本發(fā)明涉及一種岸電電源系統(tǒng)，更為具體地講，涉及一種船舶岸電電源兩電平功率模塊調(diào)試方法。

背景技術(shù)：

船舶岸電電源采用電力電子技術(shù)靜止型逆變電源系統(tǒng)，將岸上不同于船舶用電頻率的供電轉(zhuǎn)換為船舶所需要的頻率供電。船舶岸電電源主要以常見(jiàn)的交直交電壓源型的變頻器為核心，通過(guò)整流器把某一頻率的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再用逆變器把直流電轉(zhuǎn)換成所需要頻率的交流電，經(jīng)過(guò)lcl濾波器后輸出良好的交流電壓波形，供船舶負(fù)載使用。船舶岸電電源系統(tǒng)示意圖如圖1。

船舶岸電電源分為功率變換電路和控制電路兩大部分。功率變換電路主要實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，逆變器選用igbt為開關(guān)元件，將平穩(wěn)直流逆變?yōu)閜wm輸出交流，該交流基波頻率為船舶負(fù)載所需頻率，船舶岸電電源系統(tǒng)主電路拓?fù)涫疽鈭D如圖2?？刂齐娐分饕鶕?jù)對(duì)主電路輸入和輸出量的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的控制和各種保護(hù)。通過(guò)對(duì)輸出三相電壓和電流的檢測(cè)，得到三相輸出電壓和電流值，然后與給定基準(zhǔn)信號(hào)比較，通過(guò)控制器產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)控制逆變器中的功率管動(dòng)作，使逆變器輸出電壓跟蹤基準(zhǔn)正弦波信號(hào)，從而得到期望的三相恒壓恒頻的交流電源。控制器采用雙閉環(huán)控制，可使逆變器具有較好的輸出電壓波形、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和穩(wěn)態(tài)調(diào)壓精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：研發(fā)階段，功率模塊調(diào)試帶有一定隨意性，可能漏測(cè)某些內(nèi)容，導(dǎo)致后期調(diào)試存在較大安全隱患，且各種可能性疊加，分析問(wèn)題非常困難。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：船舶岸電電源功率模塊調(diào)試方法，采用如下步驟。

步驟1：控制板模擬量測(cè)量。測(cè)量所有通道極性是否正確，測(cè)量模擬量通道幾檔精度。另外，為保證模擬量瞬時(shí)值保護(hù)能夠動(dòng)作，精度測(cè)量需測(cè)量至高于軟件模擬量瞬時(shí)值保護(hù)值。

步驟2：控制板開關(guān)量測(cè)量。對(duì)比人機(jī)界面的控制和顯示與實(shí)際開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出狀態(tài)，保證實(shí)際開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出邏輯與設(shè)計(jì)要求相符。驅(qū)動(dòng)板故障反饋對(duì)應(yīng)控制板專門的開關(guān)量輸入通道，該通道對(duì)延遲時(shí)間有嚴(yán)格要求。

步驟3：驅(qū)動(dòng)信號(hào)測(cè)量。待機(jī)狀態(tài)下，所有驅(qū)動(dòng)信號(hào)均應(yīng)輸出低電平，封鎖功率管。運(yùn)行狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)信號(hào)高低電平具體數(shù)值應(yīng)符合驅(qū)動(dòng)板說(shuō)明書，驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率符合控制板控制頻率，死區(qū)時(shí)間與軟件或硬件設(shè)置一致。待機(jī)狀態(tài)時(shí)，控制板上電、斷電過(guò)程中，所有驅(qū)動(dòng)信號(hào)均不得有上下橋臂短路脈沖輸出。

步驟4：控制板模擬量保護(hù)有效性和保護(hù)動(dòng)作時(shí)間測(cè)量。所有的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，均應(yīng)在功率管運(yùn)行狀態(tài)下測(cè)量。軟件模擬量瞬時(shí)值保護(hù)，測(cè)量結(jié)果應(yīng)與軟件保護(hù)邏輯匹配。軟件模擬量有效值或平均值保護(hù)主要測(cè)量保護(hù)能否正確動(dòng)作，對(duì)于保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的要求并不高，但測(cè)量結(jié)果應(yīng)與軟件保護(hù)邏輯匹配。模擬量硬件比較電路保護(hù)，硬件保護(hù)動(dòng)作值由硬件決定，硬件保護(hù)動(dòng)作時(shí)間由模擬量采樣延遲和硬件比較電路濾波參數(shù)決定，實(shí)測(cè)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)與理論計(jì)算一致且滿足設(shè)計(jì)要求。

步驟5：離網(wǎng)發(fā)電壓?？蛰d離網(wǎng)發(fā)電壓，主要考核功率管是否能正確動(dòng)作，逐步提高電容電壓至正常運(yùn)行電壓，濾波后的功率模塊交流輸出電壓波形均應(yīng)為穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，三相輸出電壓相序?yàn)檎?，幅值隨電容電壓等比例增加。帶載離網(wǎng)發(fā)電壓，主要考核功率模塊抗電磁干擾性能，逐步提高電容電壓至正常運(yùn)行電壓，濾波后的功率模塊交流輸出電壓波形均應(yīng)為穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，三相輸出電壓、電流相序?yàn)檎?，幅值隨電容電壓等比例增加。

步驟6：離網(wǎng)控電流。離網(wǎng)控電流試驗(yàn)是為了考核無(wú)差拍算法所實(shí)現(xiàn)的電流閉環(huán)控制，既考核算法也考核輸出電流采樣。逐步提高電容電壓至正常運(yùn)行電壓，在人機(jī)界面中設(shè)置不同的輸出電流，交流輸出電流波形均應(yīng)為穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，電流相序?yàn)檎?，幅值與人機(jī)界面中的設(shè)定值接近。

步驟7：并網(wǎng)。相對(duì)于離網(wǎng)控電流，并網(wǎng)時(shí)增加了鎖相算法、無(wú)差拍算法更改為含有電網(wǎng)電壓采樣的無(wú)差拍算法。安全起見(jiàn)，功率模塊先經(jīng)過(guò)調(diào)壓器并網(wǎng)，逐步提高調(diào)壓器輸出電壓至正常電網(wǎng)電壓，功率模塊通過(guò)控制有功電流輸入來(lái)控制直流電容電壓。經(jīng)調(diào)壓器并網(wǎng)成功后，可更換回正常連接電感，直接并網(wǎng)。并網(wǎng)成功后，發(fā)額定容量無(wú)功，考核各部分溫升情況。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：將船舶岸電電源功率模塊調(diào)試流程化，循序漸進(jìn)，每個(gè)步驟只增加一部分算法或硬件，降低調(diào)試難度，保證調(diào)試安全、可靠地順利進(jìn)行。

附圖說(shuō)明

圖1為船舶岸電電源系統(tǒng)示意圖。

圖2為船舶岸電電源系統(tǒng)主電路拓?fù)涫疽鈭D。

圖3為本發(fā)明方法流程圖。

圖4為離網(wǎng)調(diào)試電路示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

附圖的符號(hào)及標(biāo)號(hào)說(shuō)明：udc-直流支撐電容電壓；gs1～gs6-整流電路功率開關(guān)管；gl1～gl6-逆變電路功率開關(guān)管；ls1-整流電路lcl濾波器電網(wǎng)側(cè)電感；ls2-整流電路lcl濾波器整流電路側(cè)電感；cs-整流電路lcl濾波器濾波電容；rs-整流電路lcl濾波器阻尼電阻；ll1-逆變電路lcl濾波器逆變電路側(cè)電感；ll2-逆變電路lcl濾波器船舶側(cè)電感；cl-逆變電路lcl濾波器濾波電容；rl-逆變電路lcl濾波器阻尼電阻；qf-斷路器；l-電感負(fù)載。

方法流程圖如圖3所示，具體實(shí)施方式如下：

步驟1：控制板模擬量測(cè)量

極性測(cè)量

對(duì)于能夠測(cè)量直流的模擬量通道，可直接使用測(cè)試儀器發(fā)出直流信號(hào)進(jìn)行極性測(cè)量；對(duì)于僅能測(cè)量交流的模擬量通道，可使用測(cè)試儀器發(fā)出2個(gè)同相位的交流信號(hào)，交流模擬量通道和直流模擬量通道同時(shí)采樣，通過(guò)對(duì)比控制板交直流模擬量通道錄波波形進(jìn)行極性測(cè)量。

精度測(cè)量

測(cè)量模擬量通道120％額定值以下幾檔精度，如10％額定值、30％額定值、50％額定值、80％額定值、100％額定值、120％額定值。精度一般要求有效值或平均值＜1％，最大值和最小值＜2％。另外，考慮到軟件模擬量瞬時(shí)值保護(hù)一般高于額定值，為保證模擬量瞬時(shí)值保護(hù)能夠動(dòng)作，精度測(cè)量需測(cè)量至高于軟件模擬量瞬時(shí)值保護(hù)值，此時(shí)精度要求可適當(dāng)放寬。

步驟2：控制板開關(guān)量測(cè)量

常規(guī)開關(guān)量指除功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)外，驅(qū)動(dòng)繼電器、接觸器、指示燈等元件的開關(guān)量輸出和檢測(cè)按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、繼電器反饋觸點(diǎn)等有源或無(wú)源開關(guān)量輸入。

開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出邏輯測(cè)量

對(duì)比人機(jī)界面的控制和顯示與實(shí)際開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出狀態(tài)，保證實(shí)際開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出邏輯與設(shè)計(jì)要求相符。

開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出動(dòng)作延遲

對(duì)于常規(guī)開關(guān)量，動(dòng)作時(shí)間一般滿足要求，可以不進(jìn)行測(cè)量。

驅(qū)動(dòng)板除了生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)外，一般還自帶故障反饋功能，可檢測(cè)一次側(cè)電源欠壓、二次側(cè)電源欠壓、功率管直通等故障。驅(qū)動(dòng)板故障反饋對(duì)應(yīng)控制板專門的開關(guān)量輸入通道，該通道延遲時(shí)間一般應(yīng)在10us以內(nèi)。

步驟3：驅(qū)動(dòng)信號(hào)測(cè)量

待機(jī)狀態(tài)

待機(jī)狀態(tài)下，所有驅(qū)動(dòng)信號(hào)均應(yīng)輸出低電平，封鎖功率管，低電平具體數(shù)值應(yīng)符合驅(qū)動(dòng)板說(shuō)明書。

運(yùn)行狀態(tài)

運(yùn)行狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)信號(hào)高低電平具體數(shù)值應(yīng)符合驅(qū)動(dòng)板說(shuō)明書，驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率符合控制板控制頻率，死區(qū)時(shí)間與軟件或硬件設(shè)置一致。

軟件設(shè)置固定占空比，驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比應(yīng)與軟件設(shè)置一致。軟件設(shè)置正弦占空比，驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)濾波后應(yīng)為正弦波。

上電斷電過(guò)程

待機(jī)狀態(tài)時(shí)，控制板上電、斷電過(guò)程中，所有驅(qū)動(dòng)信號(hào)均不得有上下橋臂短路脈沖輸出，若要求嚴(yán)格，所有驅(qū)動(dòng)信號(hào)均應(yīng)為低電平。

實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，三橋臂拓?fù)溆?個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，四橋臂拓?fù)鋭t有8個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，測(cè)量很不方便?？芍粶y(cè)量一相，驅(qū)動(dòng)正常后，給直流電容充電，逐步升高電容電壓至正常運(yùn)行電壓，待機(jī)狀態(tài)時(shí)，上電、斷電控制板，關(guān)注電容電壓是否有突然下降。

若要進(jìn)行更為嚴(yán)苛的測(cè)試，可在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)上電、斷電控制板。

步驟4：控制板模擬量保護(hù)有效性和保護(hù)動(dòng)作時(shí)間測(cè)量

為保證精確測(cè)量動(dòng)作時(shí)間，應(yīng)首先測(cè)量實(shí)際的保護(hù)動(dòng)作值。

所有的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，均應(yīng)在功率管運(yùn)行狀態(tài)下測(cè)量。以軟件模擬量瞬時(shí)值保護(hù)為例，運(yùn)行狀態(tài)下，同時(shí)測(cè)量模擬量輸入和驅(qū)動(dòng)輸出，增大模擬量輸入直至保護(hù)動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)停止輸出，模擬量輸入達(dá)到保護(hù)動(dòng)作值的時(shí)間與驅(qū)動(dòng)停止輸出的時(shí)間之差即為保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。

軟件模擬量瞬時(shí)值保護(hù)

對(duì)于交流量，正負(fù)都要測(cè)1次。對(duì)于直流量，僅需要測(cè)量所需要的極性。測(cè)量結(jié)果應(yīng)與軟件保護(hù)邏輯匹配，若在定時(shí)中斷中實(shí)現(xiàn)模擬量瞬時(shí)值保護(hù)，采集到1個(gè)超過(guò)保護(hù)值的點(diǎn)則保護(hù)動(dòng)作，則最終測(cè)量到的軟件模擬量瞬時(shí)值保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于定時(shí)中斷的定時(shí)時(shí)間。

軟件模擬量有效值或平均值保護(hù)

軟件模擬量有效值或平均值保護(hù)主要測(cè)量保護(hù)能否正確動(dòng)作，對(duì)于保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的要求并不高，但測(cè)量結(jié)果應(yīng)與軟件保護(hù)邏輯匹配。

模擬量硬件比較電路保護(hù)

為實(shí)現(xiàn)保護(hù)的冗余，一般還設(shè)置有模擬量硬件比較電路保護(hù)。

硬件保護(hù)動(dòng)作值由硬件決定，實(shí)際的保護(hù)動(dòng)作值與理論計(jì)算保護(hù)動(dòng)作值應(yīng)偏差不大，硬件保護(hù)動(dòng)作時(shí)間由模擬量采樣延遲和硬件比較電路濾波參數(shù)決定，實(shí)測(cè)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)與理論計(jì)算一致且滿足設(shè)計(jì)要求。

步驟5：離網(wǎng)發(fā)電壓

試驗(yàn)電路如圖4，從節(jié)約電能角度考慮，負(fù)載選取為電感l(wèi)，充電電路負(fù)責(zé)提供電壓和有功損耗。斷路器qf斷開即為空載，斷路器qf閉合即帶電感負(fù)載l。

功率管占空比設(shè)置為固定值，如0.3，測(cè)量驅(qū)動(dòng)板輸出波形和功率模塊交流輸出電壓波形，兩者占空比均應(yīng)為0.3，若后者為0.7，則表明上下橋臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)反接。功率管占空比設(shè)置為三相正序正弦波，進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

空載離網(wǎng)發(fā)電壓

空載離網(wǎng)發(fā)電壓為了考核功率管是否能正確動(dòng)作。

逐步提高電容電壓至正常運(yùn)行電壓，濾波后的功率模塊交流輸出電壓波形均應(yīng)為穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，三相輸出電壓相序?yàn)檎?，幅值隨電容電壓等比例增加。

帶載離網(wǎng)發(fā)電壓

相對(duì)空載離網(wǎng)發(fā)電壓，帶載離網(wǎng)發(fā)電壓在控制上沒(méi)有任何區(qū)別，僅有輸出電流，此時(shí)電磁干擾比較嚴(yán)重，主要考核功率模塊抗電磁干擾性能，關(guān)注模擬量采樣和各項(xiàng)顯示是否正常。

逐步提高電容電壓至正常運(yùn)行電壓，濾波后的功率模塊交流輸出電壓波形均應(yīng)為穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，三相輸出電壓、電流相序?yàn)檎?，幅值隨電容電壓等比例增加。

步驟6：離網(wǎng)控電流

試驗(yàn)電路如圖4，閉合斷路器qf。離網(wǎng)控電流試驗(yàn)是為了考核無(wú)差拍算法所實(shí)現(xiàn)的電流閉環(huán)控制，既考核算法也考核輸出電流采樣。

帶載離網(wǎng)發(fā)電壓是直接給定功率管占空比，輸出電流幅值由占空比和電容電壓決定。離網(wǎng)控電流則是利用無(wú)差拍算法自動(dòng)計(jì)算出功率管占空比以實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)控制，輸出電流幅值直接由人機(jī)界面控制，與電容電壓幾乎無(wú)關(guān)。將標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)差拍公式中電網(wǎng)電壓置0，即為離網(wǎng)控電流時(shí)的無(wú)差拍算法。

逐步提高電容電壓至正常運(yùn)行電壓，在人機(jī)界面中設(shè)置不同的輸出電流，交流輸出電流波形均應(yīng)為穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，電流相序?yàn)檎?，幅值與人機(jī)界面中的設(shè)定值接近。

步驟7：并網(wǎng)

相對(duì)于離網(wǎng)控電流，并網(wǎng)時(shí)增加了鎖相算法、無(wú)差拍算法更改為含有電網(wǎng)電壓采樣的無(wú)差拍算法。

經(jīng)調(diào)壓器并網(wǎng)

安全起見(jiàn)，功率模塊先經(jīng)過(guò)調(diào)壓器并網(wǎng)，例如電網(wǎng)電壓380v，調(diào)壓器降壓至20v后再連接至功率模塊。

無(wú)差拍算法中，認(rèn)為電網(wǎng)電壓為理想電壓即忽略電網(wǎng)阻抗，直接并網(wǎng)時(shí)，電網(wǎng)阻抗較小，對(duì)無(wú)差拍算法影響不大，可正常運(yùn)行。經(jīng)調(diào)壓器并網(wǎng)時(shí)，相當(dāng)于電網(wǎng)阻抗增大，可能導(dǎo)致無(wú)差拍算法失效，此時(shí)，可適當(dāng)增加功率模塊連接電感感值。

逐步提高調(diào)壓器輸出電壓至正常電網(wǎng)電壓，功率模塊通過(guò)控制有功電流輸入來(lái)控制直流電容電壓。

直接并網(wǎng)

經(jīng)調(diào)壓器并網(wǎng)成功后，可換回正常連接電感，直接并網(wǎng)。并網(wǎng)成功后，發(fā)額定容量無(wú)功，考核各部分溫升情況。