抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及船舶发电机性技术领域，尤其涉及抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置，主要构成包含以下方面：船舶电励磁同步发电机、船舶电力负荷、励磁设备、机端电压电流检测、PWM逆变器、双向直流变换电路、超级电容储能单元、励磁控制器、PWM逆变控制器、母线电压电流检测、直流变换控制器、负载电压电流检测、储能单元控制器、中央控制器和CAN总线，本发明专利技术充分的利用了超级电容能够快速充放电的特点，将其应用在船舶电站系统中，能够使其快速对系统的有功负荷功率和谐波负荷功率进行补偿，能够大幅度提高供系统的供电质量，保证有限能源电力系统能够安全稳定的运行。

【技术实现步骤摘要】
抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置
本专利技术涉及船舶发电机性
，尤其涉及抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置。
技术介绍
船舶电推进系统中的发电系统一般由若干台内燃机或燃气轮机组成，这样的发电系统也称为有限能源电站系统，发电容量一般在几兆瓦到几十兆瓦之间，而船舶的电推进系统和其它一些大的负荷系统中，个别的功率容量接近一兆瓦，这说明负荷和发电机组容量是比较接近的。因此，一旦这些负荷出现启动、停止等大范围功率变动瞬态过程，将会对发电机组和电站的冲击较大，这中间包含有功功率冲击和无功功率冲击。如果不对这两种冲击进行补偿，将有可能导致船舶电站系统出现崩溃。船舶上很多负荷系统是通过整流电路实现的直流供电，因此无论是可控整流还是不控整流装置对交流端都会造成较大的谐波扰动，引起船舶发电站系统的电网电压、电流有较大的畸变，这种畸变会引起发电机的铁芯热损耗增加，导致发电机定子过热甚至使发电机烧毁。同时船舶电网中存在的谐波也会影响其他用电设备的正常工作。船舶电力负荷引起的电压、电流畸变，会引起发电系统大的力矩波动，这种大的力矩波动会带来发电机组的转速波动，从而带来强噪声，包括电磁噪声和机械噪声。由于负荷的容量和发电站的容量比较接近，因此，当负荷的功率出现大的功率波动时，会出现次同步稳定问题，需要通过励磁加入次同步振荡稳定环节解决。本专利技术能够在有限能源发电体系上有所创新，即通过电力电子的多频率全功率补偿和高性能的励磁控制方式来解决船舶电力系统中出现的冲击性有功及无功负荷问题及，系统谐波问题以及次同步稳定问题。本专利所提出的一体化发电站系统具有高可靠、抗冲击、低噪声、高效率的特征。同时功率/重量比和功率/体积比大，与船舶总体设计兼容性好。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过电力电子的多频率全功率补偿和高性能的励磁控制方式来解决船舶电力系统中出现的冲击性有功及无功负荷问题、系统谐波问题以及次同步稳定问题。当系统出现冲击性负荷时，利用超级电容储能单元中存储的能量进行快速的补偿，维持系统整体能量平衡，待原动机有功或无功调节跟进之后，补偿系统退出补偿模式。当系统出现谐波成分时，通过对负荷谐波的检测，确定系统中所含有的谐波成分进而对其进行控制补偿。励磁系统不仅可以为发电机提供励磁电流，同时当系统出现次同步振荡时，励磁系统会通过对励磁电流的前馈控制，抑制系统中出现的振荡，维持船舶发电机电压稳定。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置，主要构成包含以下方面：船舶电励磁同步发电机、船舶电力负荷、励磁设备、机端电压电流检测、PWM逆变器、双向直流变换电路、超级电容储能单元、励磁控制器、PWM逆变控制器、母线电压电流检测、直流变换控制器、负载电压电流检测、储能单元控制器、中央控制器和CAN总线。优选的，所述船舶电励磁同步发电机将原动机输入的机械能通过定转子磁场的相互切割转换成为三相正弦交流电，发电的过程中励磁设备根据励磁控制器的控制为发电机转子提供励磁电流，保证机端电压稳定在设定工作值，船舶电励磁同步发电机定子输出的电能通过导线将其供给船舶电力负荷使用，机端电压电流检测对机端电压及电流进行采样，并将强电信号转换成为弱电信号，输入到励磁控制器以及PWM逆变控制器中。优选的，所述船舶电励磁同步发电机替换为船舶永磁同步发电机。优选的，所述PWM逆变器工作在两种方式下，PWM逆变器根据PWM逆变控制器的控制，既可以工作在三相全桥整流模式，也可以工作在三相全桥逆变模式，PWM逆变器工作在三相全桥整流模式时，将系统的三相电能转换成为直流进行存储，PWM逆变器工作在逆变模式时，其将直流电能转换成为三相电能供给船舶电力负荷使用，PWM逆变控制器所提供的电能可以分为有功补偿电能、无功补偿电能以及谐波补偿电能，PWM逆变控制器是控制系统的核心部分，它根据机端电压电流检测以及负载电压电流检测获取的系统信息对PWM逆变控制器进行相应的触发。优选的，所述直流变换控制器的作用根据母线电压电流检测到的直流母线电压值，控制双向直流变换电路，将三相全桥整流得到的直流电进行降压存储，超级电容储能单元是直流电能的存储终端，双向直流变换电路根据母线电压电流检测获取的采样信号，对超级电容储能单元的输入直流电压进行控制，使只能电压能够稳定在超级电容的工作电压范围，而储能单元控制器则通过超级电容电压的控制电容储存的能量，负载电压电流检测将负荷端的电压及电流进行采样，并将强电信号转换成为弱电信号，输入到PWM逆变控制器中，中央控制器是系统的上位控制机，所有的下层控制器均根据它的控制信号工作在启动、停止、急停等状态下。系统的通信采用的是CAN总线的通信方式。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术充分的利用了超级电容能够快速充放电的特点，将其应用在船舶电站系统中，能够使其快速对系统的有功负荷功率和谐波负荷功率进行补偿，能够大幅度提高供系统的供电质量，保证有限能源电力系统能够安全稳定的运行；(2)本专利技术能够应对系统较大的冲击性负荷，保证用电负荷端的用电设备可靠运行；(3)本专利技术对有限能源发电终端进行了有效的控制，使其能够保证发电机的稳定运行，同时也能够消除系统中的次同步振荡，大幅度提高系统无功运行范围；(4)本专利技术可以有效的减小船舶发电机的震动、噪声以及发热问题，改善发电机的运行性能，以此提高发电机的使用寿命。(5)本专利技术不仅可以应用到船舶电站系统中，更可以广泛应用到目前在发展迅猛的微电网控制中，具有广泛的应用前景及较大的推广试用价值。附图说明图1为本专利技术提出的抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置的结构框图；图2为本专利技术提出的抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置功率电路原理图；图3为本专利技术提出的抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置有功功率补偿、无功功率补偿和谐波功率补偿控制框图；图4为本专利技术提出的抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置超级电容控制框图；图5为本专利技术提出的抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置励磁系统控制框图；图6为抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置励磁系统次同步控制框图。图中：船舶电励磁同步发电机1、船舶电力负荷2、励磁设备3、机端电压电流检测4、PWM逆变器5、双向直流变换电路6、超级电容储能单元7、励磁控制器8、PWM逆变控制器9、母线电压电流检测10、直流变换控制器11、负载电压电流检测12、储能单元控制器13、中央控制器14、CAN总线15。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。实施方式一：图1中给出了基于多频率全功率补偿船舶电站系统的构成，主要包含以下方面：船舶电励磁同步发电机1，船舶电力负荷2，励磁设备3，机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置，其特征在于，主要构成包含以下方面：船舶电励磁同步发电机、船舶电力负荷、励磁设备、机端电压电流检测、PWM逆变器、双向直流变换电路、超级电容储能单元、励磁控制器、PWM逆变控制器、母线电压电流检测、直流变换控制器、负载电压电流检测、储能单元控制器、中央控制器和CAN总线。/n

【技术特征摘要】
1.抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置，其特征在于，主要构成包含以下方面：船舶电励磁同步发电机、船舶电力负荷、励磁设备、机端电压电流检测、PWM逆变器、双向直流变换电路、超级电容储能单元、励磁控制器、PWM逆变控制器、母线电压电流检测、直流变换控制器、负载电压电流检测、储能单元控制器、中央控制器和CAN总线。


2.根据权利要求1所述的抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置，其特征在于，所述船舶电励磁同步发电机将原动机输入的机械能通过定转子磁场的相互切割转换成为三相正弦交流电，发电的过程中励磁设备根据励磁控制器的控制为发电机转子提供励磁电流，保证机端电压稳定在设定工作值，船舶电励磁同步发电机定子输出的电能通过导线将其供给船舶电力负荷使用，机端电压电流检测对机端电压及电流进行采样，并将强电信号转换成为弱电信号，输入到励磁控制器以及PWM逆变控制器中。


3.根据权利要求1或2所述的抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置，其特征在于，所述船舶电励磁同步发电机替换为船舶永磁同步发电机。


4.根据权利要求1所述的抑制非线性负荷影响船舶发电机性能的全功率补偿装置，其特征在于，所述PWM逆变器工作在两种方式下，PWM逆变器根据PWM逆变控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：段建东，王露霄，孙东阳，孙力，赵克，国海峰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23