船舶岸电技术研究及其应用

２０１３年ｌＯ月　水运工程　０ｃｔ．２０１３　第１０期　总第４８４期　Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｎｏ．１０　Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．４８４　羹　船（舶上海岸东源计电算机技袁自动术４航￣．ｖ－，程研赵有限湘究公前司　及，上海其２０应２３１）　用　摘要：岸电上船技术能够有效地减少船舶靠港期间的污染。对岸电上船技术进行了深入研究，设计了一套岸电变频电　源系统，实现了岸基电源与船电系统无缝连接，由岸基电源进行安全、可靠的供电。　关键词：岸电；无缝连接；船舶　中图分类号：Ｕ　６６５．１２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２—４９７２（２０１３）１０—０１６３—０３　Ｓｈｏｒｅ　ｐｏｗｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ＹＵＡＮ　Ｈａｎｇ，ＺＨＡＯ　Ｘｉａｎｇ—ｑｉａｎ　ｆＳｈａｎｇｈａｉ　Ｅａｓｔｅｒｎ　Ｓｏｕｒｃｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２３　１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈｏｒｅ　ｐｏｗｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｓｈｉｐｓ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂｅｒｔｈｉｎｇ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎ—ｄｅｐｔｈ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｈｏｒｅ　ｐｏｗｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆｒ　ｔｈｅ　ｓｈｏｒｅ　ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｓｅａｍｌｅｓｓ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｓｈｏｒｅ—ｂａｓｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｈｉｐ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ，　ｏｆｒ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｓｈｏｒｅ－ｂａｓｅｄ　ｓｕｐｐｌｙ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｓａｆｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ｐｏｗｅｒ．　Ｋｅｖ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈｏｒｅ　ｐｏｗｅｒ；ｓｅａｍｌｅｓｓ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ；ｖｅｓｓｅｌ　船舶岸电电源分为高压岸电系统和低压岸电　统在操作上有较大的优势，其用来与船舶连接的　系统。目前，国内外高压变频电源系统解决方式　电缆数目较少，能够快速完成船舶与岸电系统的　主要有高一低一高方式和高一高方式　】。　连接，能够提供更高的功率满足船舶的需求，但　本文主要研究内容为：１）设计国内某岸电变　是其相应的技术难度也较高。船舶电力系统和电　频电源系统；２）实现岸基电源与船电系统实现无　网的并车可分成两个部分：当船舶靠港连接岸电　缝对接，由岸基电源向船上供电；３）控制系统为　后，调节船舶辅机发电系统所产生电力的频率、　开放型系统，３个泊位可同时向不同船舶供电，输　电压和相位，使其与岸电系统保持一致，两个系　出６　ｋＶ／５０　Ｈｚ和６．６　ｋＶ／６０　Ｈｚ两种制式的电源，每　统并网运行后停止船用辅机；当船舶离港时，开　个泊位都能够满足不同制式的船舶接电的需求。　启船用辅机，当船上发电系统与岸电的电压、频　率和相位一致时，使其与岸电电源并网，然后断　１船舶岸电连接方式　开岸电电源。岸电电源在电压和频率上都是按照　在岸电上船技术中，岸电电源和船舶电力系　船舶电力系统的等级设置的，在并车的过程中主　统和电网的并车是研究的核心内容　】。岸电电源一　要是调节相位和频率，使双方满足并车的条件。　般针对特定类型的船舶，根据电压不同，可分为　高压岸电系统和低压岸电系统。高压岸电系统主　２岸基变频电源系统　要是指岸电电源的输出为６．６　ｋＶ／１１　ｋＶ或者以上的　岸电电源系统是在船舶靠港期问向船舶供电　岸电电源系统。高压岸电系统相对于低压岸电系　的大容量岸电供电设备，该电源系统对输入电源　收稿日期：２０１３—０８—１０　作者简介：袁航（１９７５一），男，硕士，高级工程师，从事港口自动化专业。　・１６４・　水运工程　２０１３互　有完善的过压、欠压、过流、短路、缺相、逆变　器和变压器过热等保护功能（保护值可设定）＿３］。　本文根据船舶岸基供电项目要求，码头配置岸基　船用变频电源成套设备，满足船舶负载供电安全　可靠，设备长期运行。　三相６　ｋＶ／５０　Ｈｚ市电经电缆输送至港口高压　箱（泊位处），高压箱引三相高压电缆接至岸基　变频电源，岸基变频电源将三相６　ｋＶ／５０　Ｈｚ转换　为６．６　ｋＶ／６０　Ｈｚ电源。岸基变频电源（包含输入干　式移相整流变压器、变频功率单元组及控制系统　等）配置一路６．６　ｋＶ（６　ｋＶ）／６０　Ｈｚ（５０　Ｈｚ）配电回路。　整套岸基变频系统组成见图１。　图１岸基变频系统构成　该变频电源容量核算：　１５万吨级散货船有以下主要负载：３００　ｋＷ电机ｌ　台，２３２ｋＷ电机２台，￣１］ＰＮ＝７６４ｋＷ，Ｑ＝－Ｉ　４６０．６ｋＶＡ，　１５万吨级变频电源容量为１　５００　ｋＶＡ；１０万吨级散　货船有以下主要负载：３００　ｋＷ电机１台，１３２　ｋＷ电　机２台，则ＰＮ＝５ｏ８　ｋＷ，Ｑ＝９７１．２　ｋＶＡ，１０万吨级变　频电源容量为１　０００　ｋＶＡ。　３高压岸电上船技术　高一低一高方式为早期高压变频技术不成熟时　采取的一种形式，将不可控的高压电源通过降压　变压器降压，将高压电源降到低压变频电源可接　受的电压等级，由低压变频电源进行频率和电压　变换，输出侧采用升压变压器，将输出的电压进　行升压输出，达到使用的要求ｆ图２１。　图２高一低一高变频　此方式存在效率低，谐波污染严重等问题，　目前高一低一高方式的系统基本上已经淡出市场。　高一高方式采用每相多个交一直一交ＰＷＭ变频　功率单元串联的方式，实现直接高压输出，有效　抑制了输出谐波。该系统拓扑见图３。　注：ＡＩ－Ａ５为　相功率单元串联，　ｌ～Ｂ５为Ｂ相功率单元串联　ｃ１～　为　目功率单元串联。　图３高一高变频　高一高方式运用效果非常突出，对电缆没有特　殊要求，输出波形质量好，因此是目前市场技术　最成熟的电压源系统类型。　本文设计的变频电源为功率单元串联叠加多　电平变频电源，采用高一高方式。变频电源由移相　整流变压器、功率单元、控制部分组成，主电路　采用若干个低压功率单元串联叠加方式实现高压　输出。电网电压经过二次侧多重化的移相变压器　移相降压后向功率单元供电，功率单元为三相输　入、单相输出的交一直一交ＰＷＭ电源型逆变器结　构。将相邻功率单元的输出端串接起来，形成Ｙ　联结构，实现变压变频的高压直接输出。各功率　单元分别由输入变压器的一组二次绕组供电，功　第１０期　袁航，赵湘前：船舶岸电技术研究及其应用　率单元之间及变压器二次绕组间相互绝缘，提高　变频系统的可靠性。　此技术优点已是完全成熟的技术，每一个变　频单元的电压等级和串联数量决定变频电源的输　出电压，每个功率单元的额定电流决定变频电源　的输出电流。用这种多重化技术构成的高压变频　电源，称为单元串联多电平ＰＷＭ电压型变频电　源，而不是用传统的器件直接串联来实现高压输　出，因此不存在器件均压的问题，提高变频系统　的可靠性，避免器件受压不均匀而产生器件击穿　导致变频电源不能正常工作的问题。　４岸侧、船侧双向自动并网无缝转移负载技术　本设计实现了岸侧、船侧双向并网负载转移　的功能，该功能是进行岸电双向操作的前提。基　于ＡＢＢ　ＰＣＳ６０００岸电电源产品内置的自动并网功　能，其可靠性经过了大量的现场应用检验，具有　技术成熟、自动化程度高的特点。ＰＣＳ６０００在接　到岸电并网指令后，可以自动进行相序检测和跟　踪，在较短的时间内完成并网并实现自动无缝负　载转移。确保船舶不断电、供电系统无冲击。同　样，ＡＢＢ　ＰＣＳ６０００岸电电源产品，可以支持船侧　岸电系统对岸基电源并网的控制。　本设计通过岸侧人机界面可以选择岸电接　人控制方式，提供了两种选择方式，即：岸侧控　制和船侧控制。同时在接人岸电时，调整岸侧电　源跟踪船上电网进行并网负载转移，离岸断开岸　电时，调整船上ＰＭＳ跟踪岸侧电网进行并网负载　转移。上述操作过程同样也适合在岸基进行。因　此，岸电船载设备应同时具有调岸侧电源并网和　调船侧电源并网的功能。岸电船载设备能将船舶　电制信息送至岸基设备，由岸基电源判断所在泊　位船型、容量、电压制式，选择输出相应的电源　电制、容量，满足船舶用电需求，避免船舶接人　电网的电制与船用电气电制不一致。　在岸电使用过程中，因船上用电故障造成　的岸电断电，船载设备提供相关输出信息至岸基　设备。岸电信息管理系统能够采集、记录船方相　关的故障信息。控制系统能够判断不同船型的电　压、频率、容量的需求，提供符合当前船舶要求　的电源。　５岸电控制及信息化管理技术　本设计采用光纤通讯技术将岸侧与船侧控制　系统链接在同一个网络，岸侧和船侧数据可以实　时进行交换，岸侧和船侧的监控系统均可以同时　看到双方的运行数据，这就为双向控制提供了条　件，也为信息化管理提供了前提。该岸电项目岸　侧设有信息管理及控制系统，该系统设有计算机　监控终端和服务器，通过组态软件可以显示各种　监视参数画面、记录历史数据、报警故障查询，　还可以向港区信息系统传输数据，使得岸电系统　进入港区整个信息管理系统中。该岸电信息管理　及监控系统具有如下功能：岸电控制，船上设备　运行监视，岸电运行数据曲线记录，历史数据查　询，故障报警查询，工业电视监视，船用变频电　源站空调、消防、通风监控功能。　６结论　本岸电系统采用的均为成熟技术，分别为：　电源产品技术、ＰＬＣ技术、计算机监控技术、网络　通讯技术、高低压开关设备、变压器设备、快速　插拔设备、自动并网技术等。该设计是国内第一　个规模化工业应用的项目，目前已建成并运行，　实践表明，岸电上船技术对我国港口岸电行业具　有深远影响，具有里程碑意义。　参考文献：　［１］吴振飞，叶小松，邢鸣．浅谈船舶岸电关键技术［Ｊ］．供配　电，２０１３，３２（６）：２２—２６．　［２］李学文，孙可平．船舶接用岸电技术研究ｆＪ］．上海海事　大学学报，２００６，２７（３）：１０—１４．　［３］李建科，王金全，金伟一，等．船舶岸电系统研究综述［Ｊ】　＿船电技术，２０１０，３ｏ（１ｏ）：１２—１５．　（本文编辑武亚庆）