本發(fā)明涉及船舶電力系統(tǒng)和岸電系統(tǒng)，特別涉及一種智能岸電無縫并網裝置。
背景技術：
船舶岸電是指船舶在靠泊期間停止使用船上的發(fā)電機，船上通風、照明、制冷等其他設施運轉都改由碼頭供電，從而減少船舶廢氣排放的供電方式。岸電系統(tǒng)主要由港區(qū)變電所、岸上電源裝置、岸電接收裝置和電纜連接設備等組成?，F(xiàn)有船舶岸電技術存在如下問題：
1、岸電電壓和頻率多重化。
在我國交通運輸部發(fā)布的行業(yè)標準《港口船舶岸基供電系統(tǒng)技術條件》中就明確定義了6.6kv高壓上船和400/450v低壓上船兩種電壓標準，造成我國港口配備的岸電系統(tǒng)需要考慮三種電壓。
另外基于各國電網電壓頻率不同，低壓船用柴油發(fā)電機組通常為400v/50hz、450v/60hz兩大類產品。我國港口電網的電制為10kv/50hz、6kv/50hz和380v/50hz，所以我國港口和船舶必須考慮電壓、頻率的轉換問題。
2、供電制式不兼容。
港口碼頭通常采用三相四線加保護線的接零保護系統(tǒng)(即tn系統(tǒng))，與船舶的中性點不接地或經高阻接地系統(tǒng)(即it系統(tǒng))制式不兼容。接零保護系統(tǒng)(即tn系統(tǒng))與中性點不接地或經高阻接地系統(tǒng)(即it系統(tǒng))的關鍵區(qū)別在對于發(fā)生單相接地故障所采用的防護措施不同。
在發(fā)生單相接地故障時接零保護系統(tǒng)(即tn系統(tǒng))采用在中性線(n線)中串接漏電流傳感器，反映三相電流矢量疊加不為零，從而觸發(fā)機械或電子元件來使斷路器跳閘，中斷電源保障人身安全。而中性點不接地或經高阻接地系統(tǒng)(即it系統(tǒng))通常不輸出中性線(n線)，在發(fā)生單相接地故障時其接地電流很小(電流一般小于10a)，不會造成人身傷亡事故，行業(yè)中采用絕緣監(jiān)測報警裝置提示檢修故障，避免發(fā)生相間短路事故。采用岸電接零保護系統(tǒng)(即tn系統(tǒng))直接向船舶的中性點不接地或經高阻接地系統(tǒng)(即it系統(tǒng))供電時，雖然n線不上船，但船舶外殼與海水、大地相連，船舶岸電相當于采用了保護接地系統(tǒng)(即tt系統(tǒng))。一旦發(fā)生單相接地故障，其開關會立刻保護跳閘，船舶供電立即中斷，無法滿足船舶用電連續(xù)性的要求，其供電的可靠性大大降低，對于大型重要港區(qū)、軍用港口基地則會產生巨大的經濟損失和政治影響。由于采用了接零保護系統(tǒng)(即tn系統(tǒng))直接向船舶供電，岸上到船舶的供電電纜會產生微小的泄漏電流，長時間運行會對碼頭上的鋼筋產生腐蝕，從而降低碼頭鋼筋的使用壽命，對于水下作業(yè)人員以及維修人員則會帶來生命危險；若專門為港口碼頭的靠岸船舶設計一套中性點不接地或經高阻接地系統(tǒng)(即it系統(tǒng))電源，則投資成本加大，因中性點不接地或經高阻接地系統(tǒng)(即it系統(tǒng))電源制式不能方便經濟地輸出220v電壓供給單相設備使用，船舶不靠岸時不使用，很不經濟，且由于船舶靠岸時間較少，設備長時間是處于閑置狀態(tài)，港口碼頭的環(huán)境又較為惡劣(潮濕、鹽霧等)，元器件容易老化，使用壽命較短。因此，港口碼頭急需接零保護系統(tǒng)(即tn系統(tǒng))與中性點不接地或經高阻接地系統(tǒng)(即it系統(tǒng))供電制式相兼容的電力系統(tǒng)模式。
3、岸電接入并網方案無法通用。
我國的各個碼頭根據自身情況有的配備了6.6kv50/60hz的高壓變頻電源，有的配備了450v/60hz低壓變頻電源，有的只配有380v/50hz的岸電，所以船舶在?？坎煌劭跁r可能需要連接不同的岸電電源。通常船上兩臺發(fā)電機組之間進行負載轉移時可以通過調節(jié)兩臺發(fā)電機組的轉速實現(xiàn)快速的轉移，然而當岸電與船上發(fā)電機組進行負載的轉移時又有所不同。目前我國對于船舶岸電與船上發(fā)電機組之間不斷電轉移沒有專門的標準，造成了許多船舶加裝岸電裝置時無所適從，許多船員不知道如何使用，為岸電的推廣帶來了障礙。
船舶靠港時，船舶需要由船舶發(fā)電機組供電轉換到岸電供電，當離開港口時由岸電供電轉換到發(fā)電機組供電，如果采用斷電切換的話船上要經歷短時間的斷電，同時船上的很多設備如照明設施、導航設備、輔助設備都需要手動重新起動，因此很多情況下需要不斷電進行岸電與發(fā)電機組之間的切換(即“斷電再供電”方式)，造成操作步驟繁瑣復雜。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術問題是為了克服現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提供一種智能岸電無縫并網裝置。
本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：
一種智能岸電無縫并網裝置，其包括碼頭用部件和船用部件；碼頭用部件包括中央處理器，中央處理器上連接有第一信號采集集成模塊、操作及顯示部件、第一斷路器、第一信號電纜接口和第一控制電纜接口，第一信號采集集成模塊上連接有功率方向檢測和保護裝置、第一電壓檢測傳感器、第一功率檢測傳感器和第一頻率檢測傳感器；船用部件包括第二信號采集集成模塊，第二信號采集集成模塊上連接有第二斷路器、第二電壓檢測傳感器、第二功率檢測傳感器、第二頻率檢測傳感器、第二信號電纜接口和第二控制電纜接口；中央處理器和第二信號采集集成模塊之間通過通信電纜連接。
較佳地，第一信號采集集成模塊上還連接有第一無線信號收發(fā)器；第二信號采集集成模塊上還連接有用于與第一無線信號收發(fā)器進行通信的第二無線信號收發(fā)器。通過無線通訊方式，實現(xiàn)信號的傳遞，具有方便、快捷的優(yōu)點。
較佳地，中央處理器為信號處理器。信號處理器具有良好的信號能力。
較佳地，信號處理器為嵌入式信號處理器。嵌入式信號處理器可以在保證處理器功能不變的情況下，實現(xiàn)制造成本低、運行能耗少，既降低了裝置的生產成本，又降低裝置的運行成本。
較佳地，中央處理器為可編程邏輯控制器。可編程邏輯控制器具有良好的邏輯運算、信號處理能力。
較佳地，操作及顯示部件為觸摸屏。觸摸屏上可以將電壓、功率、頻率等信息顯示出，操作人員可以在觸摸屏上進行操作，發(fā)出相關指令。觸摸屏具有方便、快捷的優(yōu)點。
較佳地，通信電纜為光纖電纜。使用光纖電纜，既可以實現(xiàn)通信信號的快速傳遞，又能降低信號的在傳遞過程的損耗，這樣，既提高了本裝置的運行速度，又提高了本裝置運行的準確率。
本發(fā)明的積極進步效果在于：
1、“智能岸電無縫并網裝置”采用冗余設計，使設備具備多種電制下的自適應并網功能，根本上解決了岸電取代船舶輔機供電時需“斷電再供電”的問題，使岸電系統(tǒng)能主動適用所有岸電設備制造商、港口及電制船舶，船舶只需有受電接口，僅需對船舶電網系統(tǒng)進行微小改造即可實現(xiàn)岸電系統(tǒng)的通用化。
2、通過便捷的一鍵式自動并、脫網操作設計，幾秒內可完成并、脫網，提高了并網效率和可靠性。系統(tǒng)采用模塊化設計以便于擴容及維護檢修，有較高的可靠性和穩(wěn)定性，操作簡捷。
3、具有高效可靠的故障應急處理能力。系統(tǒng)設計方案系供電優(yōu)先理念，即使單組功率單元發(fā)生故障，岸電系統(tǒng)獨有的應急處理功能可以確保船舶電力供應，而不會引發(fā)船舶電網故障。
附圖說明
圖1為本發(fā)明較佳實施例的結構示意圖。
具體實施方式
下面舉個較佳實施例，并結合附圖來更清楚完整地說明本發(fā)明。
如圖1所示，一種智能岸電無縫并網裝置，其包括碼頭用部件100和船用部件200。碼頭用部件100與碼頭變頻電源400連接，船用部件200與船舶配電板500連接，船舶配電板500連接有船舶發(fā)電機501。
碼頭用部件100包括中央處理器，中央處理器可以采用信號處理器或者可編程邏輯控制器。信號處理器或者可編程邏輯控制器均為現(xiàn)有常用部件，在此就不再贅述。本實施例中，中央處理器為信號處理器，具體地，為嵌入式信號處理器101。嵌入式信號處理器101上連接有第一信號采集集成模塊102、觸摸屏103、第一斷路器104、第一信號電纜接口105和第一控制電纜接口106，第一信號采集集成模塊102上連接有功率方向檢測和保護裝置107、第一電壓檢測傳感器108、第一功率檢測傳感器109和第一頻率檢測傳感器110。
每個第一電壓檢測傳感器均有三路接口，每個第一功率檢測傳感器均有三路接口，每個第一頻率檢測傳感器均有三路接口。第一電壓檢測傳感器的三路接口、第一功率檢測傳感器的三路接口以及第一頻率檢測傳感器的三路接口均與碼頭變頻電源連接。第一電壓檢測傳感器、第一功率檢測傳感器、第一頻率檢測傳感器分別用于檢測碼頭變頻電源的電壓、功率和頻率。
嵌入式信號處理器用于與觸摸屏通訊、信號處理，觸摸屏用于碼頭變頻電源、船舶發(fā)電機以及岸電設備的狀態(tài)監(jiān)測和發(fā)出指令。觸摸屏用于碼頭變頻電源和船舶發(fā)電機狀態(tài)顯示、岸電設備的狀態(tài)顯示、船電轉岸電和岸電轉船電指令發(fā)出和狀態(tài)反饋；第一信號采集集成模塊用于信號采集和指令輸出執(zhí)行。
功率方向監(jiān)測和保護裝置與碼頭變頻電源連接，用于監(jiān)測碼頭變頻電源的功率方向和大小，當碼頭變頻電源發(fā)生一定比例的逆功率時，發(fā)出保護信號，對碼頭變頻電源進行保護。
碼頭變頻電源通過控制電纜與第一控制電纜接口連接，通過信號電纜與第一信號電纜接口連接；控制電纜傳輸嵌入式信號處理器發(fā)出的指令，信號電纜將反饋信息傳回嵌入式信號處理器。
船用部件200包括第二信號采集集成模塊201，第二信號采集集成模塊201上連接有第二斷路器202、第二電壓檢測傳感器203、第二功率檢測傳感器204、第二頻率檢測傳感器205、第二信號電纜接口206和第二控制電纜接口207。
每個第二電壓檢測傳感器均有三路接口，每個第二功率檢測傳感器均有三路接口，每個第二頻率檢測傳感器均有三路接口。第二電壓檢測傳感器的三路接口、第二功率檢測傳感器的三路接口以及第二頻率檢測傳感器的三路接口均與船舶配電板連接。
第二電壓檢測傳感器、第二功率檢測傳感器和第二頻率檢測傳感器分別用于檢測船舶發(fā)電機的電壓、功率和頻率，檢測后得到的信號發(fā)送到第二信號采集集成模塊。第二信號采集集成模塊用于信號采集和指令輸出執(zhí)行，對船舶發(fā)電機狀態(tài)進行采集并對其進行控制。
船舶配電板通過控制電纜與第二控制電纜接口連接，通過信號電纜與第二信號電纜接口連接；控制電纜傳輸?shù)诙盘柌杉赡K發(fā)出的指令，信號電纜將反饋信息傳回第二信號采集集成模塊。
嵌入式信號處理器101和第二信號采集集成模塊201之間通過光纖電纜300連接。第一信號采集集成模塊102上還連接有第一無線信號收發(fā)器111；第二信號采集集成模塊201上還連接有用于與第一無線信號收發(fā)器進行通信的第二無線信號收發(fā)器208。通過光纖電纜可以實現(xiàn)碼頭用部件與船用部件之間的信號傳遞。通過的信號傳遞，也可以實現(xiàn)碼頭用部件與船用部件之間的信號傳遞。
岸電系統(tǒng)調試時第一無線信號收發(fā)器和第二無線信號收發(fā)器之間可以進行信號的傳輸；當嵌入式信號處理器與第二信號采集集成模塊之間不連接光纖電纜時也可以實現(xiàn)岸電并網操作。
當船舶靠港時，本發(fā)明的智能岸電無縫并網裝置實際運行的機理如下：
1、船舶靠港后，船用部件的第二無線信號收發(fā)器與碼頭用部件的第一無線信號收發(fā)器進行通訊，向碼頭岸電系統(tǒng)提供船舶負載信息如負載的類型、功率、故障信息、電氣參數(shù)等，同時接收碼頭泊位信息如空閑程度、泊位岸電接口方向等，雙方通訊完成岸電使用請求和答復確認，確定是否可以使用岸電。如果不通過第二無線信號收發(fā)器與第一無線信號收發(fā)器進行通訊，也可以通過電話或其他方式確認是否可以使用岸電。
2、在連接岸電前船舶保持由船舶發(fā)電機供電的狀態(tài)，碼頭變頻電源準備完畢，第二斷路器處于打開狀態(tài)，第一斷路器處于閉合狀態(tài)。本發(fā)明的智能岸電無縫并網裝置始終檢測岸電系統(tǒng)各個設備的狀態(tài)和連接設備狀態(tài)，當檢測到船舶與岸電的光纖電纜連接完畢并且各個設備準備就緒后，觸摸屏上顯示岸電系統(tǒng)準備就緒燈亮，同時發(fā)送準備就緒信號給船舶配電板。
3、看到岸電系統(tǒng)準備就緒燈亮后，操作人員可以通過觸摸屏發(fā)出船電轉岸電指令，此時第一信號采集集成模塊和第二信號采集集成模塊實時采集的碼頭變頻電源和船舶發(fā)電機的電壓、功率和頻率信號均送至嵌入式信號處理器進行處理，同時按照預定的參數(shù)設定和控制邏輯，向碼頭變頻電源發(fā)出控制信號并向船舶發(fā)電機發(fā)出控制信號。
4、嵌入式信號處理器不斷向碼頭變頻電源發(fā)出控制信號和向船舶發(fā)電機發(fā)出控制信號，同時實時通過第一信號采集模塊和第二信號采集模塊檢測其狀態(tài)信號。當船舶發(fā)電機與碼頭變頻電源的電壓、頻率、功率滿足船電轉岸電設定限制時，向第二斷路器發(fā)出合閘指令，然后向船舶配電板發(fā)出發(fā)電機分閘指令。此時，船舶由碼頭變頻電源供電，完成岸電并網和轉換。整個過程碼頭變頻電源和船舶發(fā)電機的電壓、頻率、功率信息均在觸摸屏上顯示。當并網和轉換完成，觸摸屏上顯示完成狀態(tài)，同時把狀態(tài)信號發(fā)送給船舶配電板。
當船舶離港時，本發(fā)明的智能岸電無縫并網裝置實際運行的機理如下：
1、船舶離港時，操作人員可以通過觸摸屏發(fā)出岸電轉船電指令，同時通過第二信號采集集成模塊向船舶配電板發(fā)送船舶發(fā)電機啟動指令，此時第一信號采集集成模塊和第二信號采集集成模塊實時采集的碼頭變頻電源和船舶發(fā)電機的電壓、功率和頻率信號均送至嵌入式信號處理器進行處理，同時按照預定的參數(shù)設定和控制邏輯，向碼頭變頻電源發(fā)出控制信號和向船舶發(fā)電機發(fā)出控制信號。
2、嵌入式信號處理器不斷向碼頭變頻電源發(fā)出控制信號和向船舶發(fā)電機發(fā)出控制信號，同時實時通過第一信號采集模塊和第二信號采集模塊檢測其狀態(tài)信號。當船舶發(fā)電機與碼頭變頻電源的電壓、頻率、功率滿足岸電轉船電設定限制時，向船舶發(fā)電機發(fā)出合閘指令，向第二斷路器發(fā)出分閘指令。此時，船舶由碼頭變頻電源供電轉換由船舶發(fā)電機供電完成。整個過程碼頭變頻電源和船舶發(fā)電機的電壓、頻率、功率信息均在觸摸屏上顯示，當并網和轉換完成，觸摸屏上顯示岸電轉船電完成狀態(tài)，同時把狀態(tài)信號發(fā)送給船舶配電板。
使用本發(fā)明的裝置，船舶以后使用岸電時只需要選擇岸電的類型就可以實現(xiàn)功率在岸電與船舶發(fā)電機組之間進行無縫轉移。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
1、“智能岸電無縫并網裝置”采用冗余設計，使設備具備多種電制下的自適應并網功能，根本上解決了岸電取代船舶輔機供電時需“斷電再供電”的問題，使岸電系統(tǒng)能主動適用所有岸電設備制造商、港口及電制船舶，船舶只需有受電接口，僅需對船舶電網系統(tǒng)進行微小改造即可實現(xiàn)岸電系統(tǒng)的通用化。
2、通過便捷的一鍵式自動并、脫網操作設計，幾秒內可完成并、脫網，提高了并網效率和可靠性。系統(tǒng)采用模塊化設計以便于擴容及維護檢修，有較高的可靠性和穩(wěn)定性，操作簡捷。
3、具有高效可靠的故障應急處理能力。系統(tǒng)設計方案系供電優(yōu)先理念，即使單組功率單元發(fā)生故障，岸電系統(tǒng)獨有的應急處理功能可以確保船舶電力供應，而不會引發(fā)船舶電網故障。
雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發(fā)明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。