中国船舶集团有限公司第七〇四研究所丁峰获国家专利权
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龙图腾网获悉中国船舶集团有限公司第七〇四研究所申请的专利一种船舶应急电力系统电动机变频协同启动控制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119298778B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-10发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411492761.3,技术领域涉及:H02P27/04;该发明授权一种船舶应急电力系统电动机变频协同启动控制方法是由丁峰;肖洒;潘高飞;莫文科;王起硕设计研发完成,并于2024-10-24向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种船舶应急电力系统电动机变频协同启动控制方法在说明书摘要公布了:本发明涉及一种船舶应急电力系统电动机变频协同启动控制方法,包括以下步骤:步骤一、船舶应急电力系统建模:基于柴油发电机组运行经济性、系统运行安全性及功率分配快速性多约束条件下建立船舶综合电力系统优化配置模型;步骤二、大功率电机负载启动条件:当电机绕组极对数一定时,可以通过改变机端电压与供电频率来调节电机的起动转矩;步骤三、整流部分采取AFE控制,感应电机采用VF控制。解决了目前电动机起动控制方法不适用于船舶应急电力系统,无法满足高功率因数的要求的问题,这一方法使得AFE产生的交流电压仍能保证稳定状态,变频控制方式更为稳定,更加适合平抑船舶脉冲负载功率变化较高的情况进一步提高了船舶应急电力系统稳定性。
本发明授权一种船舶应急电力系统电动机变频协同启动控制方法在权利要求书中公布了:1.一种船舶应急电力系统电动机变频协同启动控制方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤一、船舶应急电力系统建模 基于柴油发电机组运行经济性、系统运行安全性及功率分配快速性多约束条件下建立船舶综合电力系统优化配置模型,依次建立转速调节器数学模型、油门控制器数学模型、柴油机数学模型、感应电机数学模型,通过对柴油发电机组和感应电机数学模型分析,建立起了船舶应急电力系统的组成部分; 步骤二、大功率电机负载启动条件 在船舶应急电力系统中,电力负荷由自身的发电机组供电,电站容量较小;电动机起动相当于突加大负载,会对系统造成冲击,引起电压的瞬时降落;起动转矩与机端电压、电机极对数及电源频率都相关;当电机绕组极对数一定时,可以通过改变机端电压与供电频率来调节电机的起动转矩; 步骤三、基于直流电压的整流-逆变协同控制 本方法整流部分采取AFE控制,感应电机采用VF控制; AFE变频器采用拓扑结构; AFE变频器联合控制的原理是:当系统在稳定状态时,直流侧功率Prec为: Prec=edid+eqiq20 式中,ed、eq、id、iq分别为交流电网侧d轴、q轴电压及电流;直流部分电容电压在平衡状态时,其存储能量WC、能量变化率PC分别为: 式中,C为直流侧电容;udc为直流电压; 逆变器输出功率为: Pinv=usdisd+usqisq23 式中,Pinv为逆变器输出功率;usd、usq为d轴、q轴定子电压;isd、isq为d轴、q轴定子电流; 在任意时刻,AFE流入能量为直流电容中存储能量的变化率和电机消耗能量之和;在AFE变频器中,直流电压经PI调节后加到逆变器功率分量中,当电机状态产生突变时,只会对AFE中反馈值产生影响,直流电容电压值不会发生变化,从而达到提高AFE动态性能和降低AFE电容电量的目的;直流电压经PI调节后作为d轴电流参考值,交流侧电流经过PI调节后,通过解耦输出SPWM调制参考d轴和q轴电压,经过变频器调制输出直流电压; 变频方案采取恒VF方式; 根据电机学原理易知,异步电机定子电压感应电动势Eg可以用下式表示: Eg=4.44f1N1K1NΦm24 式中f1为定子电压频率,N1为定子每相绕组内联匝数,K1N为基波绕组系数,Φm为每极气隙磁通;异步电机调速就是以维持每极气隙磁通Φm不变为目标;根据式24易知只要维持Egf1为常数即可保持磁通量Φm不变;但在实际应用中,Eg难以测量,而当Eg足够大的时候,可以忽略掉定子阻抗上的压降;用定子输入电压US来代替Eg即可解决定子感应电动势难以测量的问题;通过维持USf1恒定近似的控制磁通量恒定;但这种方式存在一个缺陷就是当异步电机运行在低频段的时候,定子感应电动势Eg很小,不能忽略定子阻抗上的压降;这种情况可以通过适当补偿定子输入电压US改善,U0为补偿后抬高的电压;U1N和f1N为基频定子电压和频率; 恒VF工作曲线数学表达式为: 在恒压频比控制过程中,当电机的定子电压达到额定值U1N时继续增大将会导致电机绝缘性变差、机械特性变软问题;而此时频率仍可继续上升,因此变频调速其实包括着基频以上调速和基频以下调速,在基频以上调速时,保持电压恒定,根据上式25所示,此时的磁通量和频率呈反比例关系,相当于直流电机的弱磁升速过程;异步电机同步转速上升,电磁转矩下降,输出功率基本恒定,该过程可称为恒功率调速,n为电动机转速,Te为电动机电磁转矩,当频率f1大于额定频率f1N时,由于电压恒定,电磁转矩下降,输出功率基本恒定; 绘制基频以下变频调速机械特性,随着频率下降,异步电机的最大感应电磁转矩会逐渐下降,频率过低的时候,定子压降不可忽略,电机带载能力受限,故需要进行补偿定子电压; 将基频以下和基频以上的控制特性汇总到一个坐标轴下,可以得到异步电机的变频调速控制特性图:在基频以下调速时,由于恒功率调速,磁通保持不变,定子电压随着频率降低而减小;在基频以上调速时,由于恒功率调速,电磁转矩Te与转速n的乘积应保持不变,磁通随着频率升高而降低;虽然异步电机在不同的工况下根据所带负载的不同,转速也不同,但是系统的电流若保持额定值,异步电机的转矩Te和磁通量具有正比例关系;在基频以下调速范围内,磁通量不变,属于恒转矩调速;在基频以上调速过程中,磁通量随着电源频率升高而降低,呈现恒功率调速运行特性。
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