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1、船舶60Hz岸電電源研究背景港口吞吐能力與船廠造船能力，是國家實力和科技水準的重要標志。2011年，我國港口吞吐量達100.41億噸，并以10億噸/年速度增長，造船量達7665萬噸，海運完成90％以上的國際物流量，港口和造船業(yè)既是各港口國家經(jīng)濟發(fā)展的主要動力，但同時也是耗能和污染大戶。為實現(xiàn)對船舶供電，長期以來采用如下解決方案：一是港口碼頭的停港船舶燃油輔機發(fā)電，二是造船廠則由變頻發(fā)電機組發(fā)電，港口規(guī)模擴大和修造船業(yè)迅猛發(fā)展所帶來的環(huán)境污染也日趨嚴重，據(jù)有關資料介紹，一艘集裝箱船停港期間一天自行發(fā)電所排放的污染氣體，相當于一輛大型柴油卡
2、車環(huán)繞地球三周的排污量。從國際海事組織(IMO)提供的數(shù)據(jù)表明：全球以柴油為動力的船舶每年向大氣排放1000萬噸NOx、850萬噸SOx污染物，并通過氣候作用可以傳播至1000km以外的地區(qū)，這些有害物質(zhì)已對港口所在地空氣質(zhì)量和氣候產(chǎn)生了嚴重的影響，控制船舶停港期間的環(huán)境污染越來越受到全球港口國家的重視，世界各國港口碼頭紛紛尋求港口節(jié)能減排解決方案。采用陸地電源對靠港船舶供電的方式稱為“岸電技術”，是船舶泊靠碼頭時，停止所有的船舶柴油機電站運轉(zhuǎn)，將船舶用電改由岸電電源提供，以達到降低港區(qū)污染廢氣的排放量。2006年，歐盟提出并通過了在歐
3、盟范圍內(nèi)各個海港碼頭停泊船舶要使用岸電供電的法案2006/339/EC，建議成員國提出對使用岸電的優(yōu)惠政策，并一起制訂岸電電源國際標準，相互之間應就海港岸電供電交流經(jīng)驗，大力推廣使用岸電。為了加強港口行業(yè)節(jié)能減排，我國交通運輸部明確提出在“十二五”末，全國海港碼頭中一半以上超萬噸級泊位要提供岸電，推廣靠港船舶使用岸電是各大港口節(jié)能減排重點工作之一。多年來，國內(nèi)外很多學者試圖采用先進的“電子式岸電電源裝備”來徹底解決這個問題，但是如何提供穩(wěn)定可靠的兆瓦級海港岸電電源裝備一直是供電領域的一項重大技術難題和前沿技術。技術原理國外已有岸電項目都
4、是港口電網(wǎng)向船舶電網(wǎng)直接供電，不涉及變頻技術。而我國港口岸電電網(wǎng)頻率為50Hz，所以要研制適合我國電制的岸電技術，發(fā)展趨勢為開發(fā)低壓兆瓦級岸電變流技術，將我國港口電網(wǎng)的50Hz交流電變換成適合于給船舶供電的440V/60Hz交流電，其供電原理見圖1:圖1適合我國的岸電原理示意圖10kV/50Hz網(wǎng)電上船后，首先通過變壓器降為380V/50Hz，再經(jīng)PWM整流器整流為650V直流，經(jīng)無源逆變器進行頻率變換并經(jīng)濾波器和變壓器隔離后輸出440V/60Hz，該電能經(jīng)并車板和船舶電源并聯(lián)，同步并車后，船舶電站停機，岸電給負載供電，見圖2。圖1岸電
5、電源電氣連接示意圖作為岸電電源的核心，兆瓦級變流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖3。輸入輸出開關均采用框架式斷路器，網(wǎng)側(cè)采用8套并聯(lián)的升壓型PWM整流器，L1-L8為PWM整流器的網(wǎng)側(cè)均流電感，L9為網(wǎng)側(cè)濾波升壓電感，整流器輸出穩(wěn)定的直流，為逆變提供基礎；逆變側(cè)也采用8套并聯(lián)的無源逆變器，F(xiàn)1-F8為熔斷器，L10-L17為并聯(lián)均流電抗器，L18為輸出濾波電感，濾波電感后接濾波電容和隔離變壓器，變壓器漏感也作為輸出濾波電感的一部分。圖2兆瓦級變流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖整流器和無源逆變器均采用模塊化、標準化和系列化的設計思想，完全可以互換，變流器模塊采用導軌式安
6、裝，方便拆卸。整流部分和逆變部分都采用一個主控板控制多個功率模塊的方式。兩塊主控板之間也通過CAN通訊進行信息交互。每個單元包含自己的控制板用來與主控系統(tǒng)通過光纖進行CAN通訊，該通訊是單元與控制柜內(nèi)的主控部分之間的唯一連接，因而每個單元與主控系統(tǒng)完全電氣隔離。控制系統(tǒng)原理見圖4。圖3岸電電源控制系統(tǒng)原理圖主要參數(shù)和應用現(xiàn)場設計的兆瓦級岸電電源實物見圖5，低壓部分主要包括輸入開關柜，兩個整流柜，兩個逆變柜，兩個輸出變壓器柜和一個輸出開關柜，采用兩臺輸出變壓器并聯(lián)方式，當需要的功率不超過1000kVA，可只把一臺變壓器投入運行，提供系統(tǒng)效
7、率。某5688TEU大型集裝箱船舶靠港采用該岸電電源供電，完成負荷從船舶電源向岸電電源轉(zhuǎn)移后，實測波形見圖6，在連續(xù)10個小時的供電過程中，最大瞬時負荷量1716kVA，船舶帶載10小時總耗電量14162kVA，綜合性能指標見表1，輸出電壓、頻率穩(wěn)定度好，波形失真度小，能夠很好的滿足船舶用電需求。圖6某集裝箱船舶采用岸電供電波形圖表12000kVA岸電電源技術指標型號SPS2000-450/60額定容量2000kVA輸入電壓10kV±10%輸入頻率50Hz±5%網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)>0.99額定輸出電壓440V輸出電壓穩(wěn)定度額定電壓±3%輸出電
8、壓失真度THD<3.5%額定輸出頻率60Hz±0.5%效率>95%防護等級IP54冷卻方式強迫風冷過載保護110%額定負載，1小時運行噪音<65dB(A)重量(Kg)17500岸電電源節(jié)能效果分析根據(jù)船舶廢
