CN108390377A - 一种岸基供电***及减小励磁涌流的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种岸基供电***及减小励磁涌流的方法，其中，岸基供电***包括串接的岸电电源装置和开关柜；其中，岸电电源装置包括用于连接交流电网的功率变换单元，或者包括用于连接交流电网的功率变换单元以及与该功率变换单元连接的输出开关，开关柜包括用于导通与关断岸电输出的输出开关；还包括与输出开关并联连接的预充电回路；预充电回路包括用于给船侧主隔离变压器进行平缓励磁的励磁回路以及用于控制励磁回路是否工作的励磁开关，励磁回路和励磁开关串联连接。本发明通过对现有的岸电电源设备或者开关柜设备进行改造，无需单独增加变压器合闸涌流限流装置即可达到同样的目的。

Description

一种岸基供电***及减小励磁涌流的方法
技术领域
本发明涉及一种减小船侧励磁涌流的岸基供电***，尤其适用于船舶岸基电源领域的高压上船应用环境。
背景技术
现有的岸电***的结构拓扑图如图1所示，其由岸基供电***、船岸连接***以及船舶受电***构成。
其中，典型的岸基供电***一般如图2所示，其包括依次串接的输入隔离变压器T1、带有输出开关Q1的岸电电源、输出隔离变压器T2以及开关柜Q2。其中，T1是输入隔离变压器(非必须)，用于将电网电压转化为岸电电源所需的电压等级；若电网电压与所需电压等级一致时，可以省略。Q1是岸电电源本体所自带的输出开关(非必须)。T2是输出隔离变压器(非必须)，用于隔离输出电压，按照IEC标准，一般都需要添加，仅在低压小功率的部分场合可以省略。开关柜Q2是岸电输出开关(必须)，用于最终输出电压电流的关断。
典型的船舶受电***一般如图3所示，其包括依次连接的船侧主隔离变压器T3、主配电板和分配电板(或照明、辅助配电板)。其中，T3是船侧主隔离变压器，对于高压上船岸电***是必须的(部分低压船舶非必须)，用于将岸电电源匹配为船舶所需的电压等级。
使用中，变压器从未上电状态到上电状态，为了建立磁场，必然会有一个励磁的过程。而如果是直接加上额定电压，则会产生一个冲击的励磁电流，这个电流与磁路特性有关，往往能达到额定电流的5倍以上。也就是说，变压器存在的合闸励磁涌流现象。
那么在上述岸电***中，船侧主隔离变压器T3可能存在励磁涌流问题。对于高压上船的工况，必然有一个主变压器T3(降压变)，容量最大时与岸电电源本身的额定容量相当。如果是“无缝切换”进行供电——那么船上变压器T3已经被励磁，不会有励磁涌流。如果是“有缝切换”进行供电——那么就是“变压器从未上电状态到上电状态”。若不采取任何措施，那么岸侧开关柜Q2吸合时，冲击电流可能达到额定电流的3倍以上。
针对岸电***的合闸励磁涌流问题，最常见的措施是增加一个变压器合闸涌流限流装置。如图4所示，一般的，变压器合闸涌流限流装置是一个开关和电阻并联的装置，通过电阻对电流的限制，使励磁电流降低到一个很小的水平(同时励磁过程也拉长)，从而解决了冲击电流过大的问题。
上述变压器合闸涌流限流装置具有如下缺点：需要单独增加一个柜体，增加了占地面积，且增加单独的开关，成本高。
发明内容
在下文中给出了关于本发明实施例的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
本申请对现有的岸电电源设备或者开关柜设备进行改造，无需单独增加变压器合闸涌流限流装置即可达到同样的目的。
根据本申请的第一方面，提供一种岸基供电***，其包括串接的岸电电源装置和开关柜；其中，所述岸电电源装置包括用于连接交流电网的功率变换单元，或者包括用于连接交流电网的功率变换单元以及与该功率变换单元连接的输出开关，所述开关柜包括用于导通与关断岸电输出的输出开关；其中，还包括与输出开关并联连接的预充电回路；所述预充电回路包括用于给船侧主隔离变压器进行平缓励磁的励磁回路以及用于控制励磁回路是否工作的励磁开关，励磁回路和励磁开关串联连接。
当所述岸电电源装置包括用于连接交流电网的功率变换单元以及与该功率变换单元连接的输出开关时，所述预充电回路与开关柜的输出开关并联连接。
当所述开关柜包括用于最终输出电压电流的关断的岸电输出开关时，所述预充电回路与岸电电源装置的输出开关并联连接。
根据本申请的第二方面，提供一种减小励磁涌流的方法，用于岸基供电***中，该岸基供电***包括串接的岸电电源装置和开关柜；其中，所述岸电电源装置包括用于连接交流电网的功率变换单元以及与该功率变换单元连接的输出开关；该方法包括：
在岸电电源装置中，设置一与输出开关并联连接的预充电回路，所述预充电回路包括用于给船侧主隔离变压器进行平缓励磁的励磁回路以及用于控制励磁回路是否工作的励磁开关，励磁回路和励磁开关串联连接；
供电时，励磁开关闭合，岸电电源装置空载输出电压、并逐步增大，直到输出额定电压；
连接船侧主隔离变压器，由励磁回路给船侧主隔离变压器进行平缓励磁；
船侧主隔离变压器励磁完成后，闭合输出开关，并断开励磁开关，为连接的船侧进行供电。
根据本申请的第三方面，提供一种减小励磁涌流的方法，用于岸基供电***中，岸基供电***包括串接的岸电电源装置和开关柜；其中，所述开关柜包括用于导通与关断岸电输出的输出开关；其特征在于：该方法包括：
在开关柜中，设置一与岸电输出开关并联连接的预充电回路，所述预充电回路包括用于给船侧主隔离变压器进行平缓励磁的励磁回路以及用于控制励磁回路是否工作的励磁开关，励磁回路和励磁开关串联连接；
供电时，岸电电源装置空载输出电压、并逐步增大，直到输出额定电压；
连接船侧主隔离变压器，励磁开关闭合，由励磁回路给船侧主隔离变压器进行平缓励磁；
船侧主隔离变压器励磁完成后，闭合开关柜的岸电输出开关，并断开励磁开关，为连接的船侧进行供电。
其中，所述岸电电源装置包括用于连接交流电网的功率变换单元以及与该功率变换单元连接的输出开关，所述预充电回路与开关柜的输出开关并联连接，供电时，先闭合所述岸电电源装置的输出开关，再使岸电电源装置空载输出电压、并逐步增大，直到输出额定电压。
上述方案中，预充电回路可以是“电阻+机械开关”形式，或者“电阻+电子开关”形式，或者“电子开关PWM开通”形式，例如预充电回路是由串接的电阻和电子开关实现，在变压器合闸时，电子开关控制将预充电回路接通，使电阻串入回路，预设条件达到(例如到预定时间或者达到预设电压电流值)后，电子开关断开，将电阻与主电路断开，以使岸基供电***正常对船舶进行供电。机械开关和电子开关原理相同，这里不再详述。再例如预充电回路是由PWM信号控制的电子开关实现，在变压器合闸时，电子开关控制将预充电回路接通，使PWM信号串入回路，预设条件达到(例如到预定时间或者达到预设电压电流值)后，电子开关断开，将PWM信号与主电路断开，以使岸基供电***正常对船舶进行供电。电子开关是指利用电子电路以及电力电子器件实现电路通断的运行单元，至少包括一个可控的电子驱动器件，如晶闸管(集成门极换流晶闸管IGCT)、晶体管(例如绝缘栅双极型晶体管IGBT)、场效应管、可控硅、继电器等。
作为一个实例，所述预充电回路包括相互串接的电阻和励磁接触开关，电阻用于给船侧主隔离变压器进行平缓励磁，励磁接触开关用于控制电阻是否接入电路以进入工作状态。在所述变压器合闸时，励磁接触开关控制将电路接通，使电阻串入回路，预设条件达到(例如到预定时间或者达到预设电压电流值)后，励磁接触开关断开，将电阻与电路断开，以使岸基供电***正常对船舶进行供电。
采用本发明所述方法和装置，与现有技术相比，仅需对现有的设备进行改造，即可达到同样的目的，避免像以前一样增加一套完整的变压器合闸涌流限流装置(很贵、而且占体积)。采用本发明的上述方案，达到了减少占地面积的效果，节省了成本，具有很好的实用性。
附图说明
图1为现有技术中岸电***结构的拓扑图；
图2为现有技术中岸基供电***的示意图；
图3为现有技术中船舶受电***的示意图；
图4为现有合闸涌流限流装置的示意图；
图5a为实施例1中改造后的岸电电源装置的示意图(带变压器)；
图5b为实施例1中改造后的岸电电源装置的示意图(不带变压器)；
图6a为预充电回路的第一实施方式图；
图6b为预充电回路的第二实施方式图；
图6c为预充电回路的第三实施方式图；
图7为实施例2中改造后的开关柜的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种岸基供电***及减小励磁涌流的方法，对现有的岸基供电***设备进行改造，无需单独增加变压器合闸涌流限流装置即可达到同样的目的；避免像以前一样增加一套完整的变压器合闸涌流限流装置。
实施例1
参见图5a和图5b，岸电电源装置包括用于连接交流电网的功率变换单元以及与该功率变换单元连接的输出开关Q1，还包括与输出开关Q1并联连接的预充电回路，预充电回路包括用于给船侧主隔离变压器进行平缓励磁的励磁回路以及用于控制励磁回路是否工作的励磁开关，励磁回路和励磁开关串联连接；工作时，励磁开关闭合，岸电电源装置空载输出电压、并逐步增大，直到输出额定电压，则开关柜闭合，由励磁回路给船侧主隔离变压器进行平缓励磁，船侧主隔离变压器励磁完成后，闭合岸电电源中的输出开关Q1，并断开励磁开关，为连接的船舶供电。
上述方案中，预充电回路包括相互串接的电阻和励磁接触开关，电阻用于给船侧主隔离变压器进行平缓励磁，励磁接触开关用于控制电阻是否接入电路以进入工作状态。在变压器合闸时，励磁接触开关控制将电路接通，使电阻串入回路，预设条件达到(例如到预定时间(如120ms)或者达到预设电压电流值)后，励磁接触开关断开，将电阻与电路断开，以使岸基供电***正常对船舶进行供电。
此外，预充电回路除了“电阻+机械开关”形式(图6a)，还可以是“电阻+电子开关”形式(图6b)，或者“电子开关PWM开通”形式(图6c)，例如预充电回路是由串接的电阻和电子开关实现，在变压器合闸时，电子开关控制将预充电回路接通，使电阻串入回路，预设条件达到(例如到预定时间或者达到预设电压电流值)后，电子开关断开，将电阻与主电路断开，以使岸基供电***正常对船舶进行供电。其中，图6b和图6c中的电子开关是“电力晶闸管SCR”，实际还有IGBT、GTO等多种实现方式。图6b中的电子开关是一直导通，靠电阻来“缓冲”；而图6c中，是通过电子开关断续导通的方式来“缓冲”。
再例如预充电回路是由PWM信号控制的电子开关实现，在变压器合闸时，电子开关控制将预充电回路接通，使PWM信号串入回路，预设条件达到(例如到预定时间或者达到预设电压电流值)后，电子开关断开，将PWM信号与主电路断开，以使岸基供电***正常对船舶进行供电。电子开关是指利用电子电路以及电力电子器件实现电路通断的运行单元，至少包括一个可控的电子驱动器件，电子驱动器件包括但不仅限于晶闸管、IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、IGCT(Integrated Gate CommutatedThyristors，集成门极换流晶闸管)、以及TCR(Thyristor Controlled Reactor，晶闸管控制电抗器)等等。本实施例中，预充电回路包括电阻R1和开关柜励磁接触开关K1。
此外，本发明还提出一种减小励磁涌流的方法，用于上述岸基供电***中，该方法包括：
step1：(图5a或图5b中)“岸电电源励磁接触开关K1”闭合；
step2：(图2中)岸电电源装置开始空载输出电压、并逐步增大，直到输出额定电压(岸电电源自行检测)；
step3：(图2中)“岸电输出开关Q2”闭合，连接船侧主隔离变压器；
step4：(图5a或图5b中)经过岸电电源的“电阻R1”给“船侧主隔离变压器T3”进行平缓励磁；
step5：(图5a或图5b中)“船侧主隔离变压器T3”励磁完成后，闭合岸电电源中的“岸电电源输出开关Q1”；
step6：(图5a或图5b中)断开“岸电电源励磁接触开关K1”，为连接的船侧实现正常供电。
实施例2
在本实施例中，与实施例1不同的是，本发明对其中的开关柜进行改造，具体的，参见图7，开关柜包括用于最终输出电压电流的关断的岸电输出开关Q2，还包括与岸电输出开关Q2并联连接的预充电回路。预充电回路包括用于给船侧主隔离变压器进行平缓励磁的励磁回路以及用于控制励磁回路是否工作的励磁开关，励磁回路和励磁开关串联连接。本实施例中，预充电回路包括电阻R2和开关柜励磁接触开关K2。
此外，本实施例的预充电回路与实施例1中的预充电回路结构相同，扩展也相同，这里不再赘述。
基于上述***，本发明还提供一种减小励磁涌流的方法，用于岸基供电***中，岸基供电***包括依次串接的输入隔离变压器T1、岸电电源装置、输出隔离变压器T2以及开关柜；其中，开关柜包括用于最终输出电压电流的关断的岸电输出开关Q2；该方法包括：
step1：(图1中)“岸电电源输出开关Q1”闭合——如果无Q1，则此步骤省略；
step2：(图1中)岸电电源装置空载开始逐步输出电压、并逐步增大，直到额定电压；
step3：(图5a或图5b中)连接船侧主隔离变压器，“开关柜励磁接触开关K2”闭合；
step4：(图5a或图5b中)经过开关柜的“电阻R2”给“船侧主隔离变压器T3”进行平缓励磁；
step5：(图5a或图5b中)“船侧主隔离变压器T3”励磁完成后，闭合岸电电源中的“岸电输出开关Q2”；
step 6：(图4中)断开“开关柜励磁接触开关K2”，为连接的船侧实现正常供电。
采用本发明方法和装置，利用现有的设备进行改造，无需增设一套完整的变压器合闸涌流限流装置，达到了减少占地面积的效果，节省了成本。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种岸基供电***，其包括串接的岸电电源装置和开关柜；其中，所述岸电电源装置包括用于连接交流电网的功率变换单元，或者包括用于连接交流电网的功率变换单元以及与该功率变换单元连接的输出开关，所述开关柜包括用于导通与关断岸电输出的输出开关；其特征在于：还包括与输出开关并联连接的预充电回路；
所述预充电回路包括用于给船侧主隔离变压器进行平缓励磁的励磁回路以及用于控制励磁回路是否工作的励磁开关，励磁回路和励磁开关串联连接。
2.根据权利要求1所述的岸基供电***，其特征在于：所述预充电回路与开关柜的输出开关并联连接。
3.根据权利要求1所述的岸基供电***，其特征在于：所述预充电回路与岸电电源装置的输出开关并联连接。
4.根据权利要求1-3任一所述的岸基供电***，其特征在于：所述预充电回路包括串接的电阻和机械开关。
5.根据权利要求1-3任一所述的岸基供电***，其特征在于：所述预充电回路包括电阻和电子开关。
6.根据权利要求1-3任一所述的岸基供电***，其特征在于：所述预充电回路是由PWM信号控制的电子开关实现。
7.根据权利要求5所述的岸基供电***，其特征在于：所述电子开关至少包括一个可控的电子驱动器件，电子驱动器件是晶闸管、晶体管、场效应管、可控硅或者继电器。
8.根据权利要求1-3任一所所述的岸基供电***，其特征在于：该***还包括接于岸电电源装置输入端的输入隔离变压器。
9.根据权利要求1-3任一所所述的岸基供电***，其特征在于：该***还包括接于岸电电源装置输出端的输出隔离变压器。
10.一种减小励磁涌流的方法，用于岸基供电***中，岸基供电***包括串接的岸电电源装置和开关柜；其中，所述岸电电源装置包括用于连接交流电网的功率变换单元以及与该功率变换单元连接的输出开关；其特征在于：该方法包括：
在岸电电源装置中，设置一与输出开关并联连接的预充电回路，所述预充电回路包括用于给船侧主隔离变压器进行平缓励磁的励磁回路以及用于控制励磁回路是否工作的励磁开关，励磁回路和励磁开关串联连接；
供电时，励磁开关闭合，岸电电源装置空载输出电压、并逐步增大，直到输出额定电压；
连接船侧主隔离变压器，由励磁回路给船侧主隔离变压器进行平缓励磁；
船侧主隔离变压器励磁完成后，闭合输出开关，并断开励磁开关，为连接的船侧进行供电。
11.一种减小励磁涌流的方法，用于岸基供电***中，岸基供电***包括串接的岸电电源装置和开关柜；其中，所述开关柜包括用于导通与关断岸电输出的输出开关；其特征在于：该方法包括：
在开关柜中，设置一与岸电输出开关并联连接的预充电回路，所述预充电回路包括用于给船侧主隔离变压器进行平缓励磁的励磁回路以及用于控制励磁回路是否工作的励磁开关，励磁回路和励磁开关串联连接；
供电时，岸电电源装置空载输出电压、并逐步增大，直到输出额定电压；
连接船侧主隔离变压器，励磁开关闭合，由励磁回路给船侧主隔离变压器进行平缓励磁；
船侧主隔离变压器励磁完成后，闭合开关柜的岸电输出开关，并断开励磁开关，为连接的船侧进行供电。
12.根据权利要求11所述的减小励磁涌流的方法，其特征在于：所述岸电电源装置包括用于连接交流电网的功率变换单元以及与该功率变换单元连接的输出开关，所述预充电回路与开关柜的输出开关并联连接，供电时，先闭合所述岸电电源装置的输出开关，再使岸电电源装置空载输出电压、并逐步增大，直到输出额定电压。
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