1、 船舶 60Hz 岸电电源研究背景港口吞吐能力与船厂造船能力，是国家实力和科技水准的重要标志。2011 年，我国港口吞吐量达 100.41 亿吨，并以 10 亿吨/年速度增长，造船量达 7665 万吨，海运完成 90以上的国际物流量，港口和造船业既是各港口国家经济发展的主要动力，但同时也是耗能和污染大户。为实现对船舶供电，长期以来采用如下解决方案：一是港口码头的停港船舶燃油辅机发电，二是造船厂则由变频发电机组发电， 港口规模扩大和修造船业迅猛发展所带来的环境污染也日趋严重，据有关资料介绍，一艘集装箱船停港期间一天自行发电所排放的污染气体，相当于一辆大型柴油卡车环绕地球三周的排污量。从国际海事组
2、织(IMO)提供的数据表明：全球以柴油为动力的船舶每年向大气排放 1000 万吨 NOx、850 万吨 SOx 污染物，并通过气候作用可以传播至 1000km 以外的地区，这些有害物质已对港口所在地空气质量和气候产生了严重的影响，控制船舶停港期间的环境污染越来越受到全球港口国家的重视，世界各国港口码头纷纷寻求港口节能减排解决方案。采用陆地电源对靠港船舶供电的方式称为“岸电技术” ，是船舶泊靠码头时，停止所有的船舶柴油机电站运转，将船舶用电改由岸电电源提供，以达到降低港区污染废气的排放量。2006 年，欧盟提出并通过了在欧盟范围内各个海港码头停泊船舶要使用岸电供电的法案 2006/339/EC，
3、建议成员国提出对使用岸电的优惠政策，并一起制订岸电电源国际标准，相互之间应就海港岸电供电交流经验，大力推广使用岸电。为了加强港口行业节能减排，我国交通运输部明确提出在“十二五”末，全国海港码头中一半以上超万吨级泊位要提供岸电，推广靠港船舶使用岸电是各大港口节能减排重点工作之一。多年来，国内外很多学者试图采用先进的“电子式岸电电源装备”来彻底解决这个问题，但是如何提供稳定可靠的兆瓦级海港岸电电源装备一直是供电领域的一项重大技术难题和前沿技术。技术原理国外已有岸电项目都是港口电网向船舶电网直接供电，不涉及变频技术。而我国港口岸电电网频率为 50Hz，所以要研制适合我国电制的岸电技术，发展趋势为开发
4、低压兆瓦级岸电变流技术，将我国港口电网的 50Hz 交流电变换成适合于给船舶供电的 440V/60Hz 交流电，其供电原理见图 1:图 1 适合我国的岸电原理示意图10kV/50Hz 网电上船后，首先通过变压器降为 380V/50Hz，再经PWM 整流器整流为 650V 直流，经无源逆变器进行频率变换并经滤波器和变压器隔离后输出 440V/60Hz，该电能经并车板和船舶电源并联，同步并车后，船舶电站停机，岸电给负载供电，见图 2。图 1 岸电电源电气连接示意图作为岸电电源的核心，兆瓦级变流系统的结构见图 3。输入输出开关均采用框架式断路器，网侧采用 8 套并联的升压型 PWM 整流器，L1-L
5、8 为 PWM 整流器的网侧均流电感，L9 为网侧滤波升压电感，整流器输出稳定的直流，为逆变提供基础；逆变侧也采用 8 套并联的无源逆变器，F1-F8 为熔断器，L10-L17 为并联均流电抗器，L18为输出滤波电感，滤波电感后接滤波电容和隔离变压器，变压器漏感也作为输出滤波电感的一部分。整 流模 块1整 流模 块8逆 变模 块1逆 变模 块8FU1FU8L0L17L 89380V/5Hz 40V/6Hz图 2 兆瓦级变流系统的结构示意图整流器和无源逆变器均采用模块化、标准化和系列化的设计思想，完全可以互换，变流器模块采用导轨式安装，方便拆卸。整流部分和逆变部分都采用一个主控板控制多个功率模块
6、的方式。两块主控板之间也通过 CAN 通讯进行信息交互。每个单元包含自己的控制板用来与主控系统通过光纤进行 CAN 通讯，该通讯是单元与控制柜内的主控部分之间的唯一连接，因而每个单元与主控系统完全电气隔离。控制系统原理见图 4。图 3 岸电电源控制系统原理图主要参数和应用现场设计的兆瓦级岸电电源实物见图 5，低压部分主要包括输入开关柜，两个整流柜，两个逆变柜，两个输出变压器柜和一个输出开关柜，采用两台输出变压器并联方式，当需要的功率不超过1000kVA，可只把一台变压器投入运行，提供系统效率。某 5688TEU 大型集装箱船舶靠港采用该岸电电源供电，完成负荷从船舶电源向岸电电源转移后，实测波形
7、见图 6，在连续 10 个小时的供电过程中，最大瞬时负荷量 1716kVA，船舶带载 10 小时总耗电量 14162kVA，综合性能指标见表 1，输出电压、频率稳定度好，波形失真度小，能够很好的满足船舶用电需求。图 6 某集装箱船舶采用岸电供电波形图表 1 2000kVA 岸电电源技术 指标型号 SPS2000-450/60额定容量 2000kVA输入电压 10kV10%输入频率 50Hz5%网侧功率因数 0.99额定输出电压 440V 输出电压稳定度 额定电压3%输出电压失真度 THD95%防护等级 IP54冷却方式 强迫风冷过载保护 110%额定负载， 1 小时运行噪音 65dB(A)重量
8、(Kg) 17500岸电电源节能效果分析根据船舶废气排放国际规范，船舶废气的排放包括多种有害物质，按船用柴油发电机组典型值排放量为 7.68kg/kWh 计算，所设计的岸电电源每年满载使用则可减排废气 13.46 万吨，减排 CO21.08万吨，折合标准煤 0.43 万吨。据国家统计局披露，中国港口建设步伐加快，目前已拥有主要港口码头泊位 10848 个，其中包括 1108 个万吨级以上港口码头泊位，生产用码头泊位 10171 个，若全面推广应用，节能效果相当明显。岸电电源不仅可应用于港口码头，而且可延伸推广至其它行业，满足大型工厂、修造船厂、浮船坞、海洋钻井平台 50Hz/60Hz 高稳定性用电需求，可适用于高温、高湿、高腐蚀性、大负荷冲击恶劣环境，消除柴油机发电空气污染和噪声，资源节约、环境友好，是一场真正的节能减排技术革命。
