本發(fā)明涉及工業(yè)控制領(lǐng)域中船舶岸電電源技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源。

背景技術(shù)：

中國(guó)船舶的電制為50Hz，然而國(guó)外大部分船舶的電制為60Hz，這就給國(guó)外船舶直接接用中國(guó)電網(wǎng)帶來(lái)了困難，所以中國(guó)港口必須有電氣設(shè)備將中國(guó)電網(wǎng)的50Hz工業(yè)用電轉(zhuǎn)變?yōu)?0Hz。與過(guò)去傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組式60Hz岸電電源相比，靜止式岸電電源的噪聲小，效率高，電氣性能較好，而電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)是岸電電源的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，直接影響電氣性能的好壞，從而研究60Hz岸電電源的電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)是十分有必要的。

現(xiàn)有技術(shù)中，PI(Proportion Integration，比例積分)閉環(huán)控制通過(guò)具有電氣隔離的電壓變送器對(duì)隔離變壓器的二次側(cè)進(jìn)行電壓測(cè)量，將電壓測(cè)量值反饋到變頻器的模擬量輸入端。然后由于變頻器內(nèi)部的PID(Proportion Integration Differentiation，比例積分微分)調(diào)節(jié)器對(duì)設(shè)定電壓與反饋電壓進(jìn)行比較、調(diào)節(jié)之后修正變頻器的電壓輸出，使得隔離變壓器的二次電壓與設(shè)定電壓相同。

傳統(tǒng)PI控制時(shí)，PI不能根據(jù)負(fù)載變化和岸電電源系統(tǒng)特性變化調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，系統(tǒng)超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，抗干擾能力、控制精度和穩(wěn)態(tài)特性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)岸電電源調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源，包括：變頻器、隔離變壓器、電流前饋單元、電壓反饋單元和調(diào)節(jié)控制器；變頻器的輸出端與隔離變壓器的一次側(cè)相連，且變頻器的輸出端還與電流前饋單元的輸入端相連；隔離變壓器的二次側(cè)與電壓反饋單元的輸入端相連，電壓反饋單元的輸 出端與調(diào)節(jié)控制器的輸入端相連；調(diào)節(jié)控制器的輸出端與變頻器的輸入端相連，且調(diào)節(jié)控制器預(yù)設(shè)系統(tǒng)輸出設(shè)定值；變頻器的輸入端還用于與外部的電源相連，隔離變壓器的二次側(cè)還用于與外部的負(fù)載相連；電流前饋單元用于采集變頻器的輸出電流，根據(jù)輸出電流確定電壓波動(dòng)值，并將電壓波動(dòng)值傳輸至變頻器的輸入端；電壓反饋單元用于采集隔離變壓器的輸出電壓，并將輸出電壓傳輸至調(diào)節(jié)控制器；調(diào)節(jié)控制器用于根據(jù)系統(tǒng)輸出設(shè)定值和隔離變壓器的輸出電壓確定調(diào)節(jié)參數(shù)，根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)變頻器的輸入值。

在上述技術(shù)方案中，該岸電電源還包括：負(fù)載觀測(cè)器；

變頻器的輸出端與電流前饋單元的輸入端相連，具體包括：變頻器的輸出端通過(guò)負(fù)載觀測(cè)器與電流前饋單元的輸入端相連；

隔離變壓器的二次側(cè)也通過(guò)負(fù)載觀測(cè)器與電流前饋單元的輸入端相連；負(fù)載觀測(cè)器用于動(dòng)態(tài)跟蹤變頻器的輸出量和隔離變壓器的輸出量，預(yù)測(cè)變頻器的輸出電流的變化值，并將變頻器的輸出電流的變化值傳輸至電流前饋單元。

在上述技術(shù)方案中，調(diào)節(jié)控制器包括PI控制器，PI控制器用于在確定調(diào)節(jié)參數(shù)后，根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)變頻器的輸入值，調(diào)節(jié)參數(shù)包括比例系數(shù)和積分系數(shù)；或

調(diào)節(jié)控制器包括PID控制器，PID控制器用于在確定調(diào)節(jié)參數(shù)后，根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)變頻器的輸入值，調(diào)節(jié)參數(shù)包括比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)。

在上述技術(shù)方案中，調(diào)節(jié)控制器還包括：模糊控制器；模糊控制器用于獲取根據(jù)系統(tǒng)輸出設(shè)定值和輸出電壓確定的偏差和偏差變化率，對(duì)偏差和偏差變化率進(jìn)行模糊化處理后確定調(diào)節(jié)參數(shù)變化量；調(diào)節(jié)控制器將調(diào)節(jié)參數(shù)變化量與初始的調(diào)節(jié)參數(shù)相結(jié)合后，確定最終的調(diào)節(jié)參數(shù)。

在上述技術(shù)方案中，當(dāng)調(diào)節(jié)控制器包括PI控制器時(shí)，將調(diào)節(jié)參數(shù)變化量與調(diào)節(jié)參數(shù)相結(jié)合后，確定最終的調(diào)節(jié)參數(shù)，具體包括：

最終的比例系數(shù)為：KP＝Kp+△Kp，Kp為初始的比例系數(shù)；

最終的積分系數(shù)為：KI＝Ki+△Ki，Ki為初始的積分系數(shù)；

調(diào)節(jié)參數(shù)變化量包括比例系數(shù)變化量△Kp和積分系數(shù)變化量△Ki。

在上述技術(shù)方案中，當(dāng)調(diào)節(jié)控制器包括PID控制器時(shí)，將調(diào)節(jié)參數(shù)變化 量與調(diào)節(jié)參數(shù)相結(jié)合后，確定最終的調(diào)節(jié)參數(shù)，具體包括：

最終的比例系數(shù)為：KP＝Kp+△Kp，Kp為初始的比例系數(shù)；

最終的積分系數(shù)為：KI＝Ki+△Ki，Ki為初始的積分系數(shù)；

最終的微分系數(shù)為：KD＝Kd+△Kd，Kd為初始的微分系數(shù)；

調(diào)節(jié)參數(shù)變化量包括比例系數(shù)變化量△Kp、積分系數(shù)變化量△Ki和微分系數(shù)變化量△Kd。

在上述技術(shù)方案中，該岸電電源還包括：有源電力濾波器，用于對(duì)變頻器的輸出量進(jìn)行濾波處理；變頻器的輸出端與隔離變壓器的一次側(cè)相連，具體包括：變頻器的輸出端通過(guò)有源電力濾波器與隔離變壓器的一次側(cè)相連。

在上述技術(shù)方案中，電壓反饋單元包括：電壓測(cè)量模塊和電壓變換模塊，電壓測(cè)量模塊和電壓變換模塊相連；電壓測(cè)量模塊用于采集隔離變壓器的輸出電壓；電壓變換模塊用于獲取電壓測(cè)量模塊采集的隔離變壓器的輸出電壓，并對(duì)隔離變壓器的輸出電壓進(jìn)行變壓處理，將進(jìn)行變壓處理后得到的輸出電壓傳輸至調(diào)節(jié)控制器。

在上述技術(shù)方案中，電壓測(cè)量模塊采集的隔離變壓器的輸出電壓包括：輸出電壓和供電過(guò)程中的擾動(dòng)電壓。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源，在通過(guò)調(diào)節(jié)控制器進(jìn)行反饋控制的基礎(chǔ)上，增加電流前饋單元。該電流前饋單元通過(guò)對(duì)變頻器的輸出電流進(jìn)行快速采樣，然后根據(jù)電流信號(hào)的大小判斷負(fù)載突加或突減的大小，計(jì)算岸電電源負(fù)載突然變化時(shí)所引起的電壓波動(dòng)，將這個(gè)電壓波動(dòng)值加到變頻器輸出電壓的設(shè)定值通道上，從而達(dá)到快速補(bǔ)償，使得電壓降快速恢復(fù)。由于變頻器內(nèi)部的電流采樣速度較快，較現(xiàn)有的電壓閉環(huán)控制反應(yīng)快，該岸電電源可以有效的提高電壓波動(dòng)的恢復(fù)時(shí)間，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫(xiě)的說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與 本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源的第一結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源的第二結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源的第三結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源的第四結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，提供了一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源，圖1為該岸電電源的結(jié)構(gòu)圖，具體包括：變頻器10、隔離變壓器20、電流前饋單元30、電壓反饋單元40和調(diào)節(jié)控制器50。

具體的，變頻器10的輸出端與隔離變壓器20的一次側(cè)相連，且變頻器10的輸出端還與電流前饋單元30的輸入端相連；隔離變壓器20的二次側(cè)與電壓反饋單元40的輸入端相連，電壓反饋單元40的輸出端與調(diào)節(jié)控制器50的輸入端相連；調(diào)節(jié)控制器50的輸出端與變頻器10的輸入端相連，且調(diào)節(jié)控制器50可以預(yù)設(shè)系統(tǒng)輸出設(shè)定值；變頻器10的輸入端還可以與外部的電源相連，隔離變壓器20的二次側(cè)還可以與外部的負(fù)載相連。

其中，電流前饋單元30用于采集變頻器10的輸出電流，根據(jù)輸出電流確定電壓波動(dòng)值，并將電壓波動(dòng)值傳輸至變頻器10的輸入端；電壓反饋單元40用于采集隔離變壓器20的輸出電壓，并將輸出電壓傳輸至調(diào)節(jié)控制器50；調(diào)節(jié)控制器50用于根據(jù)系統(tǒng)輸出設(shè)定值和隔離變壓器20的輸出電壓確定調(diào)節(jié)參數(shù)，并根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)變頻器10的輸入值。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源，在通過(guò)調(diào)節(jié)控制器進(jìn)行反饋控制的基礎(chǔ)上，增加電流前饋單元。該電流前饋單元通過(guò)對(duì)變頻器的輸出電流進(jìn)行快速采樣，然后根據(jù)電流信號(hào)的大小判斷負(fù)載突加或突減的大小，計(jì)算岸電電源負(fù)載突然變化時(shí)所引起的電壓波動(dòng)，將這個(gè)電壓波動(dòng)值加到變頻器輸出電壓的設(shè)定值通道上，從而達(dá)到快速補(bǔ)償，使得電壓降快速恢復(fù)。由于變頻器內(nèi)部的電流采樣速度較快，較現(xiàn)有的電壓閉環(huán)控制反應(yīng)快，該岸電電源可以有效的提高電壓波動(dòng)的恢復(fù)時(shí)間，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。

優(yōu)選的，參見(jiàn)圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源，還包括：負(fù)載觀測(cè)器60。具體的，變頻器10的輸出端通過(guò)負(fù)載觀測(cè)器60與電流前饋單元30的輸入端相連；隔離變壓器20的二次側(cè)也通過(guò)負(fù)載觀測(cè)器60與電流前饋單元30的輸入端相連。

本發(fā)明實(shí)施例中，負(fù)載觀測(cè)器60用于動(dòng)態(tài)跟蹤變頻器10的輸出量和隔離變壓器20的輸出量，預(yù)測(cè)變頻器10的輸出電流的變化值，并將變頻器10的輸出電流的變化值傳輸至電流前饋單元30。負(fù)載觀測(cè)器通過(guò)提前預(yù)測(cè)電流的變化值，結(jié)合電壓反饋單元可以進(jìn)一步提高電壓波動(dòng)的恢復(fù)時(shí)間，可以改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，增強(qiáng)了系統(tǒng)抗干擾能力，極大地降低了負(fù)載電壓擾動(dòng)對(duì)岸電電源電壓輸出穩(wěn)定性的影響。

優(yōu)選的，本發(fā)明實(shí)施例中的調(diào)節(jié)控制器50可以包括PI控制器或PID控制器。PI控制器用于在確定調(diào)節(jié)參數(shù)后，根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)變頻器10的輸入值，該調(diào)節(jié)參數(shù)包括比例系數(shù)和積分系數(shù)。PID控制器用于在確定調(diào)節(jié)參數(shù)后，根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)變頻器10的輸入值，此時(shí)，調(diào)節(jié)參數(shù)包括比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)。圖3中以PI控制器為例，當(dāng)包含PID控制器時(shí)岸電電源的結(jié)構(gòu)與圖3類似。

在圖3中，調(diào)節(jié)控制器50還包括：模糊控制器。該模糊控制器用于獲取根據(jù)系統(tǒng)輸出設(shè)定值和輸出電壓確定的偏差E和偏差變化率Ec，對(duì)偏差E和偏差變化率Ec進(jìn)行模糊化處理后確定調(diào)節(jié)參數(shù)變化量；調(diào)節(jié)控制器50將調(diào)節(jié)參數(shù)變化量與初始的調(diào)節(jié)參數(shù)相結(jié)合后，確定最終的調(diào)節(jié)參數(shù)。

具體的，當(dāng)調(diào)節(jié)控制器50包括PI控制器時(shí)(即圖3中所示的岸電電源)，上述將調(diào)節(jié)參數(shù)變化量與調(diào)節(jié)參數(shù)相結(jié)合后，確定最終的調(diào)節(jié)參數(shù)的步驟，具體包括：

最終的比例系數(shù)為：KP＝Kp+△Kp，Kp為初始的比例系數(shù)；

最終的積分系數(shù)為：KI＝Ki+△Ki，Ki為初始的積分系數(shù)；

調(diào)節(jié)參數(shù)變化量包括比例系數(shù)變化量△Kp和積分系數(shù)變化量△Ki。

當(dāng)調(diào)節(jié)控制器50包括PID控制器時(shí)，上述將調(diào)節(jié)參數(shù)變化量與調(diào)節(jié)參數(shù)相結(jié)合后，確定最終的調(diào)節(jié)參數(shù)的步驟，具體包括：

最終的比例系數(shù)為：KP＝Kp+△Kp，Kp為初始的比例系數(shù)；

最終的積分系數(shù)為：KI＝Ki+△Ki，Ki為初始的積分系數(shù)；

最終的微分系數(shù)為：KD＝Kd+△Kd，Kd為初始的微分系數(shù)；

調(diào)節(jié)參數(shù)變化量包括比例系數(shù)變化量△Kp、積分系數(shù)變化量△Ki和微分系數(shù)變化量△Kd。

本發(fā)明實(shí)施例中采用模糊控制器和PI控制器(或PID控制器)結(jié)合的控制方式，與傳統(tǒng)PI控制相比能明顯改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)特性，減小系統(tǒng)超調(diào)量和系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，可提高系統(tǒng)輸出電壓的控制精度；同時(shí)使用這種控制方式能使輸出電壓迅速恢復(fù)，極大提高電壓恢復(fù)時(shí)間，動(dòng)態(tài)性能得以提高，從而使得系統(tǒng)輸出電壓穩(wěn)定技術(shù)得到進(jìn)一步提高。

下面以圖3中包含PI控制器的岸電電源為例，該岸電電源的具體工作過(guò)程如下：將電壓反饋單元采集的裝置的實(shí)際輸出電壓與系統(tǒng)輸出設(shè)定值相比較，得出偏差E及偏差變化率Ec。偏差E及偏差變化率EC作為模糊控制器的輸入值，模糊控制器經(jīng)過(guò)模糊化，模糊推理，解模糊輸出調(diào)節(jié)參數(shù)變化量ΔKp和ΔKi。ΔKp和ΔKi與原來(lái)的Kp和Ki值相加得到新的KP和KI值，即KP＝Kp+ΔKp，KI＝Ki+ΔKi。不同的KP、KI值，系統(tǒng)的輸出也不相同。由于最終的KP、KI值是根據(jù)系統(tǒng)的輸出變化而變化，所以能更加適合整個(gè)岸電電源系統(tǒng)，從而可以更加優(yōu)異地控制整個(gè)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定的輸出。

優(yōu)選的，參見(jiàn)圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源還包括：有源電力濾波器APF。變頻器10的輸出端通過(guò)有源電力濾波器與隔離變壓器20的一次側(cè)相連，有源電力濾波器APF用于對(duì)變頻器10的輸出量進(jìn)行濾波處理。

優(yōu)選的，參見(jiàn)圖4所示，電壓反饋單元40包括：電壓測(cè)量模塊和電壓變換模塊，且電壓測(cè)量模塊和電壓變換模塊相連。

具體的，電壓測(cè)量模塊用于采集隔離變壓器20的輸出電壓；電壓變換模塊用于獲取電壓測(cè)量模塊采集的隔離變壓器20的輸出電壓，并對(duì)隔離變壓器20的輸出電壓進(jìn)行變壓處理，將進(jìn)行變壓處理后得到的輸出電壓傳輸至調(diào)節(jié)控制器50。且該電壓測(cè)量模塊采集的隔離變壓器20的輸出電壓包括：岸電電源的輸出電壓和供電過(guò)程中的擾動(dòng)電壓。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源，在通過(guò)調(diào)節(jié)控制器進(jìn)行反饋控制的基礎(chǔ)上，增加電流前饋單元。該電流前饋單元通過(guò)對(duì)變頻器的輸出電流進(jìn)行快速采樣，然后根據(jù)電流信號(hào)的大小判斷負(fù)載突加或突減的 大小，計(jì)算岸電電源負(fù)載突然變化時(shí)所引起的電壓波動(dòng)，將這個(gè)電壓波動(dòng)值加到變頻器輸出電壓的設(shè)定值通道上，從而達(dá)到快速補(bǔ)償，使得電壓降快速恢復(fù)。由于變頻器內(nèi)部的電流采樣速度較快，較現(xiàn)有的電壓閉環(huán)控制反應(yīng)快，該岸電電源可以有效的提高電壓波動(dòng)的恢復(fù)時(shí)間，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源，采用模糊控制器和PI控制器(或PID控制器)結(jié)合的控制方式，與傳統(tǒng)PI控制相比能明顯改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)特性，減小系統(tǒng)超調(diào)量和系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，可提高系統(tǒng)輸出電壓的控制精度；同時(shí)使用這種控制方式能使輸出電壓迅速恢復(fù)，極大提高電壓恢復(fù)時(shí)間，動(dòng)態(tài)性能得以提高，從而使得系統(tǒng)輸出電壓穩(wěn)定技術(shù)得到進(jìn)一步提高。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的岸電電源，采用負(fù)載觀測(cè)器與模糊控制相結(jié)合的電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)方法，負(fù)載觀測(cè)器對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行前饋擾動(dòng)補(bǔ)償，動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能都更加優(yōu)異，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上有很明顯的提高，將模糊控制這種智能控制方式應(yīng)用于岸電電源的系統(tǒng)中，使得輸出電壓更加穩(wěn)定。

本發(fā)明能有多種不同形式的具體實(shí)施方式，上面以圖1-圖4為例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作舉例說(shuō)明，這并不意味著本發(fā)明所應(yīng)用的具體實(shí)例只能局限在特定的流程或?qū)嵤├Y(jié)構(gòu)中，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，上文所提供的具體實(shí)施方案只是多種優(yōu)選用法中的一些示例，任何體現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的實(shí)施方式均應(yīng)在本發(fā)明技術(shù)方案所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。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、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。