大功率船舶岸電電源研制

《大功率船舶岸電電源研制》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。

1、大功率船舶岸電電源研制(1金海重工股份有限公司牛產(chǎn)保障部浙江舟山610007;2青島創(chuàng)統(tǒng)科技發(fā)展有限公司山東青島266101)摘要：針對(duì)靠港船舶采用岸電供電的發(fā)展趨勢(shì)，提出了一種采用大功率變頻技術(shù)的岸電電源設(shè)計(jì)方案，該方案利用波形預(yù)處理器結(jié)合逆變變壓器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基于電壓型空間矢量控制的軟件控制策略，測(cè)試結(jié)果表明這種岸電電源具有效率和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：岸電電源空間矢量算法逆變變壓器1.引言大型船舶特別是油船和集裝箱船靠港時(shí)通常使用燃油制品(多為重油)發(fā)電，來(lái)滿(mǎn)足船舶用電需求。近年來(lái)隨著燃油價(jià)格屢創(chuàng)新高，船舶發(fā)電成木不斷升高，而且重油在燃燒過(guò)程中產(chǎn)牛大量硫化

2、物和氮氧化物，對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染，污染后通過(guò)氣候作用可以傳播至數(shù)百公里以外的地區(qū)。國(guó)內(nèi)外很多港區(qū)都集中在城區(qū)附近，到港船舶?？扛劭诋a(chǎn)牛污染與城區(qū)環(huán)境保護(hù)的矛盾已經(jīng)越來(lái)越突出。如果采用陸地電網(wǎng)對(duì)靠港船舶供電，首先可以大幅減少港區(qū)環(huán)境污染，建設(shè)清潔宜人的綠色港口，其次可以降低船舶靠港時(shí)運(yùn)行費(fèi)用，增加碼頭港口及發(fā)電部門(mén)的供電收入，對(duì)于節(jié)能減排也具有十分重要的意義。這種技術(shù)稱(chēng)為船舶岸電系統(tǒng)。岸電系統(tǒng)主要有三個(gè)部分組成：(1)岸電電源：船舶電網(wǎng)頻率大多為60Hz,我國(guó)港口岸電電網(wǎng)頻率為50HZo岸電電源主要功能是將我國(guó)港口電網(wǎng)380V/50HZ交流電變換成適合于外國(guó)船

3、舶440V/60HZ交流電，并?且能夠?qū)崿F(xiàn)50Hz/60Hz雙頻供電；(2)電纜連接設(shè)備：連接岸電接電箱和船上受電裝置間的電纜和設(shè)備，電纜連接設(shè)備必須滿(mǎn)足快速連接和儲(chǔ)存的要求，不使用的時(shí)候儲(chǔ)存在岸邊或者駁船；(1)船舶受電系統(tǒng)：在船上固定安裝受電系統(tǒng)，可能包括電纜絞車(chē)等相關(guān)電氣管理系統(tǒng)等。顯然岸電電源是岸電系統(tǒng)的核心，對(duì)其基本要求是輸入側(cè)不能污染電網(wǎng)，輸出側(cè)電能質(zhì)量能滿(mǎn)足船舶供電要求，可靠性高，易于維護(hù)。本文提出了一種新型的的1MVA(8OOKW)岸電電源設(shè)計(jì)方案，其硬件采用高功率因數(shù)整流和逆變模塊并聯(lián)技術(shù)，軟件采用電壓矢量控制技術(shù)，完全可以滿(mǎn)足岸電系統(tǒng)的供電要

4、求。1.岸電電源的工作原理岸電電源的主電路原理圖如圖1所示，三相輸入市電接入電源后，首先經(jīng)過(guò)PWM高功率因數(shù)整流器變成穩(wěn)定的直流，采用高功率因數(shù)整流器目的是提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，防止岸電對(duì)電網(wǎng)造成污染，整流器采用4套200KW整流模塊并聯(lián)冗余，逆變側(cè)也采用4套200KW逆變模塊并聯(lián)冗余，模塊之間采用光纖通訊，逆變器的IGBT受控于空間矢量脈寬調(diào)制，其脈沖寬度代表了輸出電壓幅值。調(diào)整脈沖寬度，即調(diào)節(jié)輸岀電壓。經(jīng)過(guò)IGBT的調(diào)制后，直流電源被調(diào)制成脈沖波形，此方波通過(guò)一個(gè)濾波器，變成一個(gè)60Hz基波分量的準(zhǔn)正弦波。再經(jīng)逆變變壓器進(jìn)行二次濾波，輸出440V/60HZ電壓。

5、3?軟件控制策略本岸電電源逆變器控制采用空間矢量算法，SVPWM的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)通過(guò)對(duì)基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等。在某個(gè)吋刻，電壓矢量旋轉(zhuǎn)到某個(gè)區(qū)域中，可由組成這個(gè)區(qū)域的兩個(gè)相鄰的非零矢量和零矢量在時(shí)間上的不同組合來(lái)得到。通過(guò)控制各個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間，使電壓空間欠量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)，就可以使逆變器輸出近似正弦波電壓⑸。將三相相電壓ua、ub、uc分別加在空間上互差1200的三相平面靜止坐標(biāo)系上，可以定義三個(gè)電壓空間矢量ua(t)>ub(t)>uc(t),它們的方向始終在各相的軸線(xiàn)上，而大小則隨時(shí)間按正弦規(guī)律

6、做變化，時(shí)間相位互差1200。假設(shè)U為相電壓有效值，f為電源頻率，則有：其中，Ur為期望電壓矢量；T為采樣周期；Tx、Ty、TO分別為對(duì)應(yīng)兩個(gè)零電壓矢量Ux、Uy和零電壓矢量U0在一個(gè)釆樣周期的作用吋間;其中U0包括了U0和U7兩個(gè)零矢量。式(3)的意義是矢量Ur在T時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果和Ux、Uy以及零矢量作用吋間Tx、Ty、TO、T7的積分相加總和值效果相同。利用坐標(biāo)變換⑸可將三相靜止平面坐標(biāo)系(a,b,c)中的相電壓轉(zhuǎn)換到兩相垂直平面坐標(biāo)系(α>β)中去。轉(zhuǎn)換結(jié)果見(jiàn)圖3。4.參數(shù)測(cè)試及分析為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)岸電電源的可行性，對(duì)其輸出進(jìn)行

7、了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。網(wǎng)側(cè)輸入電壓380V/50HZ,帶在功率800KW,圖4為采用FLUKE32電能質(zhì)量分析儀實(shí)測(cè)輸岀波形圖，得到輸出電壓穩(wěn)定度為±l%,輸出側(cè)電流總諧波含量THD為2.0%,可以看出本岸電電源輸出品質(zhì)很好的60Hz正弦波。另對(duì)該岸電電源的其他電氣參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，輸出頻率穩(wěn)定度為60HZ±0.1%,突加突減負(fù)載吋，瞬態(tài)電壓變化<±5%,轉(zhuǎn)換效率為97%。關(guān)于瞬態(tài)電壓變化,其測(cè)試條件為調(diào)整負(fù)載電流為100%,功率因數(shù)COSφ=0.8(滯后)的狀態(tài)下，從空載至滿(mǎn)載再?gòu)臐M(mǎn)載到空載進(jìn)行記錄的。此測(cè)試方法

8、模擬了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)負(fù)載特