匯川技術(shù)HD90P專用變頻電源在岸電行業(yè)的應(yīng)用

孟令宇（蘇州匯川技術(shù)有限公司，江蘇 蘇州 215104）

匯川技術(shù)HD90P專用變頻電源在岸電行業(yè)的應(yīng)用

孟令宇（蘇州匯川技術(shù)有限公司，江蘇 蘇州 215104）

本文主要介紹了匯川技術(shù)HD90P系列變頻電源在寧波港集團(tuán)遠(yuǎn)東碼頭岸電項(xiàng)目的應(yīng)用。實(shí)踐驗(yàn)證匯川技術(shù)獨(dú)創(chuàng)的逆功率控制技術(shù)安全有效，完美地解決了連船過程中產(chǎn)生的逆功率問題。與此同時(shí)，經(jīng)專業(yè)儀器檢測(cè)記錄，輸出電壓THD、電負(fù)載穩(wěn)壓率、頻率穩(wěn)定率等指標(biāo)完全滿足并超出國(guó)際岸用電源標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)我國(guó)岸用電源行業(yè)的發(fā)展起到了重大的推進(jìn)作用。

岸電；環(huán)保；變頻電源；逆功率；三相平衡；V/F分離

1 背景介紹

1.1 發(fā)展背景

船舶靠港后，船上仍需要生產(chǎn)、生活用電，需要輔機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而消耗大量的能源，同時(shí)產(chǎn)生大量的廢氣及有害氣體。2013年有報(bào)道顯示，我國(guó)現(xiàn)有萬噸級(jí)及以上碼頭泊位中，專業(yè)化泊位942個(gè)，散貨泊位338個(gè)，雜貨泊位322個(gè)。而我國(guó)供電頻率50Hz，沿海船舶通常為60Hz，所以需要對(duì)工頻電網(wǎng)進(jìn)行變頻，才可接入船上。最適合上岸電的碼頭包括：集裝箱碼頭、郵輪碼頭、散貨碼頭等。

1.2 岸電建設(shè)意義

（1）對(duì)于船方來講靠港后使用岸電，在靠港期間關(guān)閉輔機(jī)，使靠港成本減少30%以上，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。同時(shí)減少了船舶的振動(dòng)和噪音，船員生活質(zhì)量大大提高。

（2）對(duì)港口來講，一方面因提供電力而有收益，另一方面完善了港口的功能，提升了港口的核心競(jìng)爭(zhēng)力，港方得利。使用岸電就會(huì)減少有害氣體的排放，使空氣質(zhì)量提升從而居民得利。

（3）目前國(guó)際上在接岸電方面尚處探索階段，如果我們?cè)谶@方面取得顯著成果，就很有可能在這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中推動(dòng)制定世界標(biāo)準(zhǔn)，從而取得主導(dǎo)權(quán)及話語權(quán)，并在環(huán)保領(lǐng)域樹立負(fù)責(zé)任大國(guó)的良好形象。

1.3 宏觀形勢(shì)及國(guó)家政策

（1）交通運(yùn)輸部印發(fā)《船舶與港口污染防治專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案（2015—2020年）》，主要港口90%的港作船舶、公務(wù)船舶靠泊使用岸電，50%的集裝箱、客輪和郵輪專業(yè)化碼頭具備向船舶供應(yīng)岸電的能力。

（2）《上海市清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃（2013-2017）》：開展岸電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和配套政策研究，推進(jìn)岸電試點(diǎn)工作，完成吳淞國(guó)際郵輪碼頭、洋山冠東集裝箱碼頭的岸電使用試點(diǎn)，在試點(diǎn)的基礎(chǔ)上逐步推廣。

（3）《上海港船舶污染防治辦法》：要求政府有關(guān)部門積極推進(jìn)靠泊船舶使用岸電。規(guī)定船舶應(yīng)遵守國(guó)家和本市的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)；

（4）根據(jù)《江蘇省大氣污染防治條例》、《江蘇省大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》：逐步擴(kuò)大港口岸電系統(tǒng)的覆蓋面。

（5）《廣東省綠色港口行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020）》：截至2020年，實(shí)現(xiàn)大部分港作船舶靠港使用岸電。同時(shí)，對(duì)新建十萬噸及以上級(jí)別郵輪碼頭要求同步配套建設(shè)靠港船舶使用岸電供電設(shè)備設(shè)施；新建十萬噸及以上級(jí)別集裝箱碼頭優(yōu)先考慮同步配套建設(shè)靠港船舶使用岸電供電設(shè)備設(shè)施。

（6）2016年4月1日起，上海、蘇州、寧波-舟山、南通率先實(shí)現(xiàn)港口節(jié)能減排，即船舶?？科陂g使用硫含量≤0.5%m/m的燃油。

1.4 技術(shù)難點(diǎn)及要求

1.4.1 環(huán)境要求：岸電設(shè)備使用場(chǎng)所為港口，緊鄰大海。海邊為潮濕，多鹽霧環(huán)境，故對(duì)設(shè)備的抗腐蝕性提出了要求。

1.4.2 電源屬性：作為一個(gè)電源來講，評(píng)價(jià)其質(zhì)量的高低有以下幾個(gè)方面：諧波含量，負(fù)載能力。船上的導(dǎo)航羅盤等精密儀器對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量要求很高，不干凈的電網(wǎng)，會(huì)導(dǎo)致此種設(shè)備的損壞，損失巨大。又由于船上單相用電設(shè)備的原因，三相負(fù)載不是完全的平衡，所以對(duì)三相電壓之間的平衡度要求很高，在相電流差別很大的情況下，要求相電壓保持平衡。

1.4.3 高可靠性：以集裝箱船為例，假若電源出現(xiàn)故障停機(jī)，船上的壓縮機(jī)一旦停轉(zhuǎn)，需要冷貯的貨物就會(huì)有巨大的損失，產(chǎn)生極其惡劣的后果。

1.4.4 逆功率問題：目前岸電的連船方式都是岸電送至船上，由船上發(fā)電機(jī)來主動(dòng)跟蹤岸電的幅值、頻率、相位進(jìn)行并網(wǎng)，但是因?yàn)檎{(diào)節(jié)過程中發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)不會(huì)那么精準(zhǔn)迅速，所以會(huì)產(chǎn)生由發(fā)電機(jī)往電源輸送功率的現(xiàn)象，導(dǎo)致電源損壞。

2 項(xiàng)目概況

寧波港是我國(guó)大陸重要的集裝箱遠(yuǎn)洋干線港，同時(shí)也是我國(guó)大陸鐵礦、原油、液化品中轉(zhuǎn)儲(chǔ)存基地和華東地區(qū)主要的煤炭中轉(zhuǎn)儲(chǔ)存基地，由北侖港區(qū)、鎮(zhèn)海港區(qū)、大榭港區(qū)、穿山港區(qū)、寧波老港區(qū)組成。現(xiàn)有生產(chǎn)泊位191座，包括萬噸級(jí)以上大型泊位39座，其中5萬噸級(jí)以上至25萬噸級(jí)的特大型深水泊位25座。港口吞吐量位居世界第四、中國(guó)第二。

圖1 遠(yuǎn)東碼頭

遠(yuǎn)東碼頭（如圖1所示）為寧波港北侖港區(qū)集裝箱碼頭。為響應(yīng)交通部要求，提升港口競(jìng)爭(zhēng)力，首先針對(duì)九號(hào)、十號(hào)泊位配置岸電系統(tǒng)作為試點(diǎn)工程。

根據(jù)靠港船舶容量，建設(shè)岸電項(xiàng)目容量選定為3MVA。

2.1 岸用電源整體方案（如圖2所示）

系統(tǒng)配置如圖3所示。

2.2 系統(tǒng)方案說明

（1）系統(tǒng)總體采用高-高方案，10kV輸入，6.6kV輸出，無需升壓變壓器，變頻電源部分采用成熟的單元級(jí)聯(lián)式方案，輸入諧波小、功率因數(shù)高，無需設(shè)置輸入濾波器及無功補(bǔ)償。

（2）變頻電源選型：HD90P-J066/3000-DN，容量為3MVA，每相配置6個(gè)功率單元，每個(gè)功率單元額定電壓690V，整機(jī)額定輸入10kV，額定輸出6.6kV/60Hz，同時(shí)可以選擇輸出6kV/50Hz。

圖2 系統(tǒng)方案圖

圖3 系統(tǒng)配置圖

3 技術(shù)方案優(yōu)勢(shì)

3.1 逆功率控制技術(shù)

在連船并網(wǎng)及解列過程中可能會(huì)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)頻率及幅值調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確的情況，導(dǎo)致逆功率的產(chǎn)生，匯川變頻電源具有智能逆功率控制技術(shù)，能夠有效抑制逆功率的產(chǎn)生，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。逆功率示意圖如圖4所示。

圖4 逆功率示意圖

3.2 V/F分離相序一鍵切換技術(shù)

在變頻電源類場(chǎng)合需要變頻器輸出不同電壓及頻率的組合，且負(fù)載不完全是電動(dòng)機(jī)類，所以對(duì)于變頻器來說就需要具備VF分離控制技術(shù)，匯川技術(shù)HD90P系列高壓變頻器具備此功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、頻率的分別控制，既可以滿足6.6kV/60Hz船用電的需求，也滿足特殊情況下6kV/50Hz船用電的需求，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行電壓和頻率的調(diào)節(jié)。電源調(diào)節(jié)HMI界面如圖5所示。

圖5 電源調(diào)節(jié)HMI界面

與此同時(shí)，在岸電連船過程中，若發(fā)生岸用電源與船用電相序不同的狀況，也可在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)對(duì)電源相序的一鍵切換，簡(jiǎn)單易用，節(jié)省時(shí)間人力，免去手動(dòng)更改動(dòng)力主回路的麻煩。

3.3 三相輸出獨(dú)立控制技術(shù)

因變頻電源的負(fù)載有別于變頻器的電機(jī)類負(fù)載，船上單相負(fù)載的使用，導(dǎo)致其三相間負(fù)載分配不可能絕對(duì)的平衡，從而每相之間的壓降可能會(huì)有差別。匯川技術(shù)變頻電源具有三相輸出獨(dú)立控制技術(shù)（如圖6所示），對(duì)電壓實(shí)行閉環(huán)控制，三相負(fù)載不平衡度達(dá)20%，依然保持三相線電壓對(duì)稱輸出；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試波形記錄如下，啟動(dòng)時(shí)三相負(fù)載并不平衡，兩相間電流相差別很大，但對(duì)比觀察下方電壓波形，依然穩(wěn)定對(duì)稱。

圖6 三相輸出獨(dú)立控制技術(shù)

3.4 電子式單元旁路中性點(diǎn)漂移技術(shù)

因?yàn)榘峨娛褂弥?，是有不停機(jī)要求的，傳統(tǒng)機(jī)械式單元旁路功能從單元故障發(fā)生到單元旁路啟動(dòng)會(huì)有200ms的延時(shí)，這是不允許的，所以匯川技術(shù)的岸用電源產(chǎn)品采用電子式單元旁路。運(yùn)行中功率單元故障時(shí)，變頻器可將故障單元在線自動(dòng)旁路并繼續(xù)運(yùn)行，等情況允許時(shí)再停機(jī)排除故障。

同時(shí)，HD90P的非對(duì)稱旁路技術(shù)（如圖7所示）在單元旁路后，通過改變相電壓的相位差，在僅旁路掉故障單元的情況下，實(shí)現(xiàn)三相間線電壓的對(duì)稱。可以得到比傳統(tǒng)旁路方案更高的電壓輸出幅值。

3.5 完美無諧波技術(shù)

圖7 非對(duì)稱旁路技術(shù)示意圖

匯川HD90P通過單元移相輸入，單元級(jí)聯(lián)多電平輸出外加濾波器的方案，保證輸入諧波質(zhì)量達(dá)到電網(wǎng)要求，輸出電壓諧波滿足船用電指標(biāo)，圖8為寧波港岸電連船實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的輸出電壓諧波數(shù)據(jù)。可以看到，三相電壓最高總諧波含量只有0.8%，完全滿足并超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖8 諧波含量測(cè)試圖

4 結(jié)束語

靠岸船舶燒重油運(yùn)轉(zhuǎn)輔機(jī)污染十分巨大，是近口岸城市空氣污染的重要來源。在集裝箱、郵輪、散貨碼頭中，對(duì)獲得向船舶供電能力的訴求是十分迫切的。首先可以減少廢氣排放，保護(hù)港口城市環(huán)境，其次降低船舶靠港成本，改善船員生活環(huán)境，提升港口競(jìng)爭(zhēng)力。但目前我國(guó)岸用電源技術(shù)還比較落后。其中，不提電源質(zhì)量，單只逆功率問題就導(dǎo)致國(guó)內(nèi)大部分岸電項(xiàng)目以失敗告終。

蘇州匯川技術(shù)有限公司依托多年在自動(dòng)化行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)岸電行業(yè)所需變頻電源具有獨(dú)到的方案解決能力，HD90P系列高壓變頻電源為具有三相輸出獨(dú)立控制、逆功率智能控制技術(shù)的高可靠變頻電源。專為岸電行業(yè)設(shè)計(jì)，突破當(dāng)前岸電發(fā)展瓶頸，打破進(jìn)口品牌壟斷，為我國(guó)環(huán)境保護(hù)事業(yè)與港口發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

[1] 船舶與港口污染防治專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案（2015-2020年）[Z].

[2] 上海市清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃（2013-2017）[Z].

[3] 上海港船舶污染防治辦法[Z].

[4] 江蘇省大氣污染防治條例[Z].

[5] 江蘇省大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃[Z].

[6] 廣東省綠色港口行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020）[Z].

Inovance HD90P Specialized Variable-Frequency Power Supply Applied in the Shore Power Industry

This article introduces application of Inovance HD90P specialized variable-frequency power supply in the Yuandong Wharf shore power project of Ningbo Port Group. The practice has been proved that the reverse power control technology independently developed by Inovance is safe and effective, and it solves the reverse power problem in the process of connecting ship. Simultaneously, as detected and recorded by professional instrument, indexes such as output voltage THD, electric load voltage regulation and frequency stability factor fully satisfy and even exceed international shore power standard, significantly boost the development of China's shore power industry.

Shore power; Environmental protection; Variable-frequency power supply; Reverse power; Three-phase balancing; V/F separation

B

1003-0492(2016)10-0096-03

TP29

孟令宇（1993-），男，河北滄州人，本科，現(xiàn)就職于蘇州匯川技術(shù)有限公司，主要研究方向?yàn)楦邏鹤冾l。