本发明涉及一种船舶岸电供电技术领域，尤其涉及一种用于岸电系统的船岸压降补偿系统。
背景技术：
现如今，靠港船舶使用岸电正在成为发展趋势，国内大量港口、电厂、客轮等码头同时也在大力规划和建设船舶岸电基础设施。因此，大力推广建设港口岸电系统，对实现环保、低碳、水运无污染化、可持续发展的长期目标有着深远的意义。
而在实际岸电系统使用中，当岸电变频电源输出的电压通过线缆传送到船舶上时，功率通过线缆时会产生损耗，而且在电源运行时输出变压器、电容器、开关等设备也需要产生一定的能量，因此岸电电源供电传输到船上时会产生不同的压降，影响了岸基电源系统的供电品质，同时不利于岸电系统的安全稳定运行。
技术实现要素：
为解决上述的现有问题，现提供一种用于岸电系统的船岸压降补偿系统，其特征在于，用于调节变频电源的输出电压值，所述变频电源通过线缆将所述输出电压值输送至所述船舶；
所述线缆包括第一部分和第二部分，所述第一部分为设置岸上的线缆，所述第二部分为除所述第一部分外的剩余线缆；
所述船岸压降补偿系统中包括：
第一补偿单元，用于获取所述线缆的第一部分的第一有功功率和第一无功功率，并对所述第一有功功率和所述第一无功功率进行处理得到第一电压调节值，根据第一电压调节值调节所述变频电源的输出电压值；
第二补偿单元，用于获取所述线缆的第二有功功率和第二无功功率，并对所述第二有功功率和所述第二无功功率进行处理得到第二电压调节值，在所述第一补偿单元对所述变频电源的输出电压值进行调节后，根据第二电压调节值再次调节所述变频电源的输出电压值。
优选的，所述第一补偿单元包括：
第一采集模块，所述第一采集模块设置在所述第一部分与所述第二部分连接的第一节点上，用于获取所述第一部分的第一有功功率和第一无功功率并输出；
第一处理模块，所述第一处理模块与所述第一采集模块连接，用于对所述第一有功功率和第一无功功率进行处理，得到第一电压调节值并输出；
第一调节模块，所述第一调节模块与所述第一处理模块连接，用于根据所述第一电压调节值生成一第一调节信号，并输出至所述变频电源，调节所述变频电源的输出电压值。
优选的，所述第一处理模块中包括：
第一线损处理部件，用于对所述第一有功功率和所述第一无功功率进行线损处理，得到第一线损值；
第一比例调节部件，所述第一比例调节部件中预设一电压参考值，所述第一比例调节部件与所述第一线损处理部件连接，用于根据所述电压参考值对所述第一线损值进行电压调节，得到所述第一电压调节值。
优选的，第一线损处理部件采用下述公式进行线损处理：
其中，δu1用于表述第一线损值；
p1用于表述第一有功功率；
r1用于表述第一无功功率；
q1用于表述第一部分的电阻；
x1用于表述第一部分的感抗；
un用于表述额定电压值。
优选的，所述第二补偿单元包括：
第二采集模块，所述第二采集模块设置在所述线缆与所述船舶连接的第二节点上，用于获取所述线缆的第二有功功率和第二无功功率并输出；
第二处理模块，所述第二处理模块与所述第二采集模块连接，用于对所述第二有功功率和第二无功功率进行处理，得到第二电压调节值并输出；
第二调节模块，所述第二调节模块与所述第二处理模块连接，用于根据所述第二电压调节值生成一第二调节信号，并输出至所述变频电源，调节所述变频电源的输出电压值。
优选的，所述第二处理模块中包括：
第二线损处理部件，用于对所述第二有功功率和所述第二无功功率进行线损处理，得到第二线损值；
第二比例调节部件，所述第二比例调节部件中预设一电压参考值，所述第二比例调节部件与所述第二线损处理部件连接，用于根据所述电压参考值对所述第二线损值进行电压调节，得到所述第二电压调节值。
优选的，第二线损处理部件采用下述公式进行线损处理：
其中，δu2用于表述第二线损值；
p2用于表述第二有功功率；
r2用于表述第二无功功率；
q2用于表述所述线缆的电阻；
x2用于表述所述线缆的感抗；
un用于表述额定电压值。
优选的，所述船岸压降补偿系统中还包括：
第三补偿单元，所述第三补偿单元设置在所述线缆的第一部分上，用于调节所述变压电源输出的无功功率。
本技术方案的有益效果：对线缆的线损和无功功率做补偿，能够精确地调节电压，保证最优的输出电能质量，最大程度保证电压调节的快速性和精确度，维持系统电压水平的稳定，使得最终能够输出稳定且符合标准的电能质量，保证整个岸电系统安全、稳定、经济运行。
附图说明
图1是本发明中的一种优选实施例的系统的结构示意图；
图2是本发明中的一种优选实施例的第一补偿单元的结构示意图；
图3是本发明中的一种优选实施例的第一处理模块的结构示意图；
图4是本发明中的一种优选实施例的第二补偿单元的结构示意图；
图5是本发明中的一种优选实施例的第二处理模块的结构示意图；
图6是本发明中的一种优选实施例的第三补偿单元的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
一种用于岸电系统的船岸压降补偿系统，如图1所示，用于调节变频电源1的输出电压值，变频电源1通过线缆将输出电压值输送至船舶2；
线缆包括第一部分和第二部分，第一部分为设置岸上的线缆，第二部分为除第一部分外的剩余线缆；
船岸压降补偿系统中包括：
第一补偿单元3，用于获取线缆的第一部分的第一有功功率和第一无功功率，并对第一有功功率和第一无功功率进行处理得到第一电压调节值，根据第一电压调节值调节变频电源1的输出电压值；
第二补偿单元4，用于获取线缆的第二有功功率和第二无功功率，并对第二有功功率和第二无功功率进行处理得到第二电压调节值，在所述第一补偿单元对所述变频电源的输出电压值进行调节后，根据第二电压调节值再次调节变频电源1的输出电压值。
具体地，船舶2在靠岸时，由于船舶2的构造不同、停靠的位置不同，则从变频器到船舶2的线缆的总长度不同，结合实际情况来说，线缆中位于岸上的第一部分的长度是固定的，而线缆中位于水中的第二部分的长度则随着船舶2的具体位置的改变而改变。
因此，在对变频电源1进行电压值调节时，首先采用第一补偿单元3对第一部分的有功功率和无功功率进行线损处理、电压调节得到第一电压控制值，根据第一电压控制值调节变频电源1的输出电压值，第一补偿单元3实现了对变频电源1的输出电压值的初次调节。
随后，再采用第二补偿单元4对线缆的整体的有功功率和无功功率进行线损处理、电压调节得到第二电压控制值，根据第二电压控制值再次调节变频电源1的输出值，第二补偿控制单元实现了对变频电源1的输出电压值的二次调节。
通过第一补偿单元3首先对变频电源1的输出电压值进行初次调节，随后再通过第二补偿单元4对变频电源1的输出电压值进行再次调节，第一补偿单元3为第二补偿单元4提供调节的基础，第二补偿单元4根据线缆的整体进行补偿处理，则实现了对变频电源1的输出电压值的精确调节。
本发明的一种较优实施例中，第一补偿单元3，如图2所示，包括：
第一采集模块31，第一采集模块31设置在第一部分与第二部分连接的第一节点s1上，用于获取第一部分的第一有功功率和第一无功功率并输出；
第一处理模块32，第一处理模块32与第一采集模块31连接，用于对第一有功功率和第一无功功率进行处理，得到第一电压调节值并输出；
第一调节模块33，第一调节模块33与第一处理模块32连接，用于根据第一电压调节值生成一第一调节信号，并输出至变频电源1，调节变频电源1的输出电压值。
具体地，第一补偿单元3中包括第一采集模块31、第一处理模块32和第一控制单元，第一采集模块31获取第一部分的第一有功功率和第一无功功率并输出，第一处理模块32对第一有功功率和第一无功功率进行处理，第一调节模块33，根据第一调节信号，调节变频电源1的输出电压值，以此实现对变频电源1的输出电压值的调节。
本发明的一种较优实施例中，第一处理模块32中，如图3所示，包括：
第一线损处理部件321，用于对第一有功功率和第一无功功率进行线损处理，得到第一线损值；
第一比例调节部件322，第一比例调节部件322中预设一电压参考值，第一比例调节部件322与第一线损处理部件321连接，用于根据电压参考值对第一线损值进行电压调节，得到第一电压调节值。
具体地，第一处理模块32中包括第一线损处理部件321和第一比例调节部件322，第一线损单元进行第一部分的线缆的线损计算，得到第一线损值，第一比例调节部件322则根据电压参考值和第一线损值，得到电压控制值。
本发明的一种较优实施例中，第一线损处理部件321采用下述公式进行线损处理：
其中，δu1用于表述第一线损值；
p1用于表述第一有功功率；
r1用于表述第一无功功率；
q1用于表述第一部分的电阻；
x1用于表述第一部分的感抗；
un用于表述额定电压值。
具体地，第一部分的电阻采用下述公式(1)计算得到：
其中，l1是第一部分的线缆长度，a是线缆中导线的横截面积，cj是绞入系数，单股导线为1，多股导线为1.02，ρt是电阻率，通过下述公式(2)即可计算得到：
ρt＝ρ20[1 α(t-20)](2)
其中，ρ20是导线在温度为20℃时的电阻率，在使用铝线芯制作线缆时，ρ20为2.82×10-6ω·cm，铝线芯包括铝电线、铝电缆、硬铝母线，在使用铜线芯制作线缆时，ρ20为1.72×10-6ω·cm，铜线芯包括铜电线、铜电缆、硬铜母线；α是电阻温度系数，铝和铜的电阻温度系数均为0.04，t为实际工作时的温度。
具体地，第一部分的感抗采用下述公式(3)计算得到：
其中x′是第一部分的线缆的每相单位长度的感抗，f是频率l′是电线、母线或电缆每相单位长度的电感量，l′采用下述公式(4)计算得到：
其中，当频率f＝50hz时，上式(3)可简化为
其中，dj是几何均距，dz是线芯自几何均距或等效半径，对于圆形截面线芯的电缆dz一般取0.389d，d是电线或圆形线芯电缆主线芯的直径。
具体地，第一部分的有功损耗采用下述公式(6)计算得到：
具体地，第一部分的无功损耗采用下述公式(7)计算得到：
因此，第一线损处理部件321采用下述公式(8)进行线损处理：
本发明的一种较优实施例中，第二补偿单元4，如图4所示，包括：
第二采集模块41，第二采集模块41设置在线缆与船舶2连接的第二节点s2上，用于获取线缆的第二有功功率和第二无功功率并输出；
第二处理模块42，第二处理模块42与第二采集模块41连接，用于对第二有功功率和第二无功功率进行处理，得到第二电压调节值并输出；
第二调节模块43，第二调节模块43与第二处理模块42连接，用于根据第二电压调节值生成一第二调节信号，并输出至变频电源1，调节变频电源1的输出电压值。
具体地，第二补偿单元4中包括第二采集模块41、第二处理模块42和第二控制单元，第二采集模块41获取线缆整体的第二有功功率和第二无功功率并输出，第二处理模块42对第二有功功率和第二无功功率进行处理，第二调节模块43，根据第二调节信号，再次调节变频电源1的输出电压值，以此实现对变频电源1的输出电压值的二次调节。
本发明的一种较优实施例中，第二处理模块42中，如图5所示包括：
第二线损处理部件421，用于对第二有功功率和第二无功功率进行线损处理，得到第二线损值；
第二比例调节部件422，第二比例调节部件422中预设一电压参考值，第二比例调节部件422与第二线损处理部件421连接，用于根据电压参考值对第二线损值进行电压调节，得到第二电压调节值。
具体地，第二处理模块42中包括第二线损处理部件421和第二比例调节部件422，第二线损单元进行线缆整体的线损计算，得到第二线损值，第二比例调节部件422则根据电压参考值和第二线损值，得到电压控制值。
本发明的一种较优实施例中，第二线损处理部件421采用下述公式进行线损处理：
其中，δu2用于表述第二线损值；
p2用于表述第二有功功率；
r2用于表述第二无功功率；
q2用于表述所述线缆的电阻；
x2用于表述所述线缆的感抗；
un用于表述额定电压值。
其中，具体地，第一部分的电阻采用下述公式(9)计算得到：
其中，l2是线缆整体的长度，a是线缆中导线的横截面积，cj是绞入系数，ρt是电阻率，可通过上述公式(2)即可计算得到。
具体地，第一部分的感抗采用下述公式(10)计算得到：
其中x′是第一部分的线缆的每相单位长度的感抗，f是频率l′是电线、母线或电缆每相单位长度的电感量，l′采用上述公式(4)计算得到。
其中，当频率f＝50hz时，上式(10)可简化为
其中，dj是几何均距，dz是线芯自几何均距或等效半径，对于圆形截面线芯的电缆dz一般取0.389d，d是电线或圆形线芯电缆主线芯的直径。
具体地，第一部分的有功损耗采用下述公式(12)计算得到：
具体地，第一部分的无功损耗采用下述公式(13)计算得到：
因此，第一线损处理部件321采用下述公式(14)进行线损处理：
本发明的一种较优实施例中，船岸压降补偿系统中还包括：
第三补偿单元5，第三补偿单元5设置在线缆的第一部分上，用于调节变压电源输出的无功功率。
具体地，第三补偿单元5采用tsvg动态无功补偿装置对线缆的无功功率进行补偿，于此处，如图6所示，主要由晶闸管投切电容器tsc、动态无功发生电源asvg和控制器51组成。tsvg可以等效视为输出电压幅值可控的一个与电网频率相同的交流电压源。改变tsvg交流侧输出的电压u的幅值，当u大于系统电压us时，tsvg补偿无功功率(相当于容性元件)；当小于系统电压us时，tsvg吸收无功功率(相当于感性元件)。改变电压幅值u的大小，就可以控制提供的无功功率大小，从而能够连续补偿，达到降低电压损耗，调节电压的目的。
进一步地，船岸压降补偿控制系统中还包括输入侧高压开关qf1、高压滤波单元l1、输出隔离变压器t1、输出侧高压开关qf2，等，其中输入侧高压开关qf1可选择高压真空接触器，起到预充电及分断输入电源的作用，输入电源可根据实际需求选择6kv或10kv，滤波单元l1为高压电抗器，主要起到滤波及限流的作用。第三补偿单元5选用tsvg动态无功功率补偿装置，调节无功功率，输出隔离变压器为星三角输出变压器，其输出为6.6kv，输出三相四线，中性点经过高阻接地，输出侧高压开关qf2可分断输出负载电流，并配置继电保护装置，保护系统设备运行，而第一补偿单元3和第二补偿单元4则是对线路电压损耗进行计算，从而对电源输出电压进行调节，以弥补由于线损原因导致的电压降问题。
进一步地，将第三补偿单元5设置在第一补偿单元3之前，是考虑到岸电线路上出现电压异常状况时，由于动态无功补偿装置tsvg调节速度更快，响应时间小于20ms，因此tsvg优先投入，通过补偿无功功率，降低电压损耗量，使线路电压水平快速维持稳定。同时利用两次线损补偿计算出来的线路电压降低量，反馈精确调节电源输出端电压，保证岸电上船时的电能质量稳定并且符合标准。
在本发明的一种较优实施例中，系统中变压器功率为s1，效率系数为η，补偿前系统功率因数为
补偿前视在功率为：
补偿后视在功率为：
补偿前无功功率为：
补偿后无功功率为：
则无功补偿总容量为：
补偿前线路电压损耗为：
补偿后线路电压损耗为：
补偿后线路电压损失减少值为：
因此可见，在系统发生电压异常时，无功补偿装置投入使用，无功补偿的总容量，即动态无功补偿装置tsvg投切量为qt，电压损耗降低量为δut。从上面公式中可以看出，当补偿后功率因数
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
1.一种用于岸电系统的船岸压降补偿系统，其特征在于，用于调节变频电源的输出电压值，所述变频电源通过线缆将所述输出电压值输送至所述船舶；
所述线缆包括第一部分和第二部分，所述第一部分为设置岸上的线缆，所述第二部分为除所述第一部分外的剩余线缆；
所述船岸压降补偿系统中包括：
第一补偿单元，用于获取所述线缆的第一部分的第一有功功率和第一无功功率，并对所述第一有功功率和所述第一无功功率进行处理得到第一电压调节值，根据第一电压调节值调节所述变频电源的输出电压值；
第二补偿单元，用于获取所述线缆的第二有功功率和第二无功功率，并对所述第二有功功率和所述第二无功功率进行处理得到第二电压调节值，在所述第一补偿单元对所述变频电源的输出电压值进行调节后，根据第二电压调节值再次调节所述变频电源的输出电压值。
2.根据权利要求1所述的一种用于岸电系统的船岸压降补偿系统，其特征在于，所述第一补偿单元包括：
第一采集模块，所述第一采集模块设置在所述第一部分与所述第二部分连接的第一节点上，用于获取所述第一部分的第一有功功率和第一无功功率并输出；
第一处理模块，所述第一处理模块与所述第一采集模块连接，用于对所述第一有功功率和第一无功功率进行处理，得到第一电压调节值并输出；
第一调节模块，所述第一调节模块与所述第一处理模块连接，用于根据所述第一电压调节值生成一第一调节信号，并输出至所述变频电源，调节所述变频电源的输出电压值。
3.根据权利要求2所述的一种用于岸电系统的船岸压降补偿系统，其特征在于，所述第一处理模块中包括：
第一线损处理部件，用于对所述第一有功功率和所述第一无功功率进行线损处理，得到第一线损值；
第一比例调节部件，所述第一比例调节部件中预设一电压参考值，所述第一比例调节部件与所述第一线损处理部件连接，用于根据所述电压参考值对所述第一线损值进行电压调节，得到所述第一电压调节值。
4.根据权利要求3所述的一种用于岸电系统的船岸压降补偿系统，其特征在于，第一线损处理部件采用下述公式进行线损处理：
其中，δu1用于表述第一线损值；
p1用于表述第一有功功率；
r1用于表述第一无功功率；
q1用于表述第一部分的电阻；
x1用于表述第一部分的感抗；
un用于表述额定电压值。
5.根据权利要求1所述的一种用于岸电系统的船岸压降补偿系统，其特征在于，所述第二补偿单元包括：
第二采集模块，所述第二采集模块设置在所述线缆与所述船舶连接的第二节点上，用于获取所述线缆的第二有功功率和第二无功功率并输出；
第二处理模块，所述第二处理模块与所述第二采集模块连接，用于对所述第二有功功率和第二无功功率进行处理，得到第二电压调节值并输出；
第二调节模块，所述第二调节模块与所述第二处理模块连接，用于根据所述第二电压调节值生成一第二调节信号，并输出至所述变频电源，调节所述变频电源的输出电压值。
6.根据权利要求5所述的一种用于岸电系统的船岸压降补偿系统，其特征在于，所述第二处理模块中包括：
第二线损处理部件，用于对所述第二有功功率和所述第二无功功率进行线损处理，得到第二线损值；
第二比例调节部件，所述第二比例调节部件中预设一电压参考值，所述第二比例调节部件与所述第二线损处理部件连接，用于根据所述电压参考值对所述第二线损值进行电压调节，得到所述第二电压调节值。
7.根据权利要求5所述的一种用于岸电系统的船岸压降补偿系统，其特征在于，第二线损处理部件采用下述公式进行线损处理：
其中，δu2用于表述第二线损值；
p2用于表述第二有功功率；
r2用于表述第二无功功率；
q2用于表述所述线缆的电阻；
x2用于表述所述线缆的感抗；
un用于表述额定电压值。
8.根据权利要求1所述的一种用于岸电系统的船岸压降补偿系统，其特征在于，所述船岸压降补偿系统中还包括：
第三补偿单元，所述第三补偿单元设置在所述线缆的第一部分上，用于调节所述变压电源输出的无功功率。
技术总结