Abstract: This article introduces the application of NANCAL series high voltage harbor power supply in Xiamen hairun wharf. The principle, performance and characteristics of the system are summarized. The NANCAL series shore power supply is at the leading level in China in terms of product performance and design concept. In the future it can provides strong support in harbor to power supply each ship.  

Key words: Harbor power supply; Voltage close loop control; Undisturbed switching 

【中图分类号】TG434.1 【文献标识码】B  【文章编号】1561-0330（2018）09-0000-00 

 

1 引言

近年来，随着经济持续快速发展，港口建设的步伐越来越快，船舶停靠码头的数量和密度大幅增加，大多数船舶特别是油船和集装箱船靠港时都使用燃油制品（多为重油、柴油）发电来满足船舶的用电需求,为此需要消耗大量燃油，造成大量废气和颗粒物排放，从而产生严重的环境污染[1]，具体体现在以下几个方面： 

(1)燃油在燃烧中产生大量硫化物和氮氧化物，对港口周围环境造成很大影响;

(2)燃油发电机会产生噪声污染，不利于船员和港口周围民众的生活；

(3)船舶上安装的发电机容量较小，效率较低，造成能源浪费；

(4)燃油发电的成本远高于水电等其它发电方式，不利于降低船舶运营成本。

采用港口岸基电源为停泊在港口的船舶提供电源，可有效降低环境污染、噪音，同时也起到了节能降耗的功能，是未来港口船舶供电的主要趋势[2]。例如，大型游轮在港口停靠10h，若采用岸电电源，可节省20t的燃料、节省二氧化碳排放60t，相当于25辆轿车一年的总排放量。

2 公司简介

能科节能技术股份有限公司总部位于北京，是上交所主板上市公司，股票代码603859。主要业务包括：电气传动及系统集成、新能源和智能制造。

上海能传电气有限公司是能科股份的控股子公司。公司专业从事高压变频器、低压工程型变频器、岸电电源、有源滤波器、静止无功发生器等电力电子产品的研发、生产、销售和服务。公司主要研发骨干均为电力电子和电气传动专业资深研发人员，为国内最早从事变频器及电能质量产品研发的团队，具有罗宾康、西门子、GE等公司多年经验，曾主导参与了国家能源局组织的西气东输20MW级电驱压缩机组变频装置国产化研制项目，核心研发人员获2015年中国机械工业科学技术特等奖。

3 NANCAL高压岸电电源简介

高压码头岸基供电系统，由码头前沿港区变电所对变压变频电源供电，电网电压经过变压、变频后将市网电能转化为船舶受电系统所需的电源规格输出，利用电缆沟或输送栈桥等设施，将供电电缆敷设至码头接线箱内,再通过电缆卷筒连接装置把岸电输送给船舶供电。

整套系统主要包括：高压配电系统、高压变频电源系统、输出正弦波滤波器、并网励磁涌流抑制装置、输出隔离变压器、码头电缆接电箱、电缆卷筒连接装置、船舶受电系统、控制系统、其它辅助系统等。系统示意如图1所示。

NC AMP H系列高压岸电电源采用功率单元串联多电平电压源型拓扑结构，每相6个690V功率单元串联，实现U、V、W三相0-6.6kV变频电源输出。拓扑结构如图2所示。

市电经过变频电源、输出正弦波滤波器和隔离变压器后，转化为6.6kV/60Hz或6kV/50Hz的电源输出。具有如下技术特点：

3.1 谐波抑制技术

（1）岸电电源输入侧采用多脉冲整流输入，网侧产生的谐波满足并优于IEEE519～1992及GB/T 14519～93标准对电压失真和电流失真最严格的要求；

（2）岸电电源输出配置正弦波滤波器，将变频输出的PWM波转换成正弦波[3]，满足国标对电源质量的要求。

3.2全自动无扰动切换技术

岸电/船电切换时，船舶无需断电，并且可实现自动切换，无需人为操作，减少人为失误风险。无扰切换算法框图如图3所示。并网瞬间波形如图4所示。

（黄色-输入电压；红色和蓝色—输出电压；绿色—输出电流）

3.3 逆功率抑制技术

通过软件算法实现逆功率抑制，无需配置制动电阻或能量回馈装置，系统结构简单，成本低。

3.4 输出电压闭环控制技术

即使在船舶负载突变时也可以确保输出电压的稳定，满足船舶供电要求，电压闭环算法框图如图5所示。

3.5 船岸等电位处理技术

由于船体的地和岸电的地存在电位差，此电位差会产生电流，岸电电源系统本身配置了接地电流保护，超过限值时会发出报警提示，严重时会故障封锁输出，此限值可通过HMI进行设置。

3.6岸电系统的无功补偿技术

在岸电电源不需要为船舶供电时，可实现码头配电系统的无功补偿功能，此项技术为能传电气的专利技术。在现有变频电源基础上增加开关和电流传感器，控制软件升级，充分利用现有变频电源的全部硬件，即可分时实现岸电电源和无功补偿SVG的功能。方案图如图6所示。

4 NC AMP H系列高压岸电电源在厦门海润码头的应用

上海能传电气有限公司生产的NC AMP H高压岸电电源产品应用于中国（福建）自由贸易试验区厦门海润集装箱码头。厦门海润集装箱码头位置示意图如图7所示。

本项目岸电项目采用高压上船方式，变频电源容量按3000kVA设计，额定输入电压10kV，输入频率50Hz，输出6kV/50Hz 或6.6kV/60Hz船用电源。岸电电源设计满足码头单艘10-15万吨级集装箱船靠泊作业期间的供电需求。

岸电电源在实施与船舶电源连接、退出及转换过程中船舶无需断电，实现无缝切换。

系统一次方案图如8所示。

岸电电源系统可进行就地监控管理，并配备远程监控管理系统，系统设备设置在码头闸口，系统具备船岸供电系统同步并网、监控、保护、通信等功能。现场模拟监控图如图9所示。

岸电电源装置整体安装在钢制的固定尺寸箱体内，箱体具备可整体起吊并放置于拖挂车上灵活转移的特性。

5 结束语

NC AMP H系列高压岸电电源采用直接高-高输出方案：系统效率高；输入采用多脉冲整流输入，输入谐波小，功率因数高；输出电压闭环控制，输出电压波形质量好，抗负载扰动能力强；先进的逆功率抑制技术无需增加硬件投资即可实现逆功率抑制；专利的无功补偿技术，可以分时实现岸电电源和无功补偿SVG功能。后续可以在港口，码头的岸电系统中大力推广应用。

参考文献

[1]王煥文.舰船电力系统及自动装置[M].北京：北京科学出版社,2004:12-35,161-186.

[2]常瑞增.60Hz电子静止式岸电电源在船厂和港口的应用[J].港工技术,2004(3):8-10.

[3]阮新波.三电平直流变换器及软开关技术[M].北京:科学出版社,2006.

 

作者简介：

杜琼，（1981-）男 2005年毕业于江南大学 硕士 上海能传电气有限公司 高级研发工程师 主要从事变频器控制软件与算法相关的研发工作