環(huán)將功率側(cè)電壓幅值調(diào)節(jié)至柴油發(fā)電系統(tǒng)的電壓幅值后，閉合并網(wǎng)斷路器，實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電系統(tǒng)與船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述步驟s1具體為：

s11、通過直流源對(duì)直流母線電容進(jìn)行充電，為無刷雙饋電機(jī)的控制側(cè)提供初始勵(lì)磁電流；

s12、無刷雙饋電機(jī)采用功率側(cè)電壓定向，當(dāng)船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)的功率側(cè)電壓穩(wěn)定后，接入電壓環(huán)；

s13、當(dāng)功率側(cè)電壓幅值超過直流源的幅值后，開啟功率因素校正器，當(dāng)母線電壓和功率側(cè)電壓都穩(wěn)定在給定值時(shí)，船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)啟動(dòng)。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，在所述步驟s3之后，當(dāng)柴油發(fā)電系統(tǒng)與船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行后，由于船舶軸帶發(fā)電系的功率側(cè)電壓幅值受到柴油發(fā)電系統(tǒng)的控制，因此，切除無刷雙饋電機(jī)控制器的電壓環(huán)，只保留電流環(huán)，通過電流環(huán)對(duì)無刷雙饋電機(jī)的有功電流和無功電流進(jìn)行控制。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，通過電流環(huán)對(duì)無刷雙饋電機(jī)的有功電流和無功電流進(jìn)行控制具體方法為：

先通過檢測(cè)柴油發(fā)電系統(tǒng)的輸出端，得到柴油發(fā)電系統(tǒng)的瞬時(shí)功率值；

當(dāng)柴油發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率大于0時(shí)，則提高無刷雙饋電機(jī)的有功電流，使柴油發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率接近0；

當(dāng)柴油發(fā)電系統(tǒng)的無功功率輸出大于0時(shí)，則提高無刷雙饋電機(jī)的無功電流，使柴油發(fā)電系統(tǒng)的無功輸出接近于0；

當(dāng)柴油發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率或者無功功率超過無刷雙饋電機(jī)功率輸出的能力范圍時(shí)，則將無刷雙饋電機(jī)的電流給定調(diào)到最大值，使得船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)功率輸出最大化

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的船舶軸帶發(fā)電與柴油發(fā)電聯(lián)合發(fā)電的控制系統(tǒng)和方法，其在柴油發(fā)電系統(tǒng)與船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)電后，通過電流環(huán)對(duì)無刷雙饋電機(jī)的有功電流和無功電流進(jìn)行控制，當(dāng)船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)提供的功率不夠時(shí)，剩余的功率可以由柴油發(fā)電系統(tǒng)提供，保證系統(tǒng)的船機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也可以保證船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)功率輸出最大化，減少了柴油發(fā)電機(jī)的油耗。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式中船舶軸帶發(fā)電與柴油發(fā)電聯(lián)合發(fā)電的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為圖1中所述船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)中無刷雙饋電機(jī)的一種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3為圖1中所述船舶軸帶發(fā)電與柴油發(fā)電聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的一種電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明一種實(shí)施方式中船舶軸帶發(fā)電與柴油發(fā)電聯(lián)合發(fā)電的控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本文件的描述，可以對(duì)本文件中實(shí)施例中以及不同實(shí)施例中的特征進(jìn)行相應(yīng)組合。

本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于區(qū)別類似的對(duì)象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實(shí)施例，例如能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤?。此外，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

本發(fā)明實(shí)施例如下，如圖1至圖3所示，一種船舶軸帶發(fā)電與柴油發(fā)電聯(lián)合發(fā)電的控制系統(tǒng)，包括電機(jī)控制系統(tǒng)，包括電機(jī)控制系統(tǒng)，所述電機(jī)控制系統(tǒng)包括相連接的無刷雙饋電機(jī)和第一pwm變流器，其中，所述船舶軸帶發(fā)電與柴油發(fā)電聯(lián)合發(fā)電的控制系統(tǒng)還包括并網(wǎng)斷路器和功率因素校正器，所述電機(jī)控制系統(tǒng)和功率因素校正器連接，所述功率因素校正器通過并網(wǎng)斷路器與柴油發(fā)電系統(tǒng)連接。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述功率因素校正器包括濾波電感、直流母線電容和第二pwm變流器，所述第二pwm變流器通過濾波電感與所述并網(wǎng)斷路器一端相連，所述直流母線電容并列在所述第二pwm變流器的輸出端。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，還包括直流源，所述直流源連接在直流母線電容的兩端。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述柴油發(fā)電系統(tǒng)還連接有負(fù)載。

如圖4所述，一種船舶軸帶發(fā)電與柴油發(fā)電聯(lián)合發(fā)電的控制方法，包括以下步驟：

s1、對(duì)船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)通過矢量控制進(jìn)行離網(wǎng)啟動(dòng)，并運(yùn)行至穩(wěn)定；

s2、通過對(duì)柴油發(fā)電系統(tǒng)的三相電壓進(jìn)行檢測(cè)，并計(jì)算出其電壓矢量角；具體地，電壓矢量角其中，uα和uβ分別是無刷雙饋發(fā)電機(jī)輸出電壓在alpha和beta軸的分量；

s3、通過調(diào)節(jié)船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)的控制側(cè)電壓矢量角，使得船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)的功率側(cè)電壓矢量角與柴油發(fā)電系統(tǒng)的電壓矢量角一致，并通過電壓環(huán)將功率側(cè)電壓幅值調(diào)節(jié)至柴油發(fā)電系統(tǒng)的電壓幅值后，閉合并網(wǎng)斷路器，實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電系統(tǒng)與船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行。

在所述步驟s1中，船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)通過矢量控制進(jìn)行離網(wǎng)啟動(dòng)，船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)分為pfc和無刷雙饋電機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)部分。其中無刷雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，一部分是通過電壓環(huán)和電流環(huán)實(shí)現(xiàn)功率側(cè)電壓幅值的控制；另一部分是通過公式fr＝fp+fc實(shí)現(xiàn)對(duì)功率側(cè)電壓頻率的控制，其中fp是功率側(cè)電壓的頻率，fc是控制側(cè)電壓頻率，fr是電機(jī)每秒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)乘以功率側(cè)定子極對(duì)數(shù)與控制側(cè)定子極對(duì)數(shù)之和；控制結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述步驟s1具體為：

s11、通過直流源對(duì)直流母線電容進(jìn)行充電，為無刷雙饋電機(jī)的控制側(cè)提供初始勵(lì)磁電流；

s12、無刷雙饋電機(jī)采用功率側(cè)電壓定向，當(dāng)船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)的功率側(cè)電壓穩(wěn)定后，接入電壓環(huán)；

s13、當(dāng)功率側(cè)電壓幅值超過直流源的幅值后，開啟功率因素校正器，當(dāng)母線電壓和功率側(cè)電壓都穩(wěn)定在給定值時(shí)，船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)啟動(dòng)。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，在所述步驟s3之后，當(dāng)柴油發(fā)電系統(tǒng)與船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行后，由于船舶軸帶發(fā)電系的功率側(cè)電壓幅值受到柴油發(fā)電系統(tǒng)的控制，因此，切除無刷雙饋電機(jī)控制器的電壓環(huán)，只保留電流環(huán)，通過電流環(huán)對(duì)無刷雙饋電機(jī)的有功電流和無功電流進(jìn)行控制，其控制結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，通過電流環(huán)對(duì)無刷雙饋電機(jī)的有功電流和無功電流進(jìn)行控制具體方法為：

先通過檢測(cè)柴油發(fā)電系統(tǒng)的輸出端，得到柴油發(fā)電系統(tǒng)的瞬時(shí)功率值；具體地，根據(jù)瞬時(shí)功率原理，可得有功功率與無功功率的計(jì)算公式：其中ud和uq分別柴油發(fā)電機(jī)輸出電壓在d軸和q軸上的分量，id和iq分別柴油發(fā)電機(jī)輸出電流在d軸和q軸上的分量；

當(dāng)柴油發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率大于0時(shí)，則提高無刷雙饋電機(jī)的有功電流，使柴油發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率接近0；

當(dāng)柴油發(fā)電系統(tǒng)的無功功率輸出大于0時(shí)，則提高無刷雙饋電機(jī)的無功電流，使柴油發(fā)電系統(tǒng)的無功輸出接近于0；

當(dāng)柴油發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率或者無功功率超過無刷雙饋電機(jī)功率輸出的能力范圍時(shí)，則將無刷雙饋電機(jī)的電流給定調(diào)到最大值，使得船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)功率輸出最大化

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的船舶軸帶發(fā)電與柴油發(fā)電聯(lián)合發(fā)電的控制系統(tǒng)和方法，其在柴油發(fā)電系統(tǒng)與船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)電后，通過電流環(huán)對(duì)無刷雙饋電機(jī)的有功電流和無功電流進(jìn)行控制，當(dāng)船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)提供的功率不夠時(shí)，剩余的功率可以由柴油發(fā)電系統(tǒng)提供，保證系統(tǒng)的船機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也可以保證船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)功率輸出最大化，減少了柴油發(fā)電機(jī)的油耗。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。