關鍵詞：
岸電、環(huán)保、變頻電源、逆功率、三相平衡
摘要：本文主要介紹了匯川技術HD90P系列變頻電源在寧波港集團遠東碼頭岸電項目的應用。實踐驗證我司獨創(chuàng)的逆功率控制技術安全有效，完美的解決了連船過程中產生的逆功率問題。與此同時，經專業(yè)儀器檢測記錄，輸出電壓THD、電負載穩(wěn)壓率、頻率穩(wěn)定率等指標完全滿足并超出國際岸用電源標準，對我國岸用電源行業(yè)的發(fā)展起到了重大的推進作用。
一、背景介紹
1.1發(fā)展背景
船舶靠港后，船上仍需要生產、生活用電，需要輔機連續(xù)運轉，從而消耗大量的能源，同時產生大量的廢氣及有害氣體。2013年有報道顯示，我國現有萬噸級及以上碼頭泊位中，專業(yè)化泊位942個，散貨泊位338個，雜貨泊位322個。而我國供電頻率50Hz，沿海船舶通常為60Hz，所以需要對工頻電網進行變頻，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；
圖1.1靠岸船舶污染
1.2岸電建設意義
1）對于船方來講靠港后使用岸電，在靠港期間關閉輔機，使靠港成本減少30%以上，經濟效益十分顯著。同時減少了船舶的振動和噪音，船員生活質量大大提高；
2）對港口來講，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爭力，港方得利。使用岸電就會減少有害氣體的排放，使空氣質量提升從而居民得利；
3）目前國際上在接岸電方面尚處探索階段，如果我們在這方面取得顯著成果，就很有可能在這個技術領域中推動制定世界標準，從而取得主導權及話語權，并在環(huán)保上樹立負責任大國的良好形象。
1.3宏觀形勢及國家政策
1）交通運輸部印發(fā)《船舶與港口污染防治專項行動實施方案（2015—2020年）》，主要港口90%的港作船舶、公務船舶靠泊使用岸電，50%的集裝箱、客輪和郵輪專業(yè)化碼頭具備向船舶供應岸電的能力。
2）《上海市清潔空氣行動計劃（2013-2017）》：開展岸電技術標準規(guī)范和配套政策研究，推進岸電試點工作，完成吳淞國際郵輪碼頭、洋山冠東集裝箱碼頭的岸電使用試點，在試點的基礎上逐步推廣；
3）《上海港船舶污染防治辦法》：要求政府有關部門積極推進靠泊船舶使用岸電。規(guī)定船舶應遵守國家和本市的大氣污染物排放標準；
4）根據《江蘇省大氣污染防治條例》《江蘇省大氣污染防治行動計劃》：逐步擴大港口岸電系統(tǒng)的覆蓋面；
5）《廣東省綠色港口行動計劃（2014-2020）》：截至2020年，實現大部分港作船舶靠港使用岸電。同時，對新建十萬噸及以上級別郵輪碼頭要求同步配套建設靠港船舶使用岸電供電設備設施；新建十萬噸及以上級別集裝箱碼頭優(yōu)先考慮同步配套建設靠港船舶使用岸電供電設備設施；
6）2016年4月1日起，上海、蘇州、寧波-舟山、南通率先實現港口節(jié)能減排，即船舶停靠期間使用硫含量≤0.5%m/m的燃油。
1.4技術難點及要求
1.4.1環(huán)境要求：岸電設備使用場所為港口，緊鄰大海。海邊為潮濕，多鹽霧環(huán)境，故對設備的抗腐蝕性提出了要求。
1.4.2 電源屬性：作為一個電源來講，評價其質量的高低有以下幾個方面：諧波含量，負載能力。船上的導航羅盤等精密儀器對電網質量要求很高，不干凈的電網，會導致此種設備的損壞，損失巨大。又由于船上單相用電設備的原因，三相負載不是完全的平衡，所以對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，假若電源出現故障停機，船上的壓縮機一旦停轉，需要冷貯的貨物就會有巨大的損失，產生極其惡劣的后果。
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)電機來主動跟蹤岸電的幅值、頻率、相位進行并網，但是因為調節(jié)過程中發(fā)電機的調節(jié)不會那么精準迅速，所以會產生由發(fā)電機往電源輸送功率的現象，導致電源損壞。
二、項目概況
寧波港是我國大陸重要的集裝箱遠洋干線港，同時也是我國大陸鐵礦、原油、液化品中轉儲存基地和華東地區(qū)主要的煤炭中轉儲存基地，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。現有生產泊位191座，包括萬噸級以上大型泊位39座，其中5萬噸級以上至25萬噸級的特大型深水泊位25座。港口吞吐量位居世界第四、中國第二。
圖2.1遠東碼頭
遠東碼頭為寧波港北侖港區(qū)集裝箱碼頭。為響應交通部要求，提升港口競爭力，首先針對九號，十號泊位配置岸電系統(tǒng)作為試點工程。
根據靠港船舶容量，建設岸電項目容量選定為3MVA。
2.1岸用電源整體方案：
系統(tǒng)方案示意圖
圖2.2系統(tǒng)方案圖
系統(tǒng)方案主要包含以下幾部分：
圖2.3系統(tǒng)配置圖
2.2系統(tǒng)方案說明
（1）系統(tǒng)總體采用高-高方案，直接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聯式方案，輸入諧波小、功率因數高，無需設置輸入濾波器及無功補償；
（2）變頻電源選型：HD90P-J066/3000-DN，容量為3MVA，每相配置6個功率單元，每個功率單元額定電壓690V，整機額定輸入10kV，額定輸出6.6kV/60Hz，同時可以選擇輸出6kV/50Hz。
型號解釋如下：
圖2.5產品命名
（3）匯川供貨范圍：HD90P系列高壓變頻電源，含輸出濾波系統(tǒng)，隔離變壓器（可選，若用戶自己采購，則必需符合我司所提供的技術參數）
注：其余輔助設備不在匯川供貨范圍之內，如輸入、輸出開關柜、高壓接口箱。
2.3技術參數表
三、 HD90P簡介
3.1系統(tǒng)工作原理
圖3.1產品原理圖
電網電壓經主變壓器隔離移相后為功率單元供電，每個功率單元為一個單相交-直-交電壓型逆變器，單元串聯星接后形成三相變頻電源給負載供電。根據串聯單元級數的不同，產品分為3kV、6kV/6.6kV、10kV三個系列。主變壓器采用移相整流方式，輸入功率因數高，輸入電壓電流諧波小。滿足IEEE519-1992和GB/T 14549-93對電壓和電流最嚴格的諧波失真要求。變頻器輸出采用多重化PWM技術，輸出為近乎完美的正弦波。
3.2環(huán)境適應性專項設計
岸電安裝于海岸附近，屬于特殊環(huán)境應用，具有潮濕及高鹽霧的特點，高壓變頻器針對此應用環(huán)境需進行特殊環(huán)境適應性處理
3.2.1 整機柜體：
1）柜體噴涂戶外粉；
2）設計加熱器；
3.2.2 銅排：表面鍍鎳處理
3.2.3 功率單元：
1）散熱器酸化處理；
2）單元外殼采用覆鋁鋅板，切面防銹處理；
3）導軌采用覆鋁鋅板，切面防銹處理；
3.2.4所有PCB板：多加工一次三防漆，做加厚處理（匯川使用的三防漆品牌為德國ELANTAS以及PETERS）
圖3.2三防漆自動噴涂設備
3.2.5 移相變壓器：
1）變壓器金屬結構件鍍鋅或達克羅處理；
2）變壓器緊固件三防處理；
3）變壓器鐵芯覆蓋漆使用三防漆；
4）變壓器風機等附件三防處理；
四、技術方案優(yōu)勢
4.1逆功率控制技術
在連船并網及解列過程中可能會出現發(fā)電機頻率及幅值調節(jié)不準確的情況，導致逆功率的產生，匯川變頻電源具有智能逆功率控制技術，能夠有效抑制逆功率的產生，提高了整個系統(tǒng)的可靠性；
圖4.1逆功率示意圖
4.2 V/F分離相序一鍵切換技術
在變頻電源類場合需要變頻器輸出不同電壓及頻率的組合，且負載不完全是電動機類，所以對于變頻器來說就需要具備VF分離控制技術，匯川HD90P系列高壓變頻器具備此功能，實現對電壓、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，并根據實際情況進行電壓和頻率的調節(jié)。
與此同時，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，也可在觸摸屏上實現對電源相序的一鍵切換，簡單易用，節(jié)省時間人力，免去手動更改動力主回路的麻煩。
圖4.2電源調節(jié)HMI界面
4.3三相輸出獨立控制技術
因變頻電源的負載有別于變頻器的電機類負載，船上單相負載的使用，導致其三相間負載分配不可能絕對的平衡，從而每相之間的壓降可能會有差別。匯川變頻電源具有三相輸出獨立控制技術，對電壓實行閉環(huán)控制，三相負載不平衡度達20%，依然保持三相線電壓對稱輸出；現場測試波形記錄如下，啟動時三相負載并不平衡，兩相間電流相差別很大，但對比觀察下方電壓波形，依然穩(wěn)定對稱。
圖4.3三相輸出獨立控制技術
4.4 電子式單元旁路中性點漂移技術
因為岸電使用中，是有不停機要求的，傳統(tǒng)機械式單元旁路功能從單元故障發(fā)生到單元旁路啟動會有200ms的延時，這是不允許的，所以我司岸用電源產品采用電子式單元旁路。運行中功率單元故障時，變頻器可將故障單元在線自動旁路并繼續(xù)運行，等情況允許時再停機排除故障。
同時，HD90P的非對稱旁路技術在單元旁路后，通過改變相電壓的相位差，在僅旁路掉故障單元的情況下，實現三相間線電壓的對稱。可以得到比傳統(tǒng)旁路方案更高的電壓輸出幅值。
圖4.4非對稱旁路技術示意圖
4.5完美無諧波技術
匯川HD90P通過單元移相輸入，單元級聯多電平輸出外加濾波器的方案，保證輸入諧波質量達到電網要求，輸出電壓諧波滿足船用電指標，下圖為寧波港岸電連船實時監(jiān)測的輸出電壓諧波數據。可以看到，三相電壓最高總諧波含量只有0.8%，完全滿足并超出標準要求。
圖4.4諧波含量測試圖
五、現場應用照片
圖5.1岸電設備配電室
圖5.2負載船只照片
圖5.3設備照片
圖5.4正常運行照片
圖5.5岸電箱及連船照片
六、結束語
靠岸船舶燒重油運轉輔機污染十分巨大，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，提升港口競爭力。但目前我國岸用電源技術還比較落后。其中，不提電源質量，單只逆功率問題就導致國內大部分岸電項目以失敗告終。
蘇州匯川技術有限公司依托多年的自動化行業(yè)的應用經驗，對岸電行業(yè)所需變頻電源具有獨到的方案解決能力，HD90P系列高壓變頻電源為具有三相輸出獨立控制、逆功率智能控制技術的高可靠變頻電源。專為岸電行業(yè)設計，突破當前岸電發(fā)展瓶頸，打破進口品牌壟斷，為我國環(huán)境保護事業(yè)與港口發(fā)展做出貢獻。
