CN106972543A - 智能岸电无缝并网装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能岸电无缝并网装置，其包括码头用部件和船用部件；码头用部件包括中央处理器，中央处理器上连接有第一信号采集集成模块、操作及显示部件、第一断路器、第一信号电缆接口和第一控制电缆接口，第一信号采集集成模块上连接有功率方向检测和保护装置、第一电压检测传感器、第一功率检测传感器和第一频率检测传感器；船用部件包括第二信号采集集成模块，第二信号采集集成模块上连接有第二断路器、第二电压检测传感器、第二功率检测传感器、第二频率检测传感器、第二信号电缆接口和第二控制电缆接口。本发明的装置可以可实现岸电系统的通用化，使得并网过程无需断电，具有较高的可靠性和稳定性，操作简捷。
Description
技术领域
本发明涉及船舶电力系统和岸电系统，特别涉及一种智能岸电无缝并网装置。
背景技术
船舶岸电是指船舶在靠泊期间停止使用船上的发电机，船上通风、照明、制冷等其他设施运转都改由码头供电，从而减少船舶废气排放的供电方式。岸电系统主要由港区变电所、岸上电源装置、岸电接收装置和电缆连接设备等组成。现有船舶岸电技术存在如下问题：
1、岸电电压和频率多重化。
在我国交通运输部发布的行业标准《港口船舶岸基供电系统技术条件》中就明确定义了6.6kV高压上船和400/450V低压上船两种电压标准，造成我国港口配备的岸电系统需要考虑三种电压。
另外基于各国电网电压频率不同，低压船用柴油发电机组通常为400V/50Hz、450V/60Hz两大类产品。我国港口电网的电制为10kV/50Hz、6kV/50Hz和380V/50Hz，所以我国港口和船舶必须考虑电压、频率的转换问题。
2、供电制式不兼容。
港口码头通常采用三相四线加保护线的接零保护系统(即TN系统)，与船舶的中性点不接地或经高阻接地系统(即IT系统)制式不兼容。接零保护系统(即TN系统)与中性点不接地或经高阻接地系统(即IT系统)的关键区别在对于发生单相接地故障所采用的防护措施不同。
在发生单相接地故障时接零保护系统(即TN系统)采用在中性线(N线)中串接漏电流传感器，反映三相电流矢量叠加不为零，从而触发机械或电子元件来使断路器跳闸，中断电源保障人身安全。而中性点不接地或经高阻接地系统(即IT系统)通常不输出中性线(N线)，在发生单相接地故障时其接地电流很小(电流一般小于10A)，不会造成人身伤亡事故，行业中采用绝缘监测报警装置提示检修故障，避免发生相间短路事故。采用岸电接零保护系统(即TN系统)直接向船舶的中性点不接地或经高阻接地系统(即IT系统)供电时，虽然N线不上船，但船舶外壳与海水、大地相连，船舶岸电相当于采用了保护接地系统(即TT系统)。一旦发生单相接地故障，其开关会立刻保护跳闸，船舶供电立即中断，无法满足船舶用电连续性的要求，其供电的可靠性大大降低，对于大型重要港区、军用港口基地则会产生巨大的经济损失和政治影响。由于采用了接零保护系统(即TN系统)直接向船舶供电，岸上到船舶的供电电缆会产生微小的泄漏电流，长时间运行会对码头上的钢筋产生腐蚀，从而降低码头钢筋的使用寿命，对于水下作业人员以及维修人员则会带来生命危险；若专门为港口码头的靠岸船舶设计一套中性点不接地或经高阻接地系统(即IT系统)电源，则投资成本加大，因中性点不接地或经高阻接地系统(即IT系统)电源制式不能方便经济地输出220V电压供给单相设备使用，船舶不靠岸时不使用，很不经济，且由于船舶靠岸时间较少，设备长时间是处于闲置状态，港口码头的环境又较为恶劣(潮湿、盐雾等)，元器件容易老化，使用寿命较短。因此，港口码头急需接零保护系统(即TN系统)与中性点不接地或经高阻接地系统(即IT系统)供电制式相兼容的电力系统模式。
3、岸电接入并网方案无法通用。
我国的各个码头根据自身情况有的配备了6.6kV 50/60Hz的高压变频电源，有的配备了450V/60Hz低压变频电源，有的只配有380V/50Hz的岸电，所以船舶在停靠不同港口时可能需要连接不同的岸电电源。通常船上两台发电机组之间进行负载转移时可以通过调节两台发电机组的转速实现快速的转移，然而当岸电与船上发电机组进行负载的转移时又有所不同。目前我国对于船舶岸电与船上发电机组之间不断电转移没有专门的标准，造成了许多船舶加装岸电装置时无所适从，许多船员不知道如何使用，为岸电的推广带来了障碍。
船舶靠港时，船舶需要由船舶发电机组供电转换到岸电供电，当离开港口时由岸电供电转换到发电机组供电，如果采用断电切换的话船上要经历短时间的断电，同时船上的很多设备如照明设施、导航设备、辅助设备都需要手动重新起动，因此很多情况下需要不断电进行岸电与发电机组之间的切换(即“断电再供电”方式)，造成操作步骤繁琐复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种智能岸电无缝并网装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种智能岸电无缝并网装置，其包括码头用部件和船用部件；码头用部件包括中央处理器，中央处理器上连接有第一信号采集集成模块、操作及显示部件、第一断路器、第一信号电缆接口和第一控制电缆接口，第一信号采集集成模块上连接有功率方向检测和保护装置、第一电压检测传感器、第一功率检测传感器和第一频率检测传感器；船用部件包括第二信号采集集成模块，第二信号采集集成模块上连接有第二断路器、第二电压检测传感器、第二功率检测传感器、第二频率检测传感器、第二信号电缆接口和第二控制电缆接口；中央处理器和第二信号采集集成模块之间通过通信电缆连接。
较佳地，第一信号采集集成模块上还连接有第一无线信号收发器；第二信号采集集成模块上还连接有用于与第一无线信号收发器进行通信的第二无线信号收发器。通过无线通讯方式，实现信号的传递，具有方便、快捷的优点。
较佳地，中央处理器为信号处理器。信号处理器具有良好的信号能力。
较佳地，信号处理器为嵌入式信号处理器。嵌入式信号处理器可以在保证处理器功能不变的情况下，实现制造成本低、运行能耗少，既降低了装置的生产成本，又降低装置的运行成本。
较佳地，中央处理器为可编程逻辑控制器。可编程逻辑控制器具有良好的逻辑运算、信号处理能力。
较佳地，操作及显示部件为触摸屏。触摸屏上可以将电压、功率、频率等信息显示出，操作人员可以在触摸屏上进行操作，发出相关指令。触摸屏具有方便、快捷的优点。
较佳地，通信电缆为光纤电缆。使用光纤电缆，既可以实现通信信号的快速传递，又能降低信号的在传递过程的损耗，这样，既提高了本装置的运行速度，又提高了本装置运行的准确率。
本发明的积极进步效果在于：
1、“智能岸电无缝并网装置”采用冗余设计，使设备具备多种电制下的自适应并网功能，根本上解决了岸电取代船舶辅机供电时需“断电再供电”的问题，使岸电系统能主动适用所有岸电设备制造商、港口及电制船舶，船舶只需有受电接口，仅需对船舶电网系统进行微小改造即可实现岸电系统的通用化。
2、通过便捷的一键式自动并、脱网操作设计，几秒内可完成并、脱网，提高了并网效率和可靠性。系统采用模块化设计以便于扩容及维护检修，有较高的可靠性和稳定性，操作简捷。
3、具有高效可靠的故障应急处理能力。系统设计方案系供电优先理念，即使单组功率单元发生故障，岸电系统独有的应急处理功能可以确保船舶电力供应，而不会引发船舶电网故障。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
如图1所示，一种智能岸电无缝并网装置，其包括码头用部件100和船用部件200。码头用部件100与码头变频电源400连接，船用部件200与船舶配电板500连接，船舶配电板500连接有船舶发电机501。
码头用部件100包括中央处理器，中央处理器可以采用信号处理器或者可编程逻辑控制器。信号处理器或者可编程逻辑控制器均为现有常用部件，在此就不再赘述。本实施例中，中央处理器为信号处理器，具体地，为嵌入式信号处理器101。嵌入式信号处理器101上连接有第一信号采集集成模块102、触摸屏103、第一断路器104、第一信号电缆接口105和第一控制电缆接口106，第一信号采集集成模块102上连接有功率方向检测和保护装置107、第一电压检测传感器108、第一功率检测传感器109和第一频率检测传感器110。
每个第一电压检测传感器均有三路接口，每个第一功率检测传感器均有三路接口，每个第一频率检测传感器均有三路接口。第一电压检测传感器的三路接口、第一功率检测传感器的三路接口以及第一频率检测传感器的三路接口均与码头变频电源连接。第一电压检测传感器、第一功率检测传感器、第一频率检测传感器分别用于检测码头变频电源的电压、功率和频率。
嵌入式信号处理器用于与触摸屏通讯、信号处理，触摸屏用于码头变频电源、船舶发电机以及岸电设备的状态监测和发出指令。触摸屏用于码头变频电源和船舶发电机状态显示、岸电设备的状态显示、船电转岸电和岸电转船电指令发出和状态反馈；第一信号采集集成模块用于信号采集和指令输出执行。
功率方向监测和保护装置与码头变频电源连接，用于监测码头变频电源的功率方向和大小，当码头变频电源发生一定比例的逆功率时，发出保护信号，对码头变频电源进行保护。
码头变频电源通过控制电缆与第一控制电缆接口连接，通过信号电缆与第一信号电缆接口连接；控制电缆传输嵌入式信号处理器发出的指令，信号电缆将反馈信息传回嵌入式信号处理器。
船用部件200包括第二信号采集集成模块201，第二信号采集集成模块201上连接有第二断路器202、第二电压检测传感器203、第二功率检测传感器204、第二频率检测传感器205、第二信号电缆接口206和第二控制电缆接口207。
每个第二电压检测传感器均有三路接口，每个第二功率检测传感器均有三路接口，每个第二频率检测传感器均有三路接口。第二电压检测传感器的三路接口、第二功率检测传感器的三路接口以及第二频率检测传感器的三路接口均与船舶配电板连接。
第二电压检测传感器、第二功率检测传感器和第二频率检测传感器分别用于检测船舶发电机的电压、功率和频率，检测后得到的信号发送到第二信号采集集成模块。第二信号采集集成模块用于信号采集和指令输出执行，对船舶发电机状态进行采集并对其进行控制。
船舶配电板通过控制电缆与第二控制电缆接口连接，通过信号电缆与第二信号电缆接口连接；控制电缆传输第二信号采集集成模块发出的指令，信号电缆将反馈信息传回第二信号采集集成模块。
嵌入式信号处理器101和第二信号采集集成模块201之间通过光纤电缆300连接。第一信号采集集成模块102上还连接有第一无线信号收发器111；第二信号采集集成模块201上还连接有用于与第一无线信号收发器进行通信的第二无线信号收发器208。通过光纤电缆可以实现码头用部件与船用部件之间的信号传递。通过的信号传递，也可以实现码头用部件与船用部件之间的信号传递。
岸电系统调试时第一无线信号收发器和第二无线信号收发器之间可以进行信号的传输；当嵌入式信号处理器与第二信号采集集成模块之间不连接光纤电缆时也可以实现岸电并网操作。
当船舶靠港时，本发明的智能岸电无缝并网装置实际运行的机理如下：
1、船舶靠港后，船用部件的第二无线信号收发器与码头用部件的第一无线信号收发器进行通讯，向码头岸电系统提供船舶负载信息如负载的类型、功率、故障信息、电气参数等，同时接收码头泊位信息如空闲程度、泊位岸电接口方向等，双方通讯完成岸电使用请求和答复确认，确定是否可以使用岸电。如果不通过第二无线信号收发器与第一无线信号收发器进行通讯，也可以通过电话或其他方式确认是否可以使用岸电。
2、在连接岸电前船舶保持由船舶发电机供电的状态，码头变频电源准备完毕，第二断路器处于打开状态，第一断路器处于闭合状态。本发明的智能岸电无缝并网装置始终检测岸电系统各个设备的状态和连接设备状态，当检测到船舶与岸电的光纤电缆连接完毕并且各个设备准备就绪后，触摸屏上显示岸电系统准备就绪灯亮，同时发送准备就绪信号给船舶配电板。
3、看到岸电系统准备就绪灯亮后，操作人员可以通过触摸屏发出船电转岸电指令，此时第一信号采集集成模块和第二信号采集集成模块实时采集的码头变频电源和船舶发电机的电压、功率和频率信号均送至嵌入式信号处理器进行处理，同时按照预定的参数设定和控制逻辑，向码头变频电源发出控制信号并向船舶发电机发出控制信号。
4、嵌入式信号处理器不断向码头变频电源发出控制信号和向船舶发电机发出控制信号，同时实时通过第一信号采集模块和第二信号采集模块检测其状态信号。当船舶发电机与码头变频电源的电压、频率、功率满足船电转岸电设定限制时，向第二断路器发出合闸指令，然后向船舶配电板发出发电机分闸指令。此时，船舶由码头变频电源供电，完成岸电并网和转换。整个过程码头变频电源和船舶发电机的电压、频率、功率信息均在触摸屏上显示。当并网和转换完成，触摸屏上显示完成状态，同时把状态信号发送给船舶配电板。
当船舶离港时，本发明的智能岸电无缝并网装置实际运行的机理如下：
1、船舶离港时，操作人员可以通过触摸屏发出岸电转船电指令，同时通过第二信号采集集成模块向船舶配电板发送船舶发电机启动指令，此时第一信号采集集成模块和第二信号采集集成模块实时采集的码头变频电源和船舶发电机的电压、功率和频率信号均送至嵌入式信号处理器进行处理，同时按照预定的参数设定和控制逻辑，向码头变频电源发出控制信号和向船舶发电机发出控制信号。
2、嵌入式信号处理器不断向码头变频电源发出控制信号和向船舶发电机发出控制信号，同时实时通过第一信号采集模块和第二信号采集模块检测其状态信号。当船舶发电机与码头变频电源的电压、频率、功率满足岸电转船电设定限制时，向船舶发电机发出合闸指令，向第二断路器发出分闸指令。此时，船舶由码头变频电源供电转换由船舶发电机供电完成。整个过程码头变频电源和船舶发电机的电压、频率、功率信息均在触摸屏上显示，当并网和转换完成，触摸屏上显示岸电转船电完成状态，同时把状态信号发送给船舶配电板。
使用本发明的装置，船舶以后使用岸电时只需要选择岸电的类型就可以实现功率在岸电与船舶发电机组之间进行无缝转移。
本发明具有如下优点：
1、“智能岸电无缝并网装置”采用冗余设计，使设备具备多种电制下的自适应并网功能，根本上解决了岸电取代船舶辅机供电时需“断电再供电”的问题，使岸电系统能主动适用所有岸电设备制造商、港口及电制船舶，船舶只需有受电接口，仅需对船舶电网系统进行微小改造即可实现岸电系统的通用化。
2、通过便捷的一键式自动并、脱网操作设计，几秒内可完成并、脱网，提高了并网效率和可靠性。系统采用模块化设计以便于扩容及维护检修，有较高的可靠性和稳定性，操作简捷。
3、具有高效可靠的故障应急处理能力。系统设计方案系供电优先理念，即使单组功率单元发生故障，岸电系统独有的应急处理功能可以确保船舶电力供应，而不会引发船舶电网故障。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种智能岸电无缝并网装置，其特征在于，其包括码头用部件和船用部件；码头用部件包括中央处理器，中央处理器上连接有第一信号采集集成模块、操作及显示部件、第一断路器、第一信号电缆接口和第一控制电缆接口，第一信号采集集成模块上连接有功率方向检测和保护装置、第一电压检测传感器、第一功率检测传感器和第一频率检测传感器；船用部件包括第二信号采集集成模块，第二信号采集集成模块上连接有第二断路器、第二电压检测传感器、第二功率检测传感器、第二频率检测传感器、第二信号电缆接口和第二控制电缆接口；中央处理器和第二信号采集集成模块之间通过通信电缆连接。
2.如权利要求1所述的智能岸电无缝并网装置，其特征在于，第一信号采集集成模块上还连接有第一无线信号收发器；第二信号采集集成模块上还连接有用于与第一无线信号收发器进行通信的第二无线信号收发器。
3.如权利要求1所述的智能岸电无缝并网装置，其特征在于，中央处理器为信号处理器。
4.如权利要求3所述的智能岸电无缝并网装置，其特征在于，信号处理器为嵌入式信号处理器。
5.如权利要求1所述的智能岸电无缝并网装置，其特征在于，中央处理器为可编程逻辑控制器。
6.如权利要求1所述的智能岸电无缝并网装置，其特征在于，操作及显示部件为触摸屏。
7.如权利要求1所述的智能岸电无缝并网装置，其特征在于，通信电缆为光纤电缆。
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