CN107623379B - 一种基于电压差包络线的港船接岸电的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电压差包络线的港船接岸电的系统，包括岸电变压器、第一开关、电压差包络线检测装置和控制组件；岸电变压器经由第一开关接入船电；电压差包络线检测装置与第一开关并联连接，并将获取的岸电与船电之间的电压差包络线信号转换为周期性正向脉动信号后，传送到控制组件；控制组件以该周期性正向脉动信号的最低点为基准点，在该基准点的前后各取T时间，并将该2T时间设定为对接时间段，且在该对接时间段内发送合闸信号到第一开关，控制第一开关合闸，通过岸电变压器接入岸电，从而实现岸电与船电的无缝对接，确保了设备的正常运行。本发明同时还公开了一种基于电压差包络线的港船接岸电的方法。

Description

一种基于电压差包络线的港船接岸电的系统及方法

技术领域

本发明涉及船舶用电技术领域，特别是涉及一种基于电压差包络线的港船接岸电的系统及方法。

背景技术

船舶岸电技术是指船舶在靠港期间接入码头侧的电网，从岸上电源获得其水泵、通信、通风、照明和其他设施所需的电力，从而关闭自身的柴油发电机。船舶接岸电后可有效地减少废气的排放，具有节能环保的显著优点，可减少发电机组运行产生的噪音污染，降低成本，因此，政府及其交通部门、航运企业、港口企业都大力推行岸电的使用。

但是，现有的船舶接岸电技术通常采用先停船电再接岸电和先断岸电再启动船用发电机的方式，船上许多设备断电后复位时间长且麻烦，导致许多船舶靠港不愿接岸电。虽然现有技术中也有一些不断电接岸电的方式，如采用高压变频岸电技术，这种方式投资成本大，而且只能适用于专用船舶和专用码头。另外，不断电接岸电时，需要在船电的电压、相位和频率等与岸电的特性相差较小时才能执行两电力系统的短暂并联运作，方能执行负载转移操作，而船电的电压是比较混乱的，如若岸电与船电的电力特性相差过大，则船电与岸电连接时产生的环流容易对岸电的变压设备、船舶的发电机、船舶设备造成损坏，影响岸电、船舶发电机和船舶设备的正常运行。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种基于电压差包络线的港船接岸电的系统，其具有不断船电的情况下，实现了的岸电与船电的无缝对接，有效防止船电与岸电连接时环流对岸电的变压设备、船舶的发电机、船舶设备造成的损坏，确保了岸电、船舶发电机和船舶设备的正常运行的优点。

一种基于电压差包络线的港船接岸电的系统，包括岸电变压器、第一开关、电压差包络线检测装置和控制组件；

所述岸电变压器经由所述第一开关(K2)接入船电；所述电压差包络线检测装置与所述第一开关(K2)并联连接，并将获取的岸电与船电之间的电压差包络线信号转换为周期性正向脉动信号后，传送到所述控制组件；所述控制组件分别与所述电压差包络线检测装置和第一开关(K2)连接；所述控制组件以该周期性正向脉动信号的最低点为基准点，在该基准点的前后各取T时间，并将该2T时间设定为对接时间段，且在该对接时间段内发送合闸信号到所述第一开关(K2)，控制所述第一开关(K2)合闸，通过岸电变压器接入岸电，从而实现岸电与船电的无缝对接；其中0≤T≤0.01s；

所述电压差包络线检测装置包括电压差获取电路、绝对值转换电路和整形检波电路；所述电压差获取电路的两输入端分别并联在所述第一开关(K2)的两端，并获取船电和岸电的电压差包络线信号；所述电压差获取电路的输出端与所述绝对值转换电路的输入端连接，并将该电压差包络线信号传送到所述绝对值转换电路；所述绝对值转换电路的输出端与所述整形检波电路的输入端连接，并将电压差包络线信号转换为正向电压差包络线信号后，传送到所述整形检波电路；所述整形检波电路对电压差包络线信号进行检波处理，并转换为周期性正向脉动信号后，传送到所述控制组件。

相比于现有技术，本发明通过测量船电和岸电的电压差包络线信号，并获取电压差包络线信号的最低点，且根据该最低点设定对接时间段，在该对接时间段内发送合闸信号，在不断船电的情况下，实现了岸电与船电的无缝对接，有效防止船电与岸电连接时环流对岸电的变压设备、船舶的发电机、船舶设备造成的损坏，确保了岸电、船舶发电机和船舶设备的正常运行。

进一步地，还包括用于控制是否接入电压差包络线检测装置的第二开关(K3)；所述第一开关(K2)设有用于与船电连接的第一组接触点和用于与岸电变压器连接的第二组接触点；所述电压差包络线检测装置的第一组输入端与所述第一组接触点连接；所述电压差包络线检测装置的第二组输入端通过所述第二开关(K3)与所述第二组接触点连接。在需要检测船电和岸电的电压差包络线信号时，将所述第二开关(K3)合闸，将电压差包络线检测装置接入船电和岸电进行检测，在不需要检测船电和岸电的电压差包络线信号时，打开所述第二开关(K3)，断开电压差包络线检测装置与船电和岸电的连接，可防止船电和岸电电压不稳定对电压差包络线检测装置造成的损坏。

进一步地，所述控制组件包括单片机和工控计算机；所述单片机的输入端与所述电压差包络线检测装置的输出端连接，并对该周期性正向脉动信号进行采样和滤波，且以该周期性正向脉动信号的最低点为基准点设定对接时间段，在该对接时间段内向所述工控计算机发送对接信号；所述工控计算机根据该对接信号发送合闸控制信号到所述第一开关(K2)，所述第一开关(K2)接收所述合闸控制信号并合闸。通过单片机接收电压差包络线检测装置传送的稳定地电压差包络线信号，以快速准确地获取对接时间段；再通过工控计算机向第一开关(K2)发送开闸信号，以提高整个系统的响应速度。

进一步地，还包括并联的第一相序开关(K1)和第二相序开关(K4)；船电的A相、B相、C相分别通过第一相序开关(K1)、第一开关(K2)与岸电变压器的输出端U相、V相、W相连接；所述控制组件还包括相序检测装置；所述相序检测装置一端分别与船电的A相、B相、C相连接，另一端分别与变压器的输出端U相、V相、W相连接，以检测船电和岸电是否相序一致：若相序一致，则闭合第一相序开关(K1)；若相序不一致，则闭合第二相序开关(K4)。通过第一相序开关(K1)和第二相序开关(K4)地简单切换，可使电压差包络线检测装置与相序一致的船电和岸电快速连接。

进一步地，所述电压差获取电路包括一组霍尔电压传感器组件；所述霍尔电压传感器组件包括第一分压电阻、第二分压电阻、第一霍尔电压传感器和第一测量电阻；所述第一霍尔电压传感器的第一输入端通过所述第一分压电阻与所述第一开关(K2)的第一接触点连接；所述第一霍尔电压传感器的第二输入端通过所述第二分压电阻与所述第二开关的第二接触点连接，且所述第一霍尔电压传感器通过所述第一输入端和所述第二输入端分别获取船电的一相电压以及与该船电的相电压相对应的岸电一相电压，进而获取一相船电和岸电的电压差包络线信号；所述第一霍尔电压传感器的输出端与所述绝对值转换电路的输入端连接，并通过所述第一测量电阻接地。本发明的第一霍尔电压传感器通过两输入端输入的船电和岸电两个不同的电压信号，在洛仑兹力的作用下而产生电磁场，从而快速获取船电和岸电的电压差包络线信号。

进一步地，还包括设置在船舶配电装置上的精准频率表，所述精准频率表用于测量船电频率，且根据所述精准频率表测量的船电频率，手动或自动调节发动机油门，以调节船电频率，使船电频率比岸电频率低0.1Hz-0.5Hz，再进行船电和岸电的对接，以保证发电机承担的负载功率最高达到100％，最低达到-30％，理想状态为50％左右。防止岸电逆功率过高，出现发电机抖动情况，造成发电机过闸跳闸；而发电机逆功率过高，会使发电机自动跳闸，在这过程中，也可能会对岸电带来负荷的冲击，严重时还会出现岸电过闸跳闸。

本发明同时还提供一种采用如上述任意所述系统的基于电压差包络线的港船接岸电的方法，包括如下步骤：

获取船电和岸电的电压差包络线信号，并转换为周期性正向脉动信号；

以该周期性正向脉动信号的最低点为基准点，在该基准点的前后各取T时间，并将该2T时间设定为对接时间段，其中0≤T≤0.01s；

判断当前时刻是否处于该对接时间段内，若是则将船电和岸电对接。

本发明通过测量船电和岸电的电压差包络线信号，并获取电压差包络线信号的最低点，且根据该最低点设定对接时间段，在该对接时间段内发送合闸信号，在不断船电的情况下，实现了岸电与船电的无缝对接，有效防止船电与岸电连接时环流对岸电的变压设备、船舶的发电机、船舶设备造成的损坏，确保了岸电、船舶发电机和船舶设备的正常运行。

进一步地，在船电和岸电对接之前，还通过设置在船舶配电装置上的精准频率表测量船电频率，并手动或自动调节发动机油门，以调节船电频率，使船电频率比岸电频率低0.1Hz-0.5Hz，再进行船电和岸电的对接，以保证发电机承担的负载功率最高达到100％，最低达到-30％，理想状态为50％左右。防止岸电逆功率过高，出现发电机抖动情况，造成发电机过闸跳闸；而发电机逆功率过高，会使发电机自动跳闸，在这过程中，也可能会对岸电带来负荷的冲击，严重时还会出现岸电过闸跳闸。

进一步地，所述船电和岸电的电压差包络线信号为一相船电和岸电的电压差包络线信号。通过检测一相的船电和岸电的电压差包络线信号，以快速确定船电与岸电无缝对接的最佳时机，节省工作量，提高工作效率。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明基于电压差包络线的港船接岸电的系统电路原理图；

图2为本发明实施例1中基于电压差包络线的港船接岸电的系统的电路原理图；

图3为船电和岸电的电压差包络线信号示意图，其中图(a)为船电和岸电的电压相同、频率不同的包络线图；图(b)为船电和岸电的电压和频率均不同时的包络线图；图(c)为船电和岸电的相位的包络线图；图(d)为船电和岸电的电压相同、频率和相位均不同时的包络线图；

图4为本发明实施例1中霍尔电压传感器组件的电路图；

图5为实施例1中霍尔电压传感器空载时测量的三组输出波形图；

图6为实施例1中霍尔电压传感器接入船电和岸电的输出波形图；

图7为实施例1中绝对值转换电路的电路图；

图8为实施例1中绝对值转换电路的输出波形图；

图9为实施例1中整形检波电路的电路图；

图10为实施例1中整形检波电路的输出波形和电压差包络线对比图；

图11为实施例1中单片机输出的波形图；

图12为实施例2中电压差包络线检测装置的电路图；

图13为实施例3中基于电压差包络线的港船接岸电的方法的原理图。

具体实施方式

实施例1

本实施例中的一种基于电压差包络线的港船接岸电的系统，具体的，基于电压差包络线的港船接岸电的系统包括岸电变压器T1、第一开关K2、第二开关K3、电压差包络线检测装置11和控制组件12。

请同时参阅图1和图2，图1为本发明基于电压差包络线的港船接岸电的原理图；图2为本发明实施例1中基于电压差包络线的港船接岸电的系统的信号原理图。

所述岸电变压器T1、第一开关K2依次连接并接入船电。所述第一开关K2设有用于与船电连接的第一组接触点和用于与岸电变压器T1连接的第二组接触点。所述电压差包络线检测装置11的第一组输入端与所述第一组接触点连接；所述电压差包络线检测装置11的第二组输入端通过所述第二开关K3与所述第二组接触点连接，以与所述第一开关K2并联连接。所述控制组件12分别与所述电压差包络线检测装置11和第一开关K2连接。

所述电压差包络线检测装置11获取岸电与船电之间的电压差包络线信号，并转换为周期性正向脉动信号后，传送到所述控制组件12；所述控制组件12以该周期性正向脉动信号的最低点为基准点，在该基准点的前后各取T时间，并将该2T时间设定为对接时间段，并在该对接时间段内发送合闸信号到所述第一开关K2，控制所述第一开关K2合闸，通过岸电变压器T1接入岸电，从而实现岸电与船电的无缝对接。其中，0≤T≤0.01s，交流电的周期是0.02s，在半个周期内提取合闸时间点。

具体的，设u₁、u₂分别表示为船电和岸电，且这两个电压的电压值可用正弦函数表示，其中U₁、U₂分别为船电和岸电电压的振幅电压；ω₁＝2πf₁、ω₂＝2πf₂，且ω₁和ω₂分别表示为船电和岸电的角频率，f₁和f₂分别表示为船电和岸电的频率；

和/>

分别表示船电和岸电电压的相位，则船电与岸电的电压差u满足如下公式：

u＝u₁-u₂＝U₁sin(ω₁t+ψ₁)-U₂sin(ω₂t+ψ₂) (1)

设U₁＝U₂＝U (2)

由此可知，船电和岸电的电压差由高频正弦和低频余弦两部分组成。

请参阅图3，其为船电和岸电的电压差包络线信号示意图，具体的，图(a)为船电和岸电的电压振幅相同、频率不同的包络线图；图(b)为船电和岸电的电压振幅和频率均不同时的包络线图；图(c)为船电和岸电的相位的包络线图；图(d)为船电和岸电的电压振幅相同、频率和相位均不同时的包络线图，其中四副图的横坐标表示时间，纵坐标表示电压差幅值。

设岸电和船电标准为400V/50Hz，在存在波动的情况下，船电和岸电的电压差幅值ΔU＝10％U，船电和岸电的频率差值Δf＝0.5Hz，船电和岸电的相位差值

(其中，Ψ₁＝π/2，Ψ₂＝-π/2)，瞬态电压差包络线范围：0～1200V(即相当于0～1.5×2U₁)，包络线周期约4s。由图(a)可知当船电和岸电的电压振幅相同、频率不同时，包络线有过零点，即船电和岸电之间的环流为0，此时，不断电接入岸电时所产生的影响最小，即可作为船电和岸电无缝对接时的最佳时机。

本发明中，若船电和岸电的相序一致时，如岸电的A相、B相、C相与船电的U相、V相、W相的相序一致，则依据三相电压的对称性，只需测量一相的相对电压，如岸电的A相与船电U相的电压差，以该相对相的相对电压便可以确定船电与岸电无缝对接的最佳时机。因此，本实施例中，以船电和岸电的相序一致时，测量一相的相对电压来说明如何选择船电和岸电无缝对接时的最佳时机。

所述电压差包络线检测装置11包括电压差获取电路111、绝对值转换电路112和整形检波电路113。所述电压差获取电路111的两输入端分别并联在所述第一开关K2两端，并获取船电和岸电任一一相电源的电压差包络线信号；所述电压差获取电路111的输出端与所述绝对值转换电路112的输入端连接，并将该电压差包络线信号传送到所述绝对值转换电路112；所述绝对值转换电路112的输出端与所述整形检波电路113的输入端连接，并将电压差包络线信号转换为正向电压差包络线信号后，传送到所述整形检波电路113；所述整形检波电路113对电压差包络线信号进行检波处理，并转换为周期性正向脉动信号后，传送到所述控制组件12。

请同时参阅图4至图6，图4其为本发明实施例1中霍尔电压传感器组件的电路图；图5为实施例1中霍尔电压传感器空载时测量的三组输出波形图；图6为实施例1中霍尔电压传感器接入船电和岸电的输出波形图；其中，图5的横坐标表示时间，单位为ms；纵坐标表示电压差幅值，单位V；图6的横坐标表示时间，单位为ms；纵坐标表示电压差幅值，单位mV。

所述电压差获取电路111包括一组霍尔电压传感器组件。所述霍尔电压传感器组件包括第一接线座X1、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第一霍尔电压传感器A1和第一测量电阻R3。船电的一相电压通过所述第一开关K2的第一组接触点与所述第一接线座X1的第一接线端子连接；岸电的一相电压连接通过所述第一开关K2的第二组接触点与所述第一接线座X1的第二接线端子，其中该船电和和岸电的相电压相序一致。所述第一霍尔电压传感器A1的第一输入端通过所述第一分压电阻R1与所述第一接线座X1的第一接线端子连接；所述第一霍尔电压传感器A1的第二输入端通过所述第二分压电阻R2与所述第一接线座X1的第二接线端子连接，且所述第一霍尔电压传感器A1通过所述第一输入端和所述第二输入端分别获取船电的一相电压以及与该船电的相电压相对应的岸电一相电压，进而获取一相船电和岸电的电压差包络线信号；所述第一霍尔电压传感器A1的输出端与所述绝对值转换电路112的输入端连接，并通过所述第一测量电阻R3接地。

由于目前的船电频率表可能出现误差，因此，在船电和岸电对接之前，还在船舶配电装置上设置精准频率表，通过精准频率表测量船电频率，并手动或自动调节发动机油门，以调节船电频率，使船电频率比岸电频率低0.1Hz-0.5Hz，再进行船电和岸电的对接，以保证发电机承担的负载功率最高达到100％，最低达到-30％，理想状态为50％左右。防止岸电逆功率过高，出现发电机抖动情况，造成发电机过闸跳闸；而发电机逆功率过高，会使发电机自动跳闸，在这过程中，也可能会对岸电带来负荷的冲击，严重时还会出现岸电过闸跳闸。

下面具体阐述霍尔电压传感器的原理：

接入的船电和岸电对霍尔电压传感器形成原边施加电压，进而在原边产生电流，由于受到洛仑兹力的作用，便在霍尔电压传感器内的霍尔元件端产生了磁场，从而在霍尔元件端产生电位差。当原边端的电压变化时，霍尔元件端的磁场也产生相应的变化，当电压反向时，磁场就反向，霍尔元件端产生相反的电位差。通过霍尔电压传感器内的运算放大器对电流信号进行放大，输出到外界第一测量电阻上，第一测量电阻上的电压就是原边端的等比例电压值。

请同时参阅图7和图8，图7为实施例1中绝对值转换电路112的电路图；图8为实施例1中绝对值转换电路112的输出波形图，其中，图8的横坐标表示时间，单位ms；纵坐标表示电压差幅值，单位mV。

所述绝对值转换电路112包括第一双极型输入晶体管放大器D6和第二双极型输入晶体管放大器D7、第一开关二极管V45和第二开关二极管V36。所述第一双极型输入晶体管放大器D6的4引脚接-5V1电压，所述第一双极型输入晶体管放大器D6的7引脚接5V1电压，所述第一双极型输入晶体管放大器D6的3引脚接地，且所述第一双极型输入晶体管放大器D6的2引脚通过电阻R94与所述第一霍尔电压传感器的输出端连接。所述第一双极型输入晶体管放大器D6的2引脚与第二双极型输入晶体管放大器D7的2引脚之间还连接有电阻R95和电阻R97，所述第一双极型输入晶体管放大器D6的2引脚与第二双极型输入晶体管放大器D7的3引脚之间还连接有电阻R96，所述第一双极型输入晶体管放大器D6的6引脚通过正向第一开关二极管V45连接至所述第一双极型输入晶体管放大器D6的3引脚与电阻R96之间，且该引脚通过反向第二开关二极管V36连接至电阻R95与电阻R97之间，以对电压输出范围进行选择；所述第二双极型输入晶体管放大器D7的4引脚接-5V1电压，所述第二双极型输入晶体管放大器D7的7引脚接+5V1电压，所述第二双极型输入晶体管放大器D7的6引脚输出绝对值电压，并通过电阻R98连接至所述第二双极型输入晶体管放大器D7的2引脚，以反馈回电路。

请同时参阅图9和图10，图9为实施例1中整形检波电路113的电路图；图10为实施例1中整形检波电路113的输出波形和电压差包络线对比图，其中，图10中横坐标表示时间，单位为s；纵坐标表示电压差幅值，单位mV，且图10的上半部分的图像表示整形检波电路113的输出波形图，下半部分表示为电压差包络线波形图。

所述整形检波电路113包括双运算放大器D8。所述双运算放大器D8的8引脚接+5V1电压，4引脚接地，2引脚连接至电阻R99和电阻R100之间；3引脚与电阻R101连接后与所述绝对值转换电路112的6引脚连接；1引脚与电阻R100和电阻R99连接后接地，且该1引脚通过电阻R10和并联的充电电容C40和充电电容C41后输出整形电压。

请参阅图11，其为实施例1中单片机输出的波形图，其中图中横坐标表示时间，单位为s；纵坐标表示电压差幅值，单位mV，且该图从上到下依次为整形检波电路113的输出波形图、电压差包络线波形图、单片机输出的波形图。

所述控制组件12包括单片机121和工控计算机122。所述单片机121的输入端与所述整形检波电路113的输出端连接，并对该周期性正向脉动信号进行采样和滤波，且以该周期性正向脉动信号的最低点为基准点设定对接时间段，在该对接时间段内向所述工控计算机122发送对接信号。所述工控计算机122根据该对接信号发送合闸控制信号到所述第一开关K2，所述第一开关K2合闸，实现岸电与船电的无缝对接。

为防止岸电接入时，岸电与船电的相序不一致而烧坏电机以及船电组件，本发明的基于电压差包络线的港船接岸电的系统还包括第一相序开关(K1)和第二相序开关(K4)。所述控制组件12还包括与工控计算机连接的相序检测装置123。下面详细介绍第一相序开关(K1)第二相序开关(K4)和相序检测装置123的连接关系。

由于船电的A相、B相、C相与电机G2的A2相、B2相和C2相序一致，因此只需要检测变压器的输出端U相、V相、W相是否与船电的A相、B相、C相序一致，便可以确定变压器的输出端U相、V相、W相是否与电机G2的A2相、B2相和C2相序一致。具体的，船电的A相、B相、C相分别通过第一相序开关(K1)、第一开关(K2)与变压器的输出端U相、V相、W相连接；船电的A相、B相、C相通过第二相序开关(K4)和第一相序开关(K4)、第一开关(K2)与岸电的V相、U相、W相连接对应。所述相序检测装置一端分别与船电的A相、B相、C相连接，另一端分别与变压器的输出端U相、V相、W相连接，以检测船电和岸电是否相序一致：若相序一致，则闭合第一相序开关(K1)闭合第二开关K3，开始检测电压差包络线；若相序不一致，则闭合第二相序开关(K4)，再开始检测电压差包络线。

为此，本实施例中，所述控制组件12还包括与工控计算机连接的相序检测装置123、相位检测装置124、电压检测装置125、频率检测装置126、电流检测装置127和显示单元128。所述相位检测装置124、电压检测装置125、频率检测装置126和电流检测装置127分别接入检测开关组件K与所述第一开关K2的第一接触点之间，以检测船电的相序、相位、电压、频率和电流等电力信息，并通过显示单元128显示。通过比对船电和岸电的频率，以确保船电频率比岸电的频率低0.1Hz-0.5Hz才进行合闸。进一步地，所述控制组件12还用于检测和显示船电和岸电两者断闸和合闸前后的电压、电流、功率、功率因素和频率等信息。

下面具体阐述整个系统的工作原理：

1、船电不断电并入岸电

接好电缆，将船舶发电机的开关K5合闸。通过工控计算机122对船电相序、相位、电压和频率进行取样，并与岸电进行比较，判断船电的A、B、C相是否与岸电的U、V、W相序对应，如若相序一致，则闭合第一相序开关K1，若相序不一致，则闭合第二相序开关K4；再判断船电频率比岸电的频率低0.1Hz-0.5Hz，若船电频率比岸电的频率低0.1Hz-0.5Hz，则获取船电和岸电的电压差包络线信号，否则，不进行船电和岸电的对接工作。

进行船电和岸电的电压差包络线信号检测时，通过工控计算机122控制第二开关K3合闸，所述第一霍尔电压传感器获取船电和岸电任一一相电源的电压差包络线信号，并传送到绝对值转换电路112；由绝对值转换电路112对电压差包络线信号进行处理，输出设定范围内的正向电压差包络线信号，并传送到整形检波电路113；由整形检波电路113对该正向电压差包络线信号进行整形获得周期性的正向脉动信号后，传送到单片机121；单片机121对该正向脉动信号进行采样和滤波后，且以该周期性正向脉动信号的最低点为基准点设定对接时间段，进而形成周期性方波信号，且在该对接时间段内向所述工控计算机122发送对接信号，由工控计算机122发送合闸信号到第一开关K2，进而控制第一开关K2合闸，实现船电与岸电的无缝对接，进而实现船电向岸电转移。

2、岸电不断电并入船电

将船舶发电机的开关K5合闸并建立电压，此时，在船舶发电机和岸电变压器T1之间形成电压差和冲击环流，调节船舶发电机调速开关，工控计算机122控制第一开关K2开闸，进而切断岸电的岸电变压器T1供压，从而实现岸电不断电并入船电。

相比于现有技术，本发明通过获取岸电与船电之间的一相电压差包络线信号，并转换为周期性正向脉动信号，且检测该周期性正向脉动信号的最低点，并根据该最低点设定对接时间段，在该对接时间段内发送合闸信号，在不断船电的情况下，实现了同频率的岸电与船电的无缝对接，有效防止船电与岸电连接时环流对岸电的变压设备、船舶的发电机、船舶设备造成的损坏，确保了岸电、船舶发电机和船舶设备的正常运行。

实施例2

本实施例的基于电压差包络线的港船接岸电的系统与实施例1的结构和原理基本相同，主要区别在于，所述电压差包络线检测装置11中的结构的不同，用于通过电压多路复用器选通获取其中一相的船电和岸电的电压差包络线信号。

请参阅图12，其为实施例2中电压差包络线检测装置的电路图。

具体的，所述电压差包络线检测装置包括电压差获取电路0111、绝对值转换电路0112和整形检波电路0113。所述电压差获取电路0111的两输入端分别并联在所述第一开关K2两端，并获取船电和岸电的三相电源的电压差包络线信号；所述电压差获取电路0111的输出端与所述绝对值转换电路0112的输入端连接，并将该电压差包络线信号传送到所述绝对值转换电路0112；所述绝对值转换电路0112的输出端与所述整形检波电路0113的输入端连接，并将电压差包络线信号转换为正向电压差包络线信号后，传送到所述整形检波电路0113；所述整形检波电路0113对电压差包络线信号进行检波处理，并转换为周期性正向脉动信号后，传送到所述控制组件。

所述电压差获取电路0111包括六组霍尔电压传感器组件A1-A6和电压多路复用器D9，其中一组霍尔电压传感器获取船电和岸电AU或者BV或者CW电压差信号，并传送到所述电压多路复用器D9；所述电压多路复用器D9的输出端与所述绝对值转换电路0112的输入端连接，通过所述电压多路复用器D9选通一相对应的船电和岸电的电压差包络线信号，并将该电压差包络线信号传送到所述绝对转换电路；另外的五组霍尔电压传感器组作为备用。

所述霍尔电压传感器组件A1的两输入端分别连接至船电的A相和岸电的U相电压，或者分别连接至船电的B相和岸电的V相电压，或者分别连接至船电的C相和岸电的W相电压。

所述霍尔电压传感器组件A1包括接线座、4个串联的第三分压电阻、两个串联的第四分压电阻、第二霍尔电压传感器和第二测量电阻。所述接线座的第一接线端子连接至船电的A相电压，所述接线座的第二接线端子连接至船电的B相电压。所述第二霍尔电压传感器的第一输入端通过所述4个串联的第三分压电阻与所述接线座的第一接线端子连接，所述第二霍尔电压传感器的第二输入端通过所述两个串联的第四分压电阻与所述接线座的第二接线端连接。所述第二霍尔电压传感器的输出端连接至所述电压多路复用器D9的13引脚，并通过所述第二测量电阻接地。

另外备用的五组霍尔电压传感器组件与霍尔电压传感器组件A1的结构和原理完全相同，区别仅仅在于输入端和输出端连接的部件不同，这里不再一一赘述。

所述电压多路复用器的16引脚和7引脚分别连接+5V1电压和-5V1电压，6引脚和8引脚接地。所述电压多路复用器的11引脚、10引脚和9引脚为与单片机121连接的地址端，通过单片机121控制该三个引脚的输入，从而控制其他引脚的输入情况，从而在所述电压多路复用器的3引脚输出一相对应的船电和岸电的电压差包络线信号。

具体的，所述电压多路复用器D9的11引脚通过电阻R107接+5V1电压，所述电压多路复用器的11引脚与电阻R107之间与三极管V37的集电极连接，且三极管V37的发射极接地，三极管V37的基极连接至单片机121。所述电压多路复用器D9的10引脚通过电阻R109接+5V1电压，其在所述电压多路复用器D9的10引脚与电阻R109之间与三极管V37的集电极连接，且三极管V37的发射极接地，三极管V37的基极连接至单片机121。所述电压多路复用器D9的9引脚通过电阻R111接+5V1电压，其在所述电压多路复用器D9的9引脚与电阻R111之间与三极管V37的集电极连接，且三极管V37的发射极接地，三极管V37的基极连接至单片机121。

所述绝对值转换电路0112和整形检波电路0113与实施例1的结构完全相同，这里不加以赘述。

本实施例中，所述电压差包络线检测装置11’还包括电流获取电路114’，所述电流获取电路114’通过获取船电或岸电的电流，以实时检测两者工作时的电流状态。

相比于现有技术，本发明通过测量电压复用器选通一相的船电和岸电的电压差包络线信号，并获取电压差包络线信号的最低点，且根据该最低点设定对接时间段，在该对接时间段内发送合闸信号，在不断船电的情况下，实现了岸电与船电的无缝对接，有效防止船电与岸电连接时环流对岸电的变压设备、船舶的发电机、船舶设备造成的损坏，确保了岸电、船舶发电机和船舶设备的正常运行。

实施例3

本发明还同时提供了一种基于电压差包络线的港船接岸电的方法，具体包括如下步骤：

步骤S1：获取船电和岸电的电压差包络线信号，并转换为周期性正向脉动信号。

所述电压差获取电路的两输入端分别并联在所述第一开关两端，并获取船电和岸电任一一相电源的电压差包络线信号；所述电压差获取电路的输出端与所述绝对值转换电路的输入端连接，并将该电压差包络线信号传送到所述绝对值转换电路；所述绝对值转换电路的输出端与所述整形检波电路的输入端连接，并将电压差包络线信号转换为正向电压差包络线信号后，传送到所述整形检波电路；所述整形检波电路对电压差包络线信号进行检波处理，并转换为周期性正向脉动信号后，传送到所述控制组件。

其中，所述绝对值转换电路和所述整形检波电路的具体结构和原理与实施例1的完全相同，这里不加以赘述。所述电压差获取电路的结构为实施例1中公开的结构，用于直接获取一相船电和岸电的电压差包络线信号。或者所述电压差获取电路的结构为实施例2中公开的结构，用于通过电压多路复用器选通获取一相船电和岸电的电压差包络线信号。

在一个实施例中，在获取船电和岸电的电压差包络线信号之前，还判断船电与岸电的相序连接是否一致，若一致，则获取船电和岸电的电压差包络线信号，否则，通过切换相序开关使船电与岸电的相序连接一致。具体的，所述船电的A相、B相、C相通过第一相序开关K1和第一开关K2与岸电的U相、V相、W相连接对应；船电的A相、B相、C相通过第二相序开关K4和第一开关K2与岸电的V相、U相、W相连接对应；通过比对船电和岸电的相序是否一致，以接通所述第一相序开关K2或第二相序开关K4。

在一个实施例中，由于目前的船电频率表可能出现误差，在船电和岸电对接之前，还在船舶配电装置上设置精准频率表，通过精准频率表测量船电频率，并手动或自动通过调节发动机油门，以调节船电频率，使船电频率比岸电频率低0.1Hz-0.5Hz，再进行船电和岸电的对接，以保证发电机承担的负载功率最高达到100％，最低达到-30％，理想状态为50％左右。防止岸电逆功率过高，出现发电机抖动情况，造成发电机过闸跳闸；而发电机逆功率过高，会使发电机自动跳闸，在这过程中，也可能会对岸电带来负荷的冲击，严重时还会出现岸电过闸跳闸。

步骤S2：以该周期性正向脉动信号的最低点为基准点，在该基准点的前后各取T时间，并将该2T时间设定为对接时间段，其中0≤T≤0.01s。

步骤S3：判断当前时刻是否处于该对接时间段内，若是，则将船电和岸电对接。

通过单片机对该周期性正向脉动信号进行采样和滤波，且以该周期性正向脉动信号的最低点为基准点设定对接时间段，在该对接时间段内向工控计算机发送对接信号工控计算机根据该对接信号发送合闸控制信号到所述第一开关，所述第一开关合闸，实现岸电与船电的无缝对接。

当港船需要离岸时，此时需要执行岸电不断电并入船电，这是可将船舶发电机的开关合闸并建立电压，此时，在船舶发电机和岸电变压器之间形成电压差和冲击环流，调节船舶发电机调速开关，岸电变压器转移负载，当岸电变压器负载功率减少到5％PN时，工控计算机控制开闸，进而切断岸电的岸电变压器供压，从而实现岸电不断电并入船电。

相比于现有技术，本发明通过测量船电和岸电的电压差包络线信号，并获取电压差包络线信号的最低点，且根据该最低点设定对接时间段，在该对接时间段内发送合闸信号，在不断船电的情况下，实现了岸电与船电的无缝对接，有效防止船电与岸电连接时环流对岸电的变压设备、船舶的发电机、船舶设备造成的损坏，确保了岸电、船舶发电机和船舶设备的正常运行。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于电压差包络线的港船接岸电的系统，其特征在于：包括岸电变压器、第一开关、电压差包络线检测装置和控制组件；

所述岸电变压器经由所述第一开关(K2)接入船电；所述电压差包络线检测装置与所述第一开关(K2)并联连接，并将获取的岸电与船电之间的电压差包络线信号转换为周期性正向脉动信号后，传送到所述控制组件；所述控制组件分别与所述电压差包络线检测装置和第一开关(K2)连接；所述控制组件以该周期性正向脉动信号的最低点为基准点，在该基准点的前后各取T时间，并将该2T时间设定为对接时间段，且在该对接时间段内发送合闸信号到所述第一开关(K2)，控制所述第一开关(K2)合闸；其中0≤T≤0.01s；

所述电压差包络线检测装置包括电压差获取电路、绝对值转换电路和整形检波电路；所述电压差获取电路的两输入端分别并联在所述第一开关(K2)的两端，并获取船电和岸电的电压差包络线信号；所述电压差获取电路的输出端与所述绝对值转换电路的输入端连接，并将该电压差包络线信号传送到所述绝对值转换电路；所述绝对值转换电路的输出端与所述整形检波电路的输入端连接，并将电压差包络线信号转换为正向电压差包络线信号后，传送到所述整形检波电路；所述整形检波电路对电压差包络线信号进行检波处理，并转换为周期性正向脉动信号后，传送到所述控制组件。

2.根据权利要求1所述的基于电压差包络线的港船接岸电的系统，其特征在于：还包括用于控制是否接入电压差包络线检测装置的第二开关(K3)；所述第一开关(K2)设有用于与船电连接的第一组接触点和用于与岸电变压器连接的第二组接触点；所述电压差包络线检测装置的第一组输入端与所述第一组接触点连接；所述电压差包络线检测装置的第二组输入端通过所述第二开关(K3)与所述第二组接触点连接。

3.根据权利要求2所述的基于电压差包络线的港船接岸电的系统，其特征在于：所述控制组件包括单片机和工控计算机；所述单片机的输入端与所述电压差包络线检测装置的输出端连接，并对该周期性正向脉动信号进行采样和滤波，且以该周期性正向脉动信号的最低点为基准点设定对接时间段，在该对接时间段内向所述工控计算机发送对接信号；所述工控计算机根据该对接信号发送合闸控制信号到所述第一开关(K2)，所述第一开关(K2)接收所述合闸控制信号并合闸。

4.根据权利要求2所述的基于电压差包络线的港船接岸电的系统，其特征在于：还包括并联的第一相序开关(K1)和第二相序开关(K4)；船电的A相、B相、C相分别通过第一相序开关(K1)、第一开关(K2)与岸电变压器的输出端U相、V相、W相连接；所述控制组件还包括相序检测装置；所述相序检测装置一端分别与船电的A相、B相、C相连接，另一端分别与岸电变压器的输出端U相、V相、W相连接，以检测船电和岸电是否相序一致：若相序一致，则闭合第一相序开关(K1)；若相序不一致，则闭合第二相序开关(K4)。

5.根据权利要求4所述的基于电压差包络线的港船接岸电的系统，其特征在于：所述电压差获取电路包括一组霍尔电压传感器组件；所述霍尔电压传感器组件包括第一分压电阻、第二分压电阻、第一霍尔电压传感器和第一测量电阻；所述第一霍尔电压传感器的第一输入端通过所述第一分压电阻与所述第一开关(K2)的第一接触点连接；所述第一霍尔电压传感器的第二输入端通过所述第二分压电阻与所述第二开关的第二接触点连接，且所述第一霍尔电压传感器通过所述第一输入端和所述第二输入端分别获取船电的一相电压以及与该船电的相电压相对应的岸电一相电压，进而获取一相船电和岸电的电压差包络线信号；所述第一霍尔电压传感器的输出端与所述绝对值转换电路的输入端连接，并通过所述第一测量电阻接地。

6.根据权利要求4所述的基于电压差包络线的港船接岸电的系统，其特征在于：还包括设置在船舶配电装置上的精准频率表，所述精准频率表用于测量船电频率，且根据所述精准频率表测量的船电频率，手动或自动调节发动机油门，以调节船电频率，使船电频率比岸电频率低0.1Hz-0.5Hz，再进行船电和岸电的对接。

7.一种采用如权利要求1至6中任一项所述系统的基于电压差包络线的港船接岸电的方法，其特征在于：包括如下步骤，

获取船电和岸电的电压差包络线信号，并转换为周期性正向脉动信号；

以该周期性正向脉动信号的最低点为基准点，在该基准点的前后各取T时间，并将该2T时间设定为对接时间段，其中0≤T≤0.01s；

判断当前时刻是否处于该对接时间段内，若是则将船电和岸电对接。

8.根据权利要求7所述的基于电压差包络线的港船接岸电的方法，其特征在于：在船电和岸电对接之前，还通过设置在船舶配电装置上的精准频率表测量船电频率，并手动或自动调节发动机油门，以调节船电频率，使船电频率比岸电频率低0.1Hz-0.5Hz，再进行船电和岸电的对接。

9.根据权利要求7所述的基于电压差包络线的港船接岸电的方法，其特征在于：所述船电和岸电的电压差包络线信号为一相船电和岸电的电压差包络线信号。

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