岸电变频电源技术方案V1.1
岸基变频电源系统关键技术
岸基变频电源系统关键技术唐海娣;朱祥兵;魏海峰;李垣江【摘要】船舶岸电稳压技术是指允许装有特殊设备的船舶在泊位期间接入码头陆地侧的电网,从岸上电源获得其设施运行所需的电力,关闭自身的柴油发电机,从而减少废气的排放,消徐自备发电机组运行产生的噪音污染。
本文针对目前已投入运行的大功率负载条件下的非变频岸基电源系统在高压变频控制方面的不足,研究设计一套岸基高压变频电源系统,综合运用VF分离控制、三相独立控制以及同步并网技术,解决了船舶岸电系统的压频分离控制、稳定电压输出质量等问题,实现对高压大功率船舶负载安全稳定的供电。
【期刊名称】《齐鲁工业大学学报：自然科学版》【年(卷),期】2018(032)002【总页数】4页(P23-26)【关键词】岸电;VF分离控制;三相独立控制;同步并网【作者】唐海娣;朱祥兵;魏海峰;李垣江【作者单位】[1]江苏耐维思通科技股份有限公司,张家港215699;;[1]江苏耐维思通科技股份有限公司,张家港215699;[2]江苏科技大学电子信息学院,镇江212003;;[2]江苏科技大学电子信息学院,镇江212003;;[2]江苏科技大学电子信息学院,镇江212003;【正文语种】中文【中图分类】TP273目前,世界上利用港口岸电为靠港船舶供电的港口,大多都是港口电网向靠港船舶配电系统同频率直接供电,主要包括低压供电和高压供电两种方式,其中低压供电占港口岸电的90%以上[1]。
采用低压供电方式,岸电船舶之间联络需要9根低压电缆,电缀距离长,不仅接线方式复杂,大大增加了无功功率的消耗,而且接线操作时间过长。
而采用高压供电方式,高压供电上船仅需少量高压电缆,接线简便,线路消耗很小。
然而高压供电也存在着大功率变频变压、自动控制并网、需安装船用简易变电站等问题,并且国内目前尚无生产船舶专用变电设备的厂家[2]。
由于我国港口码头供电系统电网频率为50 Hz,而国内外很多大型轮船均采用60 Hz的船舶电器,不能直接使用50 Hz的交流电。
岸电改造方案
岸电改造方案文章介绍250kV A变频电源改造方案设计，根据方案设计系统组，对变压器、滤波器、变频器和开关进行选型，改造后通过空载和带载试验测量谐波，与国家岸电试行标准进行对比并满足电源供电标准。
标签：岸电；变频电源；变频器；滤波器1 背景中海油惠州物流基地码头已建成8套岸电电源，为国内船舶停靠时提供岸电供给。
由于业务需要，外籍船舶停靠码头需求增多，原岸电电源不能满足外籍船舶用电要求，根据此需求对原岸电电源进线改造。
2 概述岸电电源是一种船用或者岸用大功率变压变频装置，常常装备在造船厂及修船厂、岸边码头及远洋钻井平台等高温、高湿、高腐蚀性的恶劣环境，提供高精度高质量的电压和频率的电源。
随着我国海洋工业的飞速发展，大量外国的船舶停泊在我国港口和码头。
船舶停泊到码头，船上柴油机发电效率很低，发电成本高。
柴油发电机组排放大量有害废气，而且产生噪声，影响船员和码头附近居民的生活。
所以无论是船主和还是港口管理方都需要岸电电源代替发电机组供电。
目前世界上的岸电主要有60Hz和50Hz，港口电网分别向60Hz和50Hz的船舶电网直接供电，都不涉及变频技术。
由于我国电网采用的频率和电压分别50Hz和380V，而大部分外籍船舶供电采用的是60Hz频率和440V电压，如果直接将50Hz的电源接入外籍船舶设备，会使设备的整体效率下降30%。
通常采用岸上发电机组提供60Hz电源，但这种方法成本高，噪音大，而且同样会造成陆上环境的严重污染，发电效率又低，维护成本高。
随着现代电力电子技术、微电子控制技术的不断发展，采用IGBT作为功率器件的大功率逆变电路，特别在变频调速领域得到广泛的应用，为新型岸电供电技术——变频电源替换发电机组打下坚实基础。
3 方案设想对8套岸电电源的其中2套进行改造，增加变频单元，改造后既能提供380V 50Hz电源又能提供440V 60Hz电源。
运行方式如下：（1）国内船舶用电时，将变频电源柜旁路开关合闸，变频器电源分闸，变频器不投入工作，直接将电网380V50Hz电源供给船舶。
岸电电源介绍资料
船用静止岸电电源系统解决方案目录一、公司简介二、变频电源系统性能简介2.1 系统设计原则及系统特点2.2变频电源系统原理简介三、电源配置方案3.1电源配置3.2配电图3.3电源基本资料3.4电源关键元器件明细表四、售后服务承诺4.1服务体系组织构架4.2服务承诺4.3客户服务流程图4.4培训方案五、部分用户名单六、附件: 静止岸电电源和变频机组比较表二．岸电电源系统性能简介2.1 系统设计原则及系统特点2.1.1 通用性本系统符合国内外电气标准设计。
EN-50091、IEC801-2,3,4,5、EN50091-2、ENV50091-3、EN60146-4/IEC106 EN60529、ENC529、CE认证、ISO9001认证、UL认证、TUV认证、FC认证、TLC认证、CCEE认证，CECS72，CECS89。
2.1.2 可靠性平均无故障时间（MTBF）达到30万小时设备具有良好的电磁兼容性和电气隔离性能，不影响其他设备正常工作；统筹设计一体化供电系统，保证主设备的工作可靠性；1.采用真正在线双变换100％逆变输出，保证其可靠性；2.应用先进、成熟的双DSP控制技术，可靠性比一般CPU控制提高数倍；3.大容量输出隔离变压器实现电源与负载之间的完全电气隔离，为系统可靠工作提供保障；4.冗余设计是提高可靠性的重要方法●功率器件、SCR、控制器件的冗余设计●晶闸管的冗余设计可以在20ms内通过1000％的额定电流●风扇的冗余设计：风扇为易损件，冗余可以提高散热量，确保工作可靠●风道的冗余设计提高防尘能力，避免灰尘积累以上冗余系统工作，更适用于湿度大、灰尘多等恶劣的环境和启动电流大的负载，确保系统长期工作，安全可靠。
2.1.3 稳定性所有产品都经过众多客户运行考验，在业界具有领先的技术、领先的制造和领先的品牌。
目前在深圳建立了庞大的全球设计研发中心和生产基地，并相继投资数千万元建立了国家级的老化实验室和高温实验室，这是全国为数不多的实验室，可以模拟各种恶劣的环境（比如温度高、污染大），以此来考验我们每一台电源的稳定性，事实证明：我们的每一台电源能较好的适应各种恶劣的环境。
港口岸电电源
对于配电电压为低压440 V的船舶，采用一艘配备缆绳绞车和 变压器的驳船连接岸上和船舶系统。驳船上的变压器使岸上6.6 kV的电压降为440V低压。驳船与岸上电力的连接(6.6 kV)。驳 船与船舶的连接(440 V)。配电电压为高压6.6 kV的船舶不需要 驳船连接。
高压岸电系统技术方案
低压岸电系统技术方案
满足岸电环境条件
环境条件：
工作温度： -25℃～+55℃； 相对湿度： 常温下小于等于95%（不凝露）； 防潮防尘、防腐蚀、防静电，防护等级：IP54； 磁场干扰：< 20V/M； 冲击干扰：< 60dbµV； 接地电阻： 1Ω，不设独立接地装置。
低压岸电系统技术方案
高压岸电系统技术方案
实施过程：
电源箱中引出一根带有插头的电缆连接至位于码头前沿的10kV接电箱。 10kV电源进入电源箱后经过开关柜分别输出到辅助电源变压器与变频器； 辅助电源变压器用于提供380V电源，给电源系统的照明、空调、通风、监 控系统等提供动力电源。 中压变频器输出10kV@60Hz电源，经一个变压器降压后，输出 6.6kV@60Hz，经过6.6kV中压开关柜，由电缆卷筒上带有插头的电缆连接到船 舶的接电柜， 船舶接电柜可设计一个自动化控制柜，用于监测船舶上供电系统电压，电流 ，功率、电度、频率，断路器运行位置、故障跳闸信号等，同时提供连锁控制 功能，以避免带电接插电源造成事故。
低压岸电系统技术方案
岸上供电系统布置
移动电源箱：
船用供电系统的移动厢采用符合岸边码头恶劣的使用环境的全密封保温移动厢。整 体外形按照标准集装箱货柜设计,确保变频电源设备能完全满足在任何恶劣的使用环境 要求。
电缆连接设备
低压岸电系统技术方案
船舶岸电系统设计方案
船舶岸电系统设计方案许镇杰广州港工程管理有限公司㊀㊀摘㊀要:改造或建设新型船舶岸电系统是 绿色港口 建设的重要内容㊂以广州某码头岸基供电系统设计为例,从岸电电源系统㊁电源系统状态监测等方面对船舶岸电系统设计方案进行研究,阐述了变压变频电源㊁安全防护㊁监控系统的设计思路及实施方案㊂该系统具有满足供电并兼顾供电状态监控管理的能力,可提高港口岸电的安全性,提升港口设备的智能化水平㊂㊀㊀关键词:船舶岸电;岸电监控系统;变频电源Design Scheme of Ship Shore Power SystemXu ZhenjiePort of Guangzhou Engineering Management Co.,Ltd.㊀㊀Abstract:Transformation or construction of a new ship shore power system is an important part of the construction of green port .Taking the design of shore-based power supply system at a terminal in Guangzhou as an example,the design scheme of ship shore power system is studied from the aspects of shore power supply system and power supply system status monitoring.The design idea and implementation plan of variable voltage frequency converter,safety protection and monito-ring system are expounded.The system has the ability to meet the power supply and take into account the power supply state monitoring and management,which can improve the security of port shore power and improve the intelligent level of port e-quipment.㊀㊀Key words:ship shore power;shore power monitoring system;variable frequency converter1㊀引言航运业作为全球贸易80%商品的主要流通方式,是推动全球经济发展的重要途经㊂但航运业高速发展所带来的污染问题也越来越严峻,如何有效治理SO x㊁CO㊁NO x等港口主要污染气体,是推进绿色港口建设面临的主要问题㊂为此,全球各大港口开展了一系列的油改电项目,其中采用港口岸电系统替代传统船舶燃油供电系统的技术成为近年的研究热点,也是港口码头绿色建设的一个重要发展趋势㊂目前,国外岸电技术发展较为成熟,至2018年美国使用该技术的比例已高达70%㊂相较而言,国内仅在广州港㊁上海港㊁连云港㊁天津港和宁波港等部分码头进行岸电技术试点工作[1-2]㊂以广州某码头1#泊位岸电项目为例,对该码头岸电系统设计方案进行探讨研究,主要包括岸电电源系统设计㊁电源系统状态监测及管理两方面,使系统满足供电能力的同时兼顾供电状态监控管理的能力,对加快绿色港口的发展具有一定意义㊂2㊀电源系统设计要求该码头1#泊位主要用于集装箱船靠泊,应满足10万t级船舶作业期间的用电需求,并提供高压6.6 kV/60Hz电源㊂考虑泊位使用以及市电电网供电波动等因素,根据‘码头船舶岸电设施建设技术规范“[3]要求,1#泊位船舶岸电系统设计应满足以下要求㊂(1)额定输出容量应为3MVA㊂(2)船㊁岸之间电源无缝切换,即连接㊁断开及转换过程中要求船舶不断电㊂(3)满足岸电系统本地及远程监控管理需求㊂(4)具备安全防护功能㊂下面围绕系统变压变频电源选型㊁安全防护(计量㊁防雷接地等)及岸电监控系统(本地㊁远程监控)三大方面探讨港口岸电系统的设计要求和实施方法㊂3㊀港口岸电系统设计3.1㊀变压变频电源选型3.1.1㊀变压变频电源结构分析目前,船舶岸电变频电源根据电压等级分为74博看网 . All Rights Reserved.高 低 高 和 高 高 2种结构方式㊂ 高 低 高 结构为标准化低压变频模块并联的方案,所有模块均可互换以便于日后维护保养,且在故障冗余或系统扩容时,仅需要在原结构上并联新的模块,可扩展性强,适合用于5MVA以下中小功率㊂ 高 高 结构为标准化模块串联的方案,结构相对复杂,且系统扩容需要整体更换,故常用在8MVA 以上大功率项目上㊂结合上述内容及1#泊位船舶岸电系统设计要求,采用 高 低 高 结构,并在此基础上对变压变频电源实施方法做进一步的分析㊁探讨㊂3.1.2㊀变压变频电源实施方法高 低 高 变压变频电源是将港口泊位高压电源进行整流降压,将电源转为0.69kV/50Hz,通过低压进线开关柜连接至IGBT电源模块进行AC-DC-AC转换后,形成0.69kV/60Hz的电源,随后经由输出变压器升压至6.6kV/60Hz的上船高压电源,最后经输出高压开关柜连接到码头前沿插座箱供船舶使用㊂1#泊位配置了10kV电源接插箱㊁10kV中置式金属铠装开关柜㊁1600kVA高压变压器及相关电控组件㊁6.6kV高压进出线柜(箱式配电站)㊁码头岸电接电箱等装置㊂船舶岸电供电系统电源通过中心变电所外布置的10kV电源接插箱由变电所提供10kV/50Hz电源,经过变频变压后,供电系统电源输出6.6kV/60Hz电源,通过变电所外的6.6kV 电源接插箱接入集装箱配电房内的6.6kV开关柜,并通过电缆将电源输送到码头前沿的接电箱㊂此外,在变压变频电源实施过程中应重点注意设置护栏隔离保护,并设置醒目的安全标牌,避免人员误入,造成重大伤害事故㊂集装箱式配电房在施工或移动过程中要有专人指挥,做好设备㊁设施㊁建筑物和人员等的保护工作,还要充分考虑与建筑群㊁道路或机械设备的位置关系,以保证配电房与周边环境之间的安全距离㊂3.2㊀安全防护3.2.1㊀继电及联锁保护变压变频电源㊁电量计量装置㊁输入/输出开关㊁码头接电箱㊁同步切换装置㊁消防系统等重要设备,利用自身控制单元对船舶岸电系统运行进行联锁保护及内/外部电气元器件的状态监视,使智能控制系统及时发现潜藏的安全隐患,保证系统正常运行㊂针对以上设备,船舶岸电系统将各传感器采集的模拟量信号利用A/D转换模块转换为数字信号并传输至主机PLC,便于主机PLC根据前期设定参数进行相应判断,进而做出相应的报警或联锁动作㊂此外,船舶岸电系统还通过电气元件与安全回路之间按照一定条件建立起既相互关联又相互制约的联锁关系,是有效保证岸电系统安全的另一种重要手段㊂例如:变压变频电源与安全回路联锁,当变频电源工作异常时,安全回路断开并且输出断路器分闸;输出断路器与安全回路联锁,当安全回路异常时,不允许输出断路器合闸;各位置急停按钮与安全回路联锁,当按下急停按钮时,显示屏上显示急停和系统故障,且断路器不能合闸㊂继电保护是对船舶岸电系统中发生的故障及异常情况直接报警或者隔离的一种重要措施㊂根据‘码头船舶岸电设施建设技术规范“规定,1#泊位岸电系统的继电保护应满足:电气元器件的选型要考虑其能承受的短路容量并兼具可靠性㊁选择性和灵动性;重要电气设备应具备电流速断㊁过流㊁低压㊁超温等保护功能;各项保护功能检验,可通过连接信号发生器方式或者软件调整保护阀值方式测试,测试项目及技术要求见表1㊂表1㊀继电及联锁保护测试检验项目技术要求电气安装检查柜内无异物㊂所有柜内元件齐全㊁接线正确,与图纸一致㊂二次接线端子确认完好,无松动;跳线插接正确㊂电气元器件动作检查,可以正常分合㊂联锁㊁急停检查岸电电源与安全回路联锁㊁互锁检验,安全回路断开,岸电电源停止㊂输出断路器与安全回路联锁㊁互锁检验,安全回路断开,输出断路器分闸(插座箱处短接回路测试)㊂急停数字量检验,分别按下各处位置急停按钮,显示屏上显示系统故障㊂合闸合不上㊂输入/出侧保护功能检查模拟调整保护阀值,输入/出过压报警动作正确,监控系统的报警信息准确㊂模拟拟调整保护阀值,输入/出欠压报警动作正确,监控系统的报警信息准确㊂模拟拟调整保护阀值,输入/出过流报警动作正确,监控系统的报警信息准确㊂烟感报警检验触发烟感测试查看报警功能㊂84博看网 . All Rights Reserved.3.2.2㊀接地及防雷本岸电系统采用阻抗接地,分为工作接地㊁安全保护接地和控制系统接地等㊂岸电电源系统与可靠接地点连接,电气设备可以触及的金属部件与外壳接地点之间的电阻不大于0.50Ω,并用万用表测量检查㊂通讯及控制电缆屏蔽层应确保接地㊂为避免电源尖波㊁雷击㊁感应雷击等瞬间过电压对配电装置造成破坏,采用独立智能防雷监控管理系统,对电涌保护器的泄放雷电流强度㊁泄放次数,进行实时的状态监测㊁告警及管理㊂内部电控系统电源回路采用一㊁二㊁三级保护,信号回路采用信号保护,电源回路包含并不限于在以下位置安装电涌保护器:主电源㊁辅助电源㊁总电源进线侧㊁控制电源及PLC模块电源㊁通讯分站电源㊁摄像头电源两侧㊂3.2.3㊀电量计量船舶岸电计量系统将6.6kV上船高压电源通过电压互感器转换为低电压,将高压电流通过电流互感器转换为低压电流,然后将低电压和低压电流接入电能表的输入端,使电能表根据输入端电压㊁电流进行实时计量㊁运算,实现船/岸的电能计量功能[3]㊂船舶岸电计量系统结构见图1㊂图1㊀船舶岸电计量系统结构图[3]㊀㊀根据电能计量系统原理,电度表主要考虑计费㊁数据保存以及通讯3方面功能,应满足多费率结构㊁多种通讯方式以及计费数据不会因掉电而丢失等需求㊂因此,选用带有非易失存储器EEPROM的兰吉尔E650系列电能表,该电度表费率结构包含电量与需量费率㊁存储值㊁负荷曲线㊁4个象限有/无功及视在电量,并具有RS232㊁RS485及GPRS多种通讯方式㊂3.3㊀船舶岸电监控系统设计3.3.1㊀监控系统硬件设计为满足船/岸投切㊁电能计量以及安全防护等功能,通过多个子系统或传感器对船舶岸电系统不同部位进行数据采集,从而形成完整的船舶岸电监测数据信息库㊂岸电监控系统分为中控室㊁配电站㊁现场操作站3个层级,主要包括:中控室操作员站㊁服务器㊁主机PLC系统㊁视频监控系统㊁通讯网络等设备(见图2)㊂中控室采用工业级计算机,配置不间断电源,2台操作员站互为备用㊂操作员站配置监控组态软件,编制组态画面,对整个港口的用电信息实现信息远程管理㊁监视及控制运行状态㊁数据存储与查询㊁视频监控㊁图表生成及打印等功能㊂配电站内配置主机PLC控制系统,用于控制㊁监测船舶岸电系统运行状态,通过光纤传送至中控室内的数据服务器和操作员站㊂现场操作站设置冗余控制器,负责完成各种类型的电气和控制信号采集,完成各种电气设备的数据交换,为数据服务器提供所有岸电设备的基本数据㊂站内配置带触摸屏,实现岸电系统设备操作的联锁控制㊁岸船之间信号的交换及控制,协助船舶与岸上电源的投切㊂3.3.2㊀监控系统软件设计船舶岸电监控系统配套处理软件的设计要求是:由设备层硬件部分数据采集系统获得相关的电信号数据,然后由监控软件将这些电信号经过转换处理以实时图像㊁数值㊁警示灯等形式显示,可以实时监测整套系统的通信状况,采集各设备电气量及非电气量信息,以便现场操作人员在第一时间了解工作情况,同时将重要装置㊁系统上传的数据保存成各自独立的文件,建立1#泊位独立的系统,作为日后故障诊断分析的依据㊂根据以上的功能需求分析,电脑端系统工作界面包含岸电监控㊁设备管理㊁计量管理以及停船管理等子功能模块;数据监控㊁管理分析,监控部分以实时数据为核心,管理部分以历史数据为核心㊂船舶岸电岸系统功能框架见图3㊂(1)船舶靠港用电量监控:动态显示港口业务信息,实时监测靠港船舶的用电情况㊂(2)作业管理:可根据船舶信息㊁作业时间等条件,实现模糊查询功能并生成电子报表㊂(3)运行参数:各设备在不同状态下的电气参数(运行㊁故障㊁检修等状态),如电压棒图㊁电流曲94博看网 . All Rights Reserved.图2㊀船舶岸电控制系统结构图图3㊀船舶岸电岸系统功能框架图线㊁频率㊁功率㊁温度㊁湿度㊁运行时间㊁通讯接口状态等参数㊂(4)故障跟踪:系统可存储电气元器件发生故障前数秒内的开关量和模拟量,并以波形图的形式表示出来,用于故障分析㊁诊断㊁归纳的依据㊂(5)运行维护:自动记录易损耗电气元器件使用时间及维护时间,自主设置维护周期,自动提醒维修人员进行设备的维护和保养㊂(6)历史数据:各运行数据自动保存在历史数据库,通过关键字进行查询并以图形㊁表格的形式显示㊁导出㊂(7)系统工具:提供系统使用说明等文档㊂4㊀结语船舶岸电系统作为国家绿色港口的重点建设规划,具有广阔的应用前景㊂基于广州某码头1#泊位实际情况,对该泊位的变压变频电源㊁安全防护㊁船舶岸电系统监控及管理等方面的设计进行了合理的改进和调整㊂同时考虑港口的未来发展需求,该系统兼容性强,可扩展至多套船舶岸电系统,为船㊁岸两方的电力监控管理提供有力保障㊂参考文献[1]㊀屈东升.岸电高压上船系统中的变频电源选型分析[J].港口装卸,2019(2):37-39.[2]㊀刘舒,白纪军,万莎,等.靠港船舶岸电信息管理与监控系统设计[J].电信科学,2018(5):176-182.[3]㊀DL /T 2143.2-2020.港口岸电系统建设规范第2部分:电能计量[S].国家能源局,2020.许镇杰:510730,广东省广州市黄埔区夏港街志诚大道331号收稿日期:2021-11-30DOI:10.3963/j.issn.1000-8969.2022.02.0165博看网 . All Rights Reserved.。
MMC岸电技术方案
MMC岸电技术方案船舶停靠码头时，通常包括两种使用工况，即：船舶装卸货工况和船舶停泊工况，任一工况下船舶负载所需电源皆来自于船上配置的主发电机组。
船舶停泊工况时，多为生活用电，船上所需用电负荷相对偏小，一般运行1台发电机即可。
船舶装卸货工况时，一般情况下仍可用1台发电机，但运行压载泵或其它较大负荷操作时，为确保主电源的连续性，满足CCS规范要求，必须至少运行2台柴油发电机，才能满足全船最大负荷需求。
船舶岸电是指船舶靠港期间，通过岸上设施向船舶供电。
船舶建造时一般均会配置一个较小容量(一般不超过400安培)的岸电箱，可接入码头岸电，但仅能满足船舶厨房、照明、通讯等日常生活设施用电或船舶厂修时的基本用电。
为了降低排放，减少污染，船舶靠泊后国际上目前也有采用低硫燃油的方式解决排放问题。
但目前国内港口还没有低硫燃油提供，国际上除了欧盟和美国加州，其它国家也不是强制执行，同时能提供低硫燃油的供应商很少，采购成本较高。
对于营运船舶，还需要对相应设备进行改造才能使用。
从上面分析中可以看出，船舶装卸货作业工况时，采用原船上的岸电箱接入岸电不能满足船舶用电所需。
所以需要对船舶进行岸电技术改造或建设，以满足船舶作业时的用电需求。
如果岸电改建使用成功，就能在船舶停靠码头时停用船舶发电机组，杜绝其使用燃油燃烧排放的废气，有效改善港口环境。
并且，在目前全球能源日益紧张、燃油价格持续走高的形势下，采取合适措施改建的船舶岸电，在实际应用中还可能产生一定的经济效益。
有统计数据显示，从2000年至今，美国、比利时、加拿大、德国、瑞典、芬兰、荷兰及中国等国已有约24个港口使用了岸电电源系统，采用岸电技术的船舶达到了100 余艘。
不仅如此，随着欧美各国有关船舶在靠港期间废气排放的法规日趋严格，靠港船舶使用岸电系统将成为航运业的一大发展趋势。
全国沿海主要规模以上港口拥有万吨级及以上泊位1600个以上，那么就会需要大约1600台平均容量为2~4MVA高压变频器。
岸电参数要求
（1）变频电源1台，具体要求为：1)额定容量：≥150kV A2)额定输出电压：0-400V3)额定电流：375A4)输出频率：50-2500Hz5)输出波形：标准正弦波6)输出波形失真度：＜1.0%7)输出电压不稳定度：<1.0%8)输出频率不稳定度：<1%9)过载能力：120%额定负载下能够正常工作3min10)输出电压波形畸变率：总谐波畸变率不超过3%，单次谐波畸变率不超过2%11)有功功率和无功功率单独可控12)输出、输入具有电气隔离，具有输出电流瞬时切断过电压和电流保护装置。
13)电磁兼容应满足GB/T 17626-1988《电磁兼容试验和测量技术》系列国家标准（2）配套无功补偿装置配置与变频电源配套的无功补偿装置，技术要求为：1）额定电压：400V2）总容量：300kvar（3）配套电压互感器配置用于测量谐波损耗测量系统输出电压的电压互感器，电压互感器技术要求为：1）额定一次电压：30kV2）最高工作电压：≥40kV3）额定二次电压：kV4）额定输出容量：10V A5）工作频率：50-2500Hz（4）配套电流互感器配置用于测量谐波损耗测量系统输出电流的电流互感器，电流互感器技术要求为：1）额定一次电流：200A2）额定电压：30kV3）最高工作电压：≥40kV4）额定二次电流：5A5）额定输出容量：20V A6）工作频率：50-2500Hz（5）配套操作台在接外部负载的条件下，能精确测量和显示谐波损耗测量系统的输出电流、电压以及功率，并能控制变频电源输出的有功和无功功率。
（6）试验导线400A大电流铜导线30m。
变频电源在港口岸电中的应用刍议
变频电源在港口岸电中的应用刍议摘要：随着城市化建设的不断加快，城市污染越来越严重，变频电源系统可以对港口的污染进行防治，是保护环境的重要途径，所以相关部门应该引起重视，采取合理的手段对电源的设计方案进行设计，工作人员要对系统设计的各要素进行详细的分析，以此来提高岸基电源系统的设计质量。
本文主要阐述了岸基电源设计的实际应用案例，希望为相关人士提供有价值的参考。
关键词：变频电源；港口岸电；应用刍议现阶段我国大吨位的船舶通常都会在港口之间进行停靠，相关的工作人员需要使船上的辅助设施运行正常，例如，照明、空调、水泵等设施，并且在设施工作的时间不能停止用电的供应。
船舶发电具有自身的独特性，船舶通过自身的燃油发电机就可以及时供应电力，这种设计在一定程度上减少了工作人员的压力，为船舶的供电提供了便利。
但是现在仍然有企业的大型船仍然采用传统柴油发电机，这就会使大型船只停靠在港口期间造成大量的污染，破坏生态平衡。
一、变频器电源设计实际大况在我公司所使用的桥吊是欧洲以及美洲的产品，需要60赫兹的电源对产品进行调试，但是在实际工作中无法直接提供60赫兹的电源，因此需要使用50赫兹的高压，然后通过柴油发电机为产品提供调试用电。
但是在最近几年的使用中，由于柴油机使用年限较长，因此故障现象时有发生，使自身的输出功率降低，影响整体工作的稳定性，并且由于柴油费用的提高，会使污染现像也会有所增加，对产品调试进度产生阻碍，使投诉现象不断增加。
以目前情况来看，我公司是对电源的要求较为特殊，具体内容如以下：①设备功率可以满足是三台产品同时调试。
②码头空间较为较小，因此对电源的体积有着更高的要求，需要其可以灵活使用。
③电源设备需要稳定运行，并且不会对环境产生影响。
为有效解决柴油机使用时间过程带来的问题，我公司的顾民华同志自行设计电电源设备，并且经过不断的讨论以及比较，完善柴油发电机运行不稳定以及噪音等问题，有效解决费用较低的缺点[1]。
码头船用大功率变频岸电电源要点
SVF系列码头船用大功率变频岸电电源江门市安利机电工程有限公司生产的SVF系列码头船用大功率变频电源设备是专门针对船上、岸边码头等高温、高湿、高腐蚀性、大负荷冲击等恶劣使用环境而特别设计制造的大功率变频电源设备。
它是在我司生产的VF系列大功率变频电源的基础上，在产品功能、性能、防护等级等多方面增强型延伸产品。
完全符合中国船级社CCS的船用产品认证标准。
广泛应用于船上、船舶制造及修理厂、远洋钻井平台、岸边码头等需要由50HZ工业用电变为60HZ高质量稳频稳压电源，对船舶用电设备进行供电的场合。
SVF系列码头船用大功率变频电源设备单台功率容量由100KVA～1500KVA。
变频电源的核心重要部件—逆变单元采用芬兰Vacon PLC公司生产的符合英国劳氏船级社船用产品认证标准的通用变频器为逆变单元（在船舶及海洋钻井平台的应用中采用Vacon大功率变频器已经超过4000台）；所有PCB电路板采用涂层固化处理；正弦滤波器、输出变压器采用整体真空浸渍绝缘漆和喷涂高温防护漆处理，具有较高的绝缘级别和防护能力；柜体采用喷塑处理，防护等级达到IP22，如果安装在我司生产的移动舱内，则整体防护等级达到IP55，适用于露天和经常整体移动的场合和任何恶劣的工作环境。
SVF系列船用变频岸电电源主要性能指标＊额定输入电压：输入电源为三相380V/50HZ工业电源。
（交流电压允许波动范围由323V至 528V）＊额定输出电压：输出电压可根据用户需要，提供多种单/三相电压等级。
＊额定输出频率：60HZ／50HZ（可任意转换）或 400Hz＊输出频率精度及稳定度：输出频率误差≤0.01Hz；稳定度＜0.01％（0～100％负荷变化时输出频率不变）＊输出电压稳压率：静态＜1％；动态＜3％＊50％负荷突加／减时输出电压瞬间变化：＜5％，并且在0.5秒内恢复到额定输出电压＊变频电源过载能力：每十分钟允许有一分钟超负荷的过载电流为1.5倍输出额定线电流。
探究基于高压变频器技术的船用岸电电源
探究基于高压变频器技术的船用岸电电源在如今这个高压变频技术快速发展时期，在船用岸电电源中高压变频器技术已经广泛应用，在船用岸电电源的设计方案上也应用着高压变频技术的岸电电源装置。
设计者们根据以往的设计方案也开始着手建造了60HZ岸电电源装置，然后设计者们又经过大量一次又一次的实验验证后，最后决定投入使用在修造船只的用电设备输配电设备中。
经过投入使用后，又发现修造船厂60HZ岸电电源采用的是高压变频技术的岸电电源装置，最后取得了很有效的结果，也值得庆幸的是把这门技术扩宽了他的应用领域。
标签：岸电电源高压变频器修造船引言：现如今我国在生产船只方面已经是世界打国了，并且还在生产出的船只出口至世界各地，包括各种大小各种频率和电压要求的船只，我们国家都在生产，并且质量很高，也很标准，安全系数也很高，所以也就造就了中国在生产船只方面一直领先在世界的前端。
在国家修船或者生产船只时，船上大量的设备都必须在60HZ电源供电的情况下方能进行，所有人都直到我国工业及民用电网的频率均为50Hz，那么将修船或者造船的设备接在我国工业或者生活用电上是根本行不通的，因为这样的电力是根本负载不了那么些造船的设备的，一般情况下如果要有这样的工作都是要在60Hz电源的情况下方可施行的，随着国家的进步，科学技术的不断发展，高压变频技术也越来越成熟，又加上它能输出一完美的电力正弦波，所以研究学者又想到了利用高压变频器的功能，为船只提供出特需的电源，并且取得了非常好的效果。
一、分析造船厂60Hz岸电电源设计方案和应用区域。
1.在设计方案方面第一就是在高压变压器的选型上，因为船只的大小不同，重量也不同，所以船上的用电设备的用电容量也各有不同。
在造船厂方面要考虑到其后期的发展问题，必须是高压变频器要有一定的裕量，同时可满足4台以内电动机的启动，只有这样才会为以后的造船事业做出良好的基础。
2.在系统方案方面，首先在高压变压器的选择方面要特别的注意，因为造船业原本就是一个比较大的一个工程，而且所需的机器也是重型机器，体积都比较大，重量也特别重，造船用电设备也是各有不同，因为符合不一样，容量也不一样，而且考虑到造船业的课持续发展的事实情况，高压变频器的额定容量必须是一个固定值2800KA V配置，用电机直接带动额定电流的7倍、包括很多电压之间的转换，这些都是为了日后造船事业能造出更大更好的船只做好最好的基础。
码头岸电技术规格书
码头岸电技术规格书码头岸电技术规格书-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII码头岸电招标技术规格书1、项目背景船舶靠港期间，主要是利用船上辅机发电机发电来满足船舶用电需求，船舶辅机发电机一般是燃烧重油或柴油，在消耗燃油获得动力的同时，船舶向大气排放大量的污染性气体，其主要成分含二氧化碳（CO2)、氮氧化物（NO X）、硫氧化物（SO X）、有机挥发物VOC 和可吸入颗粒物PM2.5等有害污染物，破坏港区周围的生态环境。
据统计，港口城市由于停靠的船舶燃烧重油或柴油产生的废气排放比其它城市平均多25％，这些污染性气体对人类健康和环境安全构成极大威胁，据不完全统计，港口周边地区居民患呼吸系统疾病的比例要比内地城市高近10％。
建设“资源节约型、环境友好型”的绿色生态港口得到国家和港口企业高度重视，船舶停靠港口后停用船上发电机改用岸电供电这一减排节能的重大改措目前正在我国港口码头行业逐步展开。
为了更好地推进岸电技术的应用，交通运输部政策法规司于2011年颁布了“关于印发《建设低碳交通运输体系指导意见》和《建设低碳交通运输体系试点工作方案》的通知”（交政法【2011】53号），明确提出：“积极推进靠港船舶使用岸电。
力争新建码头和船舶配套建设靠港船舶使用岸电的设备设施，在国际邮轮码头、主要客运码头、内河主要港口以及30％大型集装箱码头和散货码头实现靠港船舶使用岸电”。
2015年8月31日，交通运输部印发《船舶与港口污染防治专项行动实施方案(2015-2020年)》，明确了船舶与港口污染防治专项行动工作目标，其中包括，到2020年，主要港口90%的港作船舶、公务船舶靠泊使用岸电，50%的集装箱、客滚和邮轮专业化码头具备向船舶供应岸电的能力。
大力推动靠港船舶使用岸电，努力实现我国水运绿色、循环、低碳、可持续发展。
2016年7月10日交通运输节能减排项目管理中心出台了《靠港船舶使用岸电项目专项资金支持政策解读》经国务院批准，中央财政拟对靠港船舶使用岸电项目进行奖励支持。
变频电源系统方案
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变频器系统的技术特点 ................................................................................................................................. 17 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 高纯水冷却技术 ..................................................................................................................................... 17 牵引级 IGBT 应用 .................................................................................................................................. 19 双 32 位 DSP 处理器及高性能 FPGA ................................................................................................... 20 金属化聚丙烯膜自愈式电容 ................................................................................................................. 20 变频器功率单元低感 BUSBAR 母排联接............................................................................................ 21 基于光纤分布式控制 ............................................................................................................................. 22
岸电技术简介
岸电技术简介港口以往停靠码头的船舶必须一天24小时采用船舶辅机发电，以满足船舶用电的需求，辅机在工作中燃烧大量的油料，排出大量的废气，同时24小时不间断地产生噪声污染。
为了解决这一问题，经过调研和实地考察，采用船舶接岸电系统能够解决存在的问题，此项目可以使船舶在停靠码头期间不再依靠辅机，而是采用码头岸电系统来提供能源。
一、概述对到港船舶实施岸电技术防治污染的可行性，已经被国内外的专家学者所论证，甚至已经被一些国家和地区先行使用。
推广岸电技术，对节能减排、绿色经济和环境治理，有着重大社会效益和环境效益。
作为港口、航运交通运输行业中的大型企业领导，有着高度的社会责任感和使命感，对环境保护等重大问题高度关注。
连云港港口集团有限公司总裁白力群，早在今年年初就开始组织部署，启动了船舶接用岸电技术课题研究工作。
河北远洋集团董事局主席高彦明，在今年四月份向交通运输部提出了“关于在我国港口靠泊船舶使用岸电的建议”。
理解岸电技术的基本概念，解决岸电技术的关键问题，设计和规划岸电技术的实施方案，寻求实施岸电技术试点，继而在全国港口、航运交通运输行业中推广岸电技术是目前加快实现低碳交通、深化治理港口环境的重要工作。
通过岸电技术的探索、运用和推广，进而促进国家相关法律法规和行业标准的制定，不仅具有可行性，同时具有紧迫性，对我国低碳交通的发展具有重大意义。
二、船舶接用岸电技术船舶接用岸电技术，是指船舶靠港期间，停止使用船舶上的发电机，而改用陆地电源供电。
港口提供岸电的功率应能保证满足船舶停泊后所必需的全部电力设施用电需求，包括：生产设备（如：舱口盖驱动装置、压载水泵等）以及生活设施、安全设备和其它设备。
港口(提供岸电)和靠港船舶(接受岸电)各自都专门带有一套岸电系统。
我们的项目——船舶接用岸电系统工程技术，就是从港口岸电系统和船舶岸电系统这两项工作开始的。
三、港口岸电系统1、港口实施岸电所需的技术改造港口实施岸电需要的技术改造集中在以下三个方面：(1)增容扩建港区能够提供岸电的功率对新建码头、待建码头而言，功率裕量较大，完全能满足船舶对岸电的需求，可以不考虑功率增容问题；但对于老码头，功率裕量较小，必须对港区码头的降压变电站进行增容扩建。
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码头岸电电源变频系统技术方案能科节能技术股份有限公司2015 年 3 月目录1、技术要求 (3)2、设计方案 (4)2.1简介 (4)2.2 设备选型 (4)3、设备技术性能 (6)3.1 S120变频器概述 (6)3.2 S120变频器组成 (7)3.3 控制单元 (7)3.4 基本电源模块（BLM） (10)3.5 回馈电源模块（SLM） (12)3.6 有源电源模块（ALM） (14)3.5 电机模块 (17)4、供货范围 (19)5、技术服务 (20)1、技术要求输入电压：450V，3AC输出电压：440V，3AC；输出容量：800kVA；输出频率：50/60Hz可选。
2、设计方案2.1简介根据项目要求，我司的供货和设计范围为案电电源系统的变频电源部分，系统所需的进线变压器、出线柜等不含在我司供货范围内。
2.2 设备选型考虑系统电压和容量需求，并考虑系统运行的稳定性和可靠性，本技术方案采用能科NC PCS L系列电源产品，设备选型及基本参数如下：变频电源技术参数表变频电源布置图如下：变频电源布置示意图电源系统配置电压检测模块，在向船舶供电时，变频系统自动检测船舶侧电源的幅值、频率、相位等参数，并根据船舶侧电源参数调整变频器输出电源，当变频器输出电源的幅值、频率、相位与船舶侧电源一致时，变频系统发出切换允许指令，而后再断开船舶侧电源供电，实现船舶负载电源供电的无扰切换，确保整个切换供电过程的安全可靠，切换过程如下。
a、初始状态，“船舶侧电源断路器”闭合，“变频电源输出断路器”断开，负载由船舶侧电源供电；b、上位系统给定“同步指令”，变频器系统启动并进行同期检测；c、同期检测成功后，发出“切换允许”信号，控制“变频电源输出断路器”合闸；d、“变频电源输出断路器”合闸返回后，控制“船舶侧电源断路器”分闸，负载由变频系统供电，完成电源切换。
3、设备技术性能能科低压变频电源产品采用西门子sinamics S120 系列变频器，配置滤波设备和电源在线切换控制系统，输入为50Hz电源，输出为50/60Hz电源，变频系统采用滤波装置,避免高次谐波对电网的污染,变频电源主要技术参数如下： 额定输入电压400~480V，3AC;额定输出电压400~440V ，3AC；输出电源制式为三相三线制；0～100%负荷变化时输出频率不变；电源输出电压波动：静态＜5%，动态＜20%；电源输出频率波动：静态＜5%，动态＜10%；50%负荷突加／减时输出电压瞬间变化：＜20%,并且在1.5秒内恢复到额定输出电压；变频电源输入功率因数：≥0.93；输出电流谐波＜3%；电源有完善的过压、欠压、过流、短路、缺相、过热等保护功能，当输出负荷容量达到任意设定值时可发出预报警信号，以便于控制用电负荷。
3.1 S120变频器概述SINAMICS S120 是一种高性能、高精度的驱动器。
硬件上具有模块化的结构设计，安装、维护简单易行；强大的软件功能，使其适用于各种复杂应用的场合。
既能做伺服控制，也能做矢量控制，能实现速度控制，转矩控制，位置控制多种控制方式，同时能满足运动控制的要求，SINAMICS S120 智能化驱动功能体现于控制单元中的闭环控制功能；可以拖动 Siemens 的所有低压电机，如异步（感应）电机还有同步电机。
多种冷却方式，更使其能适应于各种场合和应用。
SINAMICS S120 覆盖功率范围从 0.12 kW 到 4500 kW，且可配用多种控制单元，可以用于所有复杂的传动应用。
SINAMICS S120 具有以下突出优点：基于一个统一的开发平台；统一的工程组态；高度灵活性和模块化组合能力；高性能单机和多机传动的矢量/ 伺服控制；通用性强，可自由组合生成量身定制的解决方案；功率范围较宽；控制功能强大；SINAMICS 集成安全功能；可采用各种冷却方式（风冷/ 水冷）；支持多种整流方式；可方便地集成到上位自动化和 IT 环境中；组态简单方便；易于选型组配；安装简单；灵活简单的连接技术。
3.2 S120变频器组成SINAMICS S120 具有 AC/AC 单轴驱动和 DC/AC 多轴传动两种形式。
AC/AC 单轴驱动由控制单元 CU310 和功率模块 PM340 组成，DC/AC 多轴驱动由控制单元CU320-2、电源模块、和电机模块组成。
单轴驱动模块适用于功率较小和控制要求较低的场合，DC/AC模块适用于功率较大或控制要求较高的场合。
3.3 控制单元SINAMICS S120系列变频器有两种型号的控制器，分别用于单机传动和多机传动，控制单元自身能够处理一般的工艺任务，具体功能如下：对于单机传动，使用CU310 DP 或CU310 PN 控制单元。
对于多机传动，采用 CU320-2 控制单元。
一个CU320-2能控制6个伺服轴或者6个矢量轴或者12个V/F 轴。
对于复杂运动控制，可采用 SIMOTION D 控制单元 D410、D425、D435 和D445。
每一种控制单元都是基于目标导向的 SINAMICS 标准固件，包括所有的通用的控制模式并能够调整以满足最高的性能要求。
矢量控制，具有高精度和转矩稳定性的速度控制，特别适合于异步（感应）电机；伺服控制”，具有高动态响应运动控制，具有等时 PROFIBUS 的角锁定同步，多用于高精度生产机床；V/f 控制，响应和精度要求不高的控制，适用于相对简单的应用，如：电机成组传动CU320-2 控制单元一个或多个电机模块和电源模块的通讯、开闭环控制功能均在一个 CU320-2 控制单元内完成。
CU320控制器控制方式除了提供转速和电流控制功能的高性能矢量控制外，还提供如下装置保护和电机保护功能：电机自动识别，可以快速、简单地对传动的控制性能进行调试和优化。
一个斜坡函数发生器具有可独立调节的上升和下降时间以及可调的工作周期（极限转速范围内的），通过改善传动的控制响应，从而防止系统机械过载。
可单独针对紧急制动时的下降斜坡进行参数调整。
Vdc max 控制器可自动防止直流回路的过电压，例如：在设定的下降斜坡时间过短时，自动延长斜坡下降时间，以防直流过压。
动能缓冲（KIP）通过在一定时间内由机械动能来弥补因输入电源故障而缺失的能量。
转速会根据惯性和负载转矩而下降。
当输入电压恢复正常时，恢复正常运转。
当电源发生故障，重新恢复后，自动重启功能会再次开启变频器，并加速到当前的转速设定点。
捕捉再启动可将变频装置无扰动地连接到正在旋转的电机上。
工艺控制器通过“工艺控制器”中的功能模块可实现简单的工艺控制功能，如液位控制或流量控制。
工艺功能控制器是一种PID控制器，其中微分器输入可切至控制值偏差通道或实际值通道。
P、I 和 D分量可单独进行设置。
可自由编程的功能块，可以很容易地在变频器内实现逻辑和运算功能。
这些功能块可通过操作面板或 STARTER 调试工具进行编程。
算术和逻辑模块以及扩展的开环和闭环控制功能。
用于电机保护的I2t检测电机温度计算根据变频装置软件中的电机模型进行计算。
电机温度测定通过分析KTY84或PTC温度传感器对电机进行保护。
当连接一个KTY84传感器时，可以设定报警或停机极限值。
当连接了一个PTC热敏电阻时，可以确定PTC热敏电阻触发之后的响应（报警或停机）。
电机堵转保护，电机堵转条件一旦达到，变频器会立即关断以防止过载。
CU320的控制响应速率如下表：CU320控制单元标配的接口：4 个DRIVE-CLiQ 插口，用于和其他 DRIVE-CLiQ 设备通信，如：电机模块、有源电源模块、传感器模块和端子模块；CU320-2 PN：1 个 PROFINET 接口，带 2 个端口（RJ45 插座），符合PROFIdrive V4 行规；CU320-2 DP：1 个 PROFIBUS 接口，符合 PROFIdrive V4 行规；12 路可设定的悬空数字量输入；8 路可设定的双向非悬空数字量输入/输出；1 个串行 RS232 接口；1 个用于连接 BOP20 基本操作面板的接口；1 个 CF 卡插槽， CF 卡存有固件和参数；1 个安装选件模块（如端子板 TB30）的插槽；2 个旋转编码开关，适用于手动设置 PROFIBUS 地址；1 个以太网接口，适用于调试和诊断；3 个测试插口和 1 个参考接地，用于调试支持；1 个开关电源连接，通过 24 V DC 电源连接器连接；1 个 PE （保护地）连接；1 个接地连接；CU320控制单元端子接线图如下：3.4 基本电源模块（BLM）基本电源模块只为单纯整流运行设计，不能够将能量回馈给电网。
如果制动的时候产生过高再生的能量则必须通过制动模块和制动电阻转换为热量耗散掉。
装置型基本电源模块 BLM 采用晶闸管全控桥，适用于无需能量回馈电网的场合，连接的装置型电机模块由晶闸管进行预充电。
基本装置型电源模块可用于中性点接地的（TN，TT）和浮地的（IT）电网。
配用的制动模块可以内置在基本装置型电源模块中，通过制动电阻将过高的再生能量耗散掉。
装置型基本电源模块通过 DRIVE-CLiQ 与控制单元通讯。
此控制单元可能是 CU320-2 或 SIMOTION D 控制单元。
装置型基本电源模块接口包括:1 组输入电源连接；1 组 24 V 直流电源的连接端子；1 组直流回路连接（DCP，DCN），用于逆变单元供电；1 个直流回路连接（DCPA，DCNA），用于连接制动模块；3 个 DRIVE-CLiQ 插口；1 个温度传感器接口（KTY84-130 或者 PTC/PT100）。
基本电源模块连接图如下：基本电源模块单线图如下：3.5 回馈电源模块（SLM）回馈电源模块可以整流供电并能将能量回馈给电网。
当选用回馈电源模块时，必须使用一个与该电源模块匹配的进线电抗器。
回馈电源模块单线图如下：回馈电源模块即 Smart Line Module 是供电/再生馈电单元。
和基本型电源模块一样，它能为相连的电机模块提供电能，此外它还能将再生电能反馈回电网。
供电通过二极管整流桥进行，而稳定的、电网控制的再生馈电则通过 IGBT 进行，再生馈电持续效率达 100 %。
不满载时，直流母线电压是电源额定电压有效值的 1.32 倍，满载时，直流母线电压是电源额定电压有效值的1.3倍。
回馈电源由一个回馈电源模块和一个外部电源回路组成，该回路由分路接触器、预充电回路、熔断器和进线电抗器组成。
通过回馈电源模块可以将一个或多个电机模块连接到供电网上。
回馈电源模块为电机模块提供直流母线电压。
也可以通过参数取消回馈电源模块的馈电能力。
回馈电源模块适用于在TN 以及IT 和TT 电网上的直接运行。
当电机处于再生运行时，回馈电源模块将电能返回到电网中。