[发明专利]一种船舶轴带发电系统的离网启动系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别涉及一种船舶轴带发电系统的离网启动系统和方法。

背景技术

船舶轴带发电机系统简称轴发系统或轴机系统，是由主机驱动船舶发电机，利用主机富裕功率达到节能的目的，可充分利用主机的“储备余量”。采用主机轴带发电，早在直流电制时代各国在中小型船舶上就已应用。随着电力电子技术的发展，轴带发电装置作为节约运行费用及改善机舱管理运行条件的有效手段，以其特有的优越性引起了各国造船界和航运界的重视。其优点是可以有效利用主机能源，经济高效；利于能量综合利用；节约费用，节省空间，改善机舱环境；减少滑油消耗，减少维修保养费用。传统的船舶轴带发电系统一般采用直流轴带发电机，虽然直流轴带发电机电压稳定，转速的影响相对较小。但由于直流电机维护工作量大，目前在船上的应用非常有限。

随着交流电机控制技术的发展，双馈电机作为船舶轴带电机的优势日益明显。双馈电机也称交流励磁电机。双馈电机是电机与电力电子技术和数控技术相结合的产物，是机电一体化的高新技术产品。双馈电机的定子接50Hz工频电网，转子接自动调节频率的交流电源。随着交流励磁自动控制系统对转子励磁电流的频率、幅值大小和相位的调节，双馈电机在电动工况或发电工况下运行，转速都可以调节变化，而定子输出电压和频率可以维持不变，既可以调节电网的功率因数，又可以提高系统的稳定性。无刷双馈电机是交流电机的一种，相比与普通的双馈电机，它不适用电刷和集电环，减少了维护的要求和成本。越来越成为船舶轴带发电系统的主流电机。如果无刷双馈电机的轴带发电系统采用船机电网供电的方式启动，不仅增加了轴带发电系统断路器的数量，也需要增加系统负载，对人工操作的要求也变高。以上几点增加了轴带发电的成本和错误率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种船舶轴带发电系统的离网启动系统和方法，其简化了人为操作，提高了系统的可靠性和安全性。

本发明的解决方案是这样实现的：一种船舶轴带发电系统的离网启动系统，包括电机控制系统，所述电机控制系统包括相连接的无刷双馈电机和第一PWM变流器，其中，所述离网启动系统还包括微机控制器、并网断路器和功率因素校正器，所述微机控制器与电机控制系统和功率因素校正器连接，所述功率因素校正器通过并网断路器与电网相连。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述功率因素校正器包括滤波电感、直流母线电容和第二PWM变流器，所述第二PWM变流器通过滤波电感与所述并网断路器一端相连，所述直流母线电容并列在所述第二PWM变流器的输出端。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，还包括直流源，所述直流源连接在直流母线电容的两端。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述微机控制器为DSP或单片机或PLC。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，本专利还提供了一种船舶轴带发电系统的离网启动方法，包括以下步骤：

S1、通过直流源对直流母线电容进行充电，为无刷双馈电机的控制侧提供初始励磁电流；

S2、无刷双馈电机采用功率侧电压定向，设功率侧q轴电压为0，d轴电压为幅值Um，当船舶轴带发电系统的功率侧电压稳定后，接入电压环，对电压环d轴给定电压幅值为Um^*，q轴给定为0；

S3、当功率侧电压幅值超过直流源的幅值后，开启功率因素校正器，当母线电压和功率侧电压都稳定在给定值时，船舶轴带发电系统实现离网运行；

S4、若船舶轴带发电系统要并网运行，在所述步骤(3)之后，通过调节控制侧电流的频率来改变功率侧电压的频率，当功率侧电压的幅值、相角和频率都与船机电网一致后，闭合并网断路器，完成船舶轴带发电系统与船机电网并网。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，在所述步骤(4)之后，轴带发电系统通过调节电流环转矩的电流值来调节轴带发电系统的供电功率，实现轴带发电系统与船机电网配合供电。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，在所述步骤(4)之后，通过断开所述并网断路器，实现轴带发电系统单独供电。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，在所述步骤(1)中，所述无刷双馈电机采用功率侧电压定向，将控制侧电流分为励磁电流和转矩电流，待船舶柴油发动机运行至稳定状态后，在控制侧给定一个励磁电流，使功率侧感应出一个稳定的三相交流电压，为无刷双馈电机和系统控制柜散热风扇供电。