本發(fā)明屬于電能質(zhì)量在線監(jiān)測及自控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于分布式電源并網(wǎng)船舶的電能質(zhì)量在線檢測及自控系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

隨著海洋環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)峻，船舶節(jié)能減排工作逐漸得到了國際海事組織的重視，在傳統(tǒng)船舶平臺上集成綠色分布式電源技術(shù)是當(dāng)前船舶實現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑。分布式電源并網(wǎng)技術(shù)在船舶上的應(yīng)用，不但會改變船舶電網(wǎng)原有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流分布，也會帶來新的電能質(zhì)量問題，引起諸如頻率偏差、電壓波動、諧波畸變等危害。電網(wǎng)電能質(zhì)量的下降不僅會影響船舶電網(wǎng)和船用電氣設(shè)備的正常運行，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會造成電氣設(shè)備故障，嚴(yán)重危害船舶安全。

近年來，國際海事組織及中國船級社對船舶電網(wǎng)和分布式電源并網(wǎng)電流的電能質(zhì)量均制定了詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電能質(zhì)量的極限值，基于分布式電源并網(wǎng)船舶的電能質(zhì)量在線檢測及自控系統(tǒng)的應(yīng)用，正是為了改善分布式電源并網(wǎng)電流的電能質(zhì)量，避免不佳的電能質(zhì)量對船舶電網(wǎng)的沖擊。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于分布式電源并網(wǎng)船舶的電能質(zhì)量在線檢測及自控系統(tǒng)和方法，能夠?qū)崿F(xiàn)分布式電源并網(wǎng)電流電能質(zhì)量的實時監(jiān)測和自動調(diào)控。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：一種基于分布式電源并網(wǎng)船舶的電能質(zhì)量在線檢測及自控系統(tǒng)，其特征在于：它包括設(shè)置在分布式電源和船舶電網(wǎng)之間、依次連接的可調(diào)逆變器和交流連續(xù)可調(diào)濾波器，交流連續(xù)可調(diào)濾波器輸出端設(shè)置的信號采集單元，數(shù)據(jù)處理單元和信息存儲單元；其中，

信號采集單元用于采集分布式電源并網(wǎng)側(cè)實時電壓、電流和頻率；

數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)采集的分布式電源并網(wǎng)側(cè)實時電壓和頻率，計算逆變并網(wǎng)處的電能質(zhì)量和諧波信號，將實時電壓和頻率傳輸給可調(diào)逆變器，將諧波信號傳輸給交流連續(xù)可調(diào)濾波器；

信息存儲單元用于存儲實時的逆變并網(wǎng)處的電能質(zhì)量。

按上述方案，所述的數(shù)據(jù)處理單元和信息存儲單元為PLC下位機(jī)。

按上述方案，本系統(tǒng)還包括用于顯示實時電能質(zhì)量的上位機(jī)，與所述的PLC下位機(jī)連接。

按上述方案，本系統(tǒng)還包括用于在實時電能質(zhì)量超過設(shè)定的指標(biāo)值時發(fā)出報警信號的報警器，與所述的PLC下位機(jī)連接。

利用所述的基于分布式電源并網(wǎng)船舶的電能質(zhì)量在線檢測及自控系統(tǒng)實現(xiàn)的自控方法，其特征在于：它包括以下步驟：

根據(jù)實時采集的分布式電源并網(wǎng)側(cè)實時電壓和頻率，計算逆變并網(wǎng)處的電能質(zhì)量和諧波信號；所述的電能質(zhì)量包括實時電壓偏差、實時頻率偏差、實時單次諧波含量、實時諧波總畸變率和實時電流不平衡度；

通過數(shù)據(jù)存儲模塊將實時電能質(zhì)量進(jìn)行存儲；

可調(diào)逆變器將采集的實時電壓和頻率，與系統(tǒng)額定電壓和頻率相比，得到電壓、頻率的實時偏差，電壓實時偏差經(jīng)占空比調(diào)節(jié)器控制逆變器IGBT的開通與關(guān)斷的占空比，頻率實時偏差經(jīng)調(diào)制波頻率調(diào)節(jié)器對逆變器調(diào)制波的頻率進(jìn)行微調(diào)；

交流連續(xù)可調(diào)濾波器根據(jù)諧波信號計算濾波器實時的失諧度，根據(jù)實時的失諧度進(jìn)行分析計算，連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)濾波電抗器的電感量，以適應(yīng)電網(wǎng)頻率或濾波電容參數(shù)的變化，使濾波器始終處于最佳調(diào)諧狀態(tài)。

按上述方法，根據(jù)船級社對船舶逆變電源并網(wǎng)電能質(zhì)量的要求設(shè)定報警器的指標(biāo)值，當(dāng)實時電能質(zhì)量超過設(shè)定的指標(biāo)值時，觸發(fā)報警。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過采集分布式電源并網(wǎng)電流的實時電能信號，進(jìn)行電能質(zhì)量的計算，根據(jù)計算的結(jié)果來實時的調(diào)節(jié)逆變器和濾波器的參數(shù)，從而使得并網(wǎng)電流能夠更加穩(wěn)定，改善船舶環(huán)境下逆變電源并網(wǎng)的電能質(zhì)量，因此本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)分布式電源并網(wǎng)電流電能質(zhì)量的實時監(jiān)測和自動調(diào)控，集在線監(jiān)測、自動控制為一體，保障船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為逆變器反饋調(diào)節(jié)模塊框圖。

圖3為自適應(yīng)調(diào)諧控制單元流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明提供一種基于分布式電源并網(wǎng)船舶的電能質(zhì)量在線檢測及自控系統(tǒng)，如圖1所示，它包括設(shè)置在分布式電源和船舶電網(wǎng)之間、依次連接的可調(diào)逆變器和交流連續(xù)可調(diào)濾波器，交流連續(xù)可調(diào)濾波器輸出端設(shè)置的信號采集單元，數(shù)據(jù)處理單元和信息存儲單元；其中，信號采集單元用于采集分布式電源并網(wǎng)側(cè)實時電壓、電流和頻率；數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)采集的分布式電源并網(wǎng)側(cè)實時電壓和頻率，計算逆變并網(wǎng)處的電能質(zhì)量和諧波信號，將實時電壓和頻率傳輸給可調(diào)逆變器，將諧波信號傳輸給交流連續(xù)可調(diào)濾波器；信息存儲單元用于存儲實時的逆變并網(wǎng)處的電能質(zhì)量。

所述分布式電源為新能源電源，諸如光伏電源、蓄電池、波浪能發(fā)電模塊、風(fēng)力渦輪機(jī)或燃料電池等。

所述的數(shù)據(jù)處理單元和信息存儲單元為PLC下位機(jī)。

本系統(tǒng)還包括用于顯示實時電能質(zhì)量的上位機(jī)，與所述的PLC下位機(jī)連接。本實施例中，上位機(jī)顯示界面由FameView實現(xiàn)，信息存儲也存儲在上位機(jī)硬盤中。

本系統(tǒng)還包括用于在實時的電能質(zhì)量超過設(shè)定的指標(biāo)值時發(fā)出報警信號的報警器，與所述的PLC下位機(jī)連接。

利用上述基于分布式電源并網(wǎng)船舶的電能質(zhì)量在線檢測及自控系統(tǒng)實現(xiàn)的自控方法，它包括以下步驟：

根據(jù)實時采集的分布式電源并網(wǎng)側(cè)實時電壓和頻率，計算逆變并網(wǎng)處的電能質(zhì)量和諧波信號；所述的電能質(zhì)量包括實時電壓偏差、實時頻率偏差、實時單次諧波含量、實時諧波總畸變率和實時電流不平衡度。

通過數(shù)據(jù)存儲模塊將實時電能質(zhì)量進(jìn)行存儲，并在上位機(jī)中進(jìn)行顯示。

可調(diào)逆變器將采集的實時電壓和頻率，與系統(tǒng)額定電壓和頻率相比，得到電壓、頻率的實時偏差，電壓實時偏差經(jīng)占空比調(diào)節(jié)器控制逆變器IGBT的開通與關(guān)斷的占空比，頻率實時偏差經(jīng)調(diào)制波頻率調(diào)節(jié)器對逆變器調(diào)制波的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

交流連續(xù)可調(diào)濾波器根據(jù)諧波信號計算濾波器實時的失諧度，根據(jù)實時的失諧度進(jìn)行分析計算，連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)濾波電抗器的電感量，以適應(yīng)電網(wǎng)頻率或濾波電容參數(shù)的變化，使濾波器始終處于最佳調(diào)諧狀態(tài)。

根據(jù)船級社對船舶逆變電源并網(wǎng)電能質(zhì)量的要求設(shè)定報警器的指標(biāo)值，當(dāng)實時電能質(zhì)量超過設(shè)定的指標(biāo)值時，觸發(fā)報警。

如圖2所示，可調(diào)逆變器中自帶調(diào)頻調(diào)壓裝置，實時電壓、頻率信號與系統(tǒng)額定電壓、頻率相比，得到電壓、頻率的實時偏差，電壓實時偏差經(jīng)占空比調(diào)節(jié)器控制逆變器IGBT的開通與關(guān)斷的占空比，實現(xiàn)逆變器實時電壓調(diào)節(jié)功能，頻率偏差經(jīng)調(diào)制波頻率調(diào)節(jié)器對逆變器調(diào)制波的頻率進(jìn)行微調(diào)，實現(xiàn)逆變器的輸出電流頻率的實時校正。

如圖3所示，諧波電流經(jīng)PLC下位機(jī)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到逆變電路中的諧波信號，交流連續(xù)可調(diào)濾波器中自帶自適應(yīng)調(diào)諧控制器，能夠?qū)崟r計算當(dāng)前失諧度，根據(jù)當(dāng)前失諧度進(jìn)行分析計算，給執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出調(diào)節(jié)指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)則根據(jù)指令連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)主濾波電路中可調(diào)電抗器的電感值，以適應(yīng)電網(wǎng)頻率或濾波電容參數(shù)的變化，使濾波器始終處于最佳調(diào)諧狀態(tài)。

所述的電能質(zhì)量的具體計算方法如下：

電壓偏差：

頻率偏差：

最大電壓、電流諧波含量：

電壓、電流諧波總畸變率：

電流不平衡度：

式中：i_h、v_h分別為各次諧波電壓值和電流值；v_n、i_n分別為工頻下船舶電網(wǎng)實際電壓值和電流值；I_maxl-l和I_minl-l分別為最大線電流和最小線電流；I_av為三相平均電流。

以上實施例僅用于說明本發(fā)明的設(shè)計思想和特點，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。