【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于船舶电力推进系统领域，具体涉及一种船舶电力推进系统整流变压器充磁方法。
技术介绍
1、船舶电力推进系统主要由船舶交流电网、整流变压器、推进变频器和推进电机构成，其中整流变压器在空载稳定运行时，变压器的励磁电流较小，通常只有额定电流的1％～3％左右。但是整流变压器在投入运行时，整流变压器供电开关合闸，由于变压器内部磁通不能突变，因此在合闸瞬间，变压器铁芯内会产生直流偏磁分量，其大小取决于合闸瞬间电源电压的相位，即合闸角θ。在某些情况下，交流励磁磁通在叠加直流偏磁分量和铁芯剩磁后变压器铁芯磁通饱和，变压器励磁回路阻抗大幅下降，流过变压器供电开关和线路的励磁涌流最大瞬时值可达到变压器额定工作电流的6～8倍。励磁涌流对船舶电网产生较大冲击，造成船舶交流电网的电压瞬时跌落，过电流速断保护和欠压保护误动。因此对于船舶电力推进系统，需要通过一定的手段抑制变压器的励磁涌流。
2、抑制变压器励磁涌流的主要方法包括：
3、1，根据励磁涌流与供电开关合闸角θ之间的关系，控制器精确控制三相断路器在合适的时刻分相合闸。该方法要求精确控制三相断路器分相合闸时间。由于目前技术条件下准确识别变压器铁芯内部磁通幅值和方向的难度较大且三相断路器分相合闸的控制精度难以提高等原因，不适合在船舶内部应用。
4、2，回路中串联电阻。该方法的电阻在变压器多次反复启动充磁的过程中存在发热和烧蚀问题。
5、3，变压器采用磁饱和点可变铁芯、增加磁通补偿线圈等方法防止合闸瞬间变压器磁路饱和。该方法需要对整流变压器的绕组和
6、4，在供电开关合闸前使用充磁变压器对整流变压器进行充磁。因此在现有技术条件下，船舶电力推进系统广泛应用本方法抑制整流变压器励磁涌流。如附图1所示，船舶电力推进系统电源经整流变压器1-2整流后输出至变频器1-4，变频器1-4驱动推进电机1-5。整流变压器供电开关1-1合闸之前，先闭合充磁回路接触器1-6，通过预充磁变压器1-3给整流变压器1-2充磁。充磁完成后，闭合整流变压器供电开关1-1，并分断充磁回路接触器1-6。
7、但是该方法仍然具有以下不足：
8、1，为防止充磁变压器自身空载合闸时励磁涌流过大，通常充磁变压器的容量不宜选的过大，一般选择被充磁变压器额定容量的5％左右。但是根据短路阻抗计算公式同等阻抗电压的uk％小容量变压器的短路阻抗较大，限制了整流变压器的充磁电流，因此经过充磁变压器充磁后，整流变压器在供电开关合闸瞬间仍然会出现一定的励磁涌流。
9、2，充磁变压器体积大，采购成本高。例如一台容量20kva的中压船用干式充磁变压器柜尺寸约为2000mm×1800mm×800mm，价格约为数十万元，极大的占用了宝贵的船舶的机舱空间和采购经费。
技术实现思路
1、为了解决现有船舶电力推进系统整流变压器励磁涌流抑制方法中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种低成本且可靠的船舶电力推进系统整流变压器充磁方法。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船舶电力推进系统整流变压器充磁方法，基于包含交流配电板、推进变频器和变频控制器的充磁电路，交流配电板上的交流母线通过整流变压器供电开关连接整流变压器原边绕组，推进变频器连接整流变压器副边绕组，交流母线通过进线断路器连接至船舶交流电源，所述的交流配电板上还设置有进线断路器和原边侧电压互感器，所述的推进变频器还包括输出滤波单元以及通过正负直流母排连接的整流单元和逆变单元，逆变单元通过变频控制器连接上位机，整流单元通过直流断路器连接推进变频器的正负直流母排，直流断路器通过直流升压装置连接直流电源，整流单元的输入侧连接电流互感器，输出滤波单元通过推进电机支路接触器连接推进电机，输出滤波单元依次连接熔断器、充磁支路接触器、防逆流二极管和电流互感器后连接整流变压器副边绕组，所述的熔断器、充磁支路接触器、防逆流二极管和电流互感器串联构成充磁回路，推进变频器驱动推进电机或向充磁回路提供电源，所述的变频控制器通过副边侧电压互感器连接整流变压器副边绕组，原边侧电压互感器和电流互感器连接变频控制器；包括以下步骤：
3、s-1，变频控制器接收到来自上位机的启动指令后，控制交流配电板的进线断路器闭合，交流配电板的交流母线得电；变频控制器通过整流变压器供电开关状态判断充磁电路是否进入充磁模式；
4、s-2，变频控制器进入充磁模式，并获取电压和电压相位差；
5、s-3，分断和闭合进线断路器、直流断路器及推进电机支路接触器、充磁支路接触器；
6、s-4，启动直流升压装置和逆变单元；
7、s-5，逆变单元输出电压；
8、s-6，变频控制器检测整流变压器原副边电压幅值和相位是否小于阈值；
9、s-7，分断和闭合进线断路器、直流断路器及推进电机支路接触器、充磁支路接触器，逆变单元停止工作，充磁结束；
10、步骤s-8，变频控制器切换至推进模式。
11、进一步，所述的步骤s-2中变频控制器按以下方法判断是否进入充磁模式：若整流变压器供电开关处于断开状态，则变频控制器进入充磁模式；若整流变压器供电开关处于闭合状态，则变频控制器直接进入推进模式。
12、更进一步，所述的变频控制器通过以下方式获取整流变压器原副边电压和电压相位差：变频控制器接收来自原边侧电压互感器和副边侧电压互感器输出的整流变压器原边侧电压信号u1和副边侧电压信号u2，通过滤波模块滤波后，分别输入到相位差检测模块和幅值检测模块；所述相位差检测模块和幅值检测模块分别输出原边侧电压信号u1和副边侧电压信号u2的相位差δφu以及幅值u1和u2到处理器。
13、进一步，所述的步骤s-4中直流升压装置启动给推进变频器的直流母线充电；当变频控制器检测到推进变频器的直流母线电压udc上升至预定值时，变频控制器向逆变单元发出开关信号，逆变单元进入工作状态。
14、进一步，所述步骤s-5中逆变单元启动后，变频控制器向逆变单元发送电压指令；所述电压指令包含两个部分：电压幅值指令和电压相位指令；逆变单元根据变频控制器的电压指令输出具有相应的相位和幅值的电压，电压的频率和交流母线电压频率相同。
15、更进一步，所述的电压幅值指令由变频控制器按照特定升压曲线自动给定；所述的电压相位指令采用电压闭环pi控制方法：控制闭环以原边侧电压信号u1和副边侧电压信号u2的相位差δφu作为输入，副边侧电压信号u2作为输出，通过闭环控制算法，使δφu趋于0。
16、进一步，所述的步骤s-6中，变频控制器通过电流互感器检测流过充磁支路接触器的大小是否超过阈值，若所述电流超过阈值，则变频控制器的电压幅值指令暂停升高，等待所述电流降低至阈值以下后再继续升高电压；变频控制器检测到整流变压器的副边侧电压幅值u2上升至原边侧电压u1，且相位差δφu趋近于0时，变频控制器判定充磁成功；变频控制器的判定依据为|本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种船舶电力推进系统整流变压器充磁方法，其特征在于，基于包含交流配电板(2-2)、推进变频器(2-22)和变频控制器(2-7)的充磁电路，交流配电板(2-2)上的交流母线(2-14)通过整流变压器供电开关(2-15)连接整流变压器(2-10)原边绕组，推进变频器(2-22)连接整流变压器(2-10)副边绕组，交流母线(2-14)通过进线断路器(2-1)连接至船舶交流电源，所述的交流配电板(2-2)上还设置有进线断路器(2-1)和原边侧电压互感器(2-3)，所述的推进变频器(2-22)还包括输出滤波单元(2-11)以及通过正负直流母排连接的整流单元(2-17)和逆变单元(2-18)，逆变单元(2-18)通过变频控制器(2-7)连接上位机(2-6)，整流单元(2-17)通过直流断路器(2-9)连接推进变频器(2-22)的正负直流母排，直流断路器(2-9)通过直流升压装置(2-5)连接直流电源(2-4)，整流单元(2-17)的输入侧连接电流互感器(2-16)，输出滤波单元(2-11)通过推进电机支路接触器(2-12)连接推进电机(2-13)，输出滤波单元(2-11)依次连接熔断器(
2.根据权利要求1所述的一种船舶电力推进系统整流变压器充磁方法，其特征在于，所述的步骤S-2中变频控制器(2-7)通过以下方式判断是否进入充磁模式：若整流变压器供电开关(2-15)处于断开状态，则变频控制器(2-7)进入充磁模式；若整流变压器供电开关(2-15)处于闭合状态，则变频控制器(2-7)直接进入推进模式。
3.根据权利要求2所述的一种船舶电力推进系统整流变压器充磁方法，其特征在于，所述的变频控制器(2-7)通过以下方式获取整流变压器(2-10)原副边电压和电压相位差：变频控制器(2-7)接收来自原边侧电压互感器(2-3)和副边侧电压互感器(2-8)输出的整流变压器(2-10)原边侧电压信号u1和副边侧电压信号u2，通过滤波模块滤波后，分别输入到相位差检测模块和幅值检测模块；所述相位差检测模块和幅值检测模块分别输出原边侧电压信号u1和副边侧电压信号u2的相位差Δφu以及幅值U1和U2到处理器。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种船舶电力推进系统整流变压器充磁方法，其特征在于，所述的步骤S-4中直流升压装置(2-5)启动给推进变频器(2-22)的直流母线充电；当变频控制器(2-7)检测到推进变频器(2-22)的直流母线电压UDC上升至预定值时，变频控制器(2-7)向逆变单元(2-18)发出开关信号，逆变单元(2-18)进入工作状态。
5.根据权利要求4所述的一种船舶电力推进系统整流变压器充磁方法，其特征在于，所述步骤S-5中逆变单元(2-18)启动后，变频控制器(2-7)向逆变单元(2-18)发送电压幅值指令和电压相位指令；逆变单元(2-18)根据电压指令输出和交流母线(2-14)频率相同的电压。
6.根据权利要求5所述的一种船舶电力推进系统整流变压器充磁方法，其特征在于，所述的电压幅值指令由变频控制器(2-7)自动给定；所述的电压相位指令采用电压闭环PI控制：控制闭环以原边侧电压信号u1和副边侧电压信号u2的相位差Δφu作为输入，副边侧电压信号u2作为输出，使Δφu趋于0。
7.根据权利要求5所述的一种船舶电力推进系统整流变压器充磁方法，其特征在于，所述的步骤S-6中，变频控制器(2-7)通过电流互感器(2-16)检测流过充磁支路接触器(2-20)的大小是否超过阈值，若超过阈值则变频控制器(2-7)的电压幅值指令暂停升高，等待所述电流降低至阈值以下后再继续升高电压；变频控制器(2-7)检测到整流变压器(2-10)的副边侧电压幅值U2上升至原边侧电压U1，且相位差Δφu趋近于0时，判定充磁成功；变频控制器(2-7)的判定依据为|U1-U2|≤2％U1，且Δφu≤0.1rad。
8.根据权利要求5所述的一种船舶电力推进系统整流变压器充磁方法，其特征在于，所述的步骤S-7中变频控制器(2-7)判定充磁成功后，闭合整流变压器供电开关(2-15)和分断直流断路器(2-9)；延时一定时间后，变频控制器(2-7)输出开关信号封锁逆变单元(2-18...
【技术特征摘要】
1.一种船舶电力推进系统整流变压器充磁方法，其特征在于，基于包含交流配电板(2-2)、推进变频器(2-22)和变频控制器(2-7)的充磁电路，交流配电板(2-2)上的交流母线(2-14)通过整流变压器供电开关(2-15)连接整流变压器(2-10)原边绕组，推进变频器(2-22)连接整流变压器(2-10)副边绕组，交流母线(2-14)通过进线断路器(2-1)连接至船舶交流电源，所述的交流配电板(2-2)上还设置有进线断路器(2-1)和原边侧电压互感器(2-3)，所述的推进变频器(2-22)还包括输出滤波单元(2-11)以及通过正负直流母排连接的整流单元(2-17)和逆变单元(2-18)，逆变单元(2-18)通过变频控制器(2-7)连接上位机(2-6)，整流单元(2-17)通过直流断路器(2-9)连接推进变频器(2-22)的正负直流母排，直流断路器(2-9)通过直流升压装置(2-5)连接直流电源(2-4)，整流单元(2-17)的输入侧连接电流互感器(2-16)，输出滤波单元(2-11)通过推进电机支路接触器(2-12)连接推进电机(2-13)，输出滤波单元(2-11)依次连接熔断器(2-21)、充磁支路接触器(2-20)、防逆流二极管(2-19)和电流互感器(2-16)后连接整流变压器(2-10)副边绕组，所述的熔断器(2-21)、充磁支路接触器(2-20)、防逆流二极管(2-19)和电流互感器(2-16)串联构成充磁回路，所述的变频控制器(2-7)通过副边侧电压互感器(2-8)连接整流变压器(2-10)副边绕组，原边侧电压互感器(2-3)和电流互感器(2-16)连接变频控制器(2-7)；包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种船舶电力推进系统整流变压器充磁方法，其特征在于，所述的步骤s-2中变频控制器(2-7)通过以下方式判断是否进入充磁模式：若整流变压器供电开关(2-15)处于断开状态，则变频控制器(2-7)进入充磁模式；若整流变压器供电开关(2-15)处于闭合状态，则变频控制器(2-7)直接进入推进模式。
3.根据权利要求2所述的一种船舶电力推进系统整流变压器充磁方法，其特征在于，所述的变频控制器(2-7)通过以下方式获取整流变压器(2-10)原副边电压和电压相位差：变频控制器(2-7)接收来自原边侧电压互感器(2-3)和副边侧电压互感器(2-8)输出的整流变压器(2-10)原边侧电压信号u1和副边侧电压信号u2，通过滤波模块滤波后，分别输入到相位差检测模块和幅值检测模块；所述相位差检测模块和幅值...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹训训，李成阳，张柯，熊源，朱思远，于海宁，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶集团有限公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：
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