[發明專利]基于虛擬同步發電機技術的船舶岸電電源控制系統

有效

• 申請號: 201811293176.5
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109301843B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 賴單宏;黎洪光;陳文煒;鄭欣;彭靈利;王勁鋒;張新民;梁立峰;唐成;林亞培;李英鋒;劉曉陽;于博文;黃文燾;吳攀
• 申請（專利權）人: 廣州供電局有限公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種基于虛擬同步發電機技術的船舶岸電電源控制系統，包括：依次相連的能量管理層、VSG控制層和電壓電流控制層，其中：能量管理層接收中央管理器的功率指令對全系統進行調節，VSG控制層通過接收中央控制器發來的有功功率及無功功率設定參考值P_ref和Q_ref，計算形成機端參考電壓幅值E及相位角δ，并經過三相正弦發生器最終得到三相電壓幅值參考值U^*指令，電壓電流控制層跟蹤VSG控制層并采樣岸電電源輸出情況反饋以改善控制性能。本發明能夠平抑電源切換與船舶負荷波動對岸電電源的沖擊，且可調度性良好，使岸電電源成為適應能力強的電網友好型電源，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及的是一種電網智能控制領域的技術，具體是一種基于虛擬同步發電機技術的船舶岸電電源控制系統。

背景技術

現今國外船舶電網頻率大多為60Hz而我國港口電網頻率為50Hz，因此需要研究適合我國電制的岸電變頻技術，將我國港口電網交流電變換成適合于外國船舶60Hz交流電，同時實現50Hz/60Hz雙頻供電。采用傳統逆變控制方式的變頻岸電電源，因其輸出特性和調節操作與傳統柴油發電機組的差異，并入船舶電網時將帶來沖擊。因此，為使電力電子逆變式岸電電源在功能上模擬發電機外特性，降低岸電電源并入船舶電網時對船舶電網的沖擊，同時有效實現負荷的轉移，逆變環節控制策略一般采用下垂控制策略。下垂控制雖然在離網運行時能取得良好的效果，但當船舶負載并網至岸電電源時，則可能會對岸電電源系統，尤其是對變頻器產生不良沖擊；此外，船舶上的電機負載、大型泵組在啟停時，會對船舶電網造成沖擊，由于下垂控制的岸電電源慣性較小，該類負荷突變容易引起電網振蕩。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種基于虛擬同步發電機技術的船舶岸電電源控制系統，通過虛擬慣量常數的引入，使得岸電電源具有與柴油發電機相似的電氣和機械外特性，即電源輸出擁有較大慣性，在電網波動時仍能輸出較為穩定的電壓及頻率，以達到更好的供電效果。該方法解決固定、高慣量常數帶來的響應遲緩、動態響應性能差等問題，根據頻率偏差幅度協調平衡穩定性與動態特性間的矛盾。考慮到無功調節特性，控制加入延時模塊以更好模擬實際同步發電機電壓變化過程。在此控制策略下的岸電電源能夠平抑電源切換與船舶負荷波動對岸電電源的沖擊，且可調度性良好，使岸電電源成為適應能力強的電網友好型電源，具有廣泛的應用前景。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：依次相連的能量管理層、VSG控制層和電壓電流控制層，其中：能量管理層接收中央管理器的功率指令對全系統進行調節，VSG控制層通過接收中央控制器發來的有功功率及無功功率設定參考值P_ref和Q_ref，計算形成機端參考電壓幅值E及相位角δ，并經過三相正弦發生器最終得到三相電壓幅值參考值U^*指令，電壓電流控制層跟蹤VSG控制層并采樣岸電電源輸出情況反饋以改善控制性能。

所述的VSG控制層包括有功-頻率模塊、無功-電壓控制模塊和三相發生器模塊以實現對電壓、功率、頻率的控制。

技術效果

與現有技術相比，本發明通過層間劃分可以使控制更加高效。虛擬同步發電機控制算法層中采用虛擬的慣量常數來模擬同步發電機中的轉動慣量，控制轉子運動所存儲的動能，增加岸電電源慣量的調節尺度。該控制方法為岸電電源帶來高慣性，使得虛擬同步發電機輸出不會有較大的突變，在電網波動時仍能輸出較為穩定的電壓及頻率，具備良好的控制效果。該控制方法能夠縮短岸電電源在遭遇沖擊后的震蕩時間，降低震蕩幅度，平抑擾動對岸電電源逆變器的沖擊，使得岸電電源得以穩定輸出，成為適應能力強的電網友好型電源。

附圖說明

圖1為岸電電源變頻系統模型示意圖；

圖2為岸電電源變頻器電路原理圖；