港口船舶岸電供電技術的研究與應用

張彥

摘 要：研究對象為綠色集裝箱港口供電技術項目，進行研究的重點在于靠港船舶岸電變頻供電技術，針對我國港口上主要應用的50Hz交流電開展相應的調整工作，使其能夠更換成為60Hz交流電，從而能夠與外國船舶的需求相適應，進而 逐漸實現50Hz/60Hz同步的雙頻供電，并在此過程中開展動態諧波補償工作，以能夠對向靠港船舶供電過程中存在的污染問題進行有效解決，并對船舶用電負荷的突變要求進行有效滿足。

關鍵詞：港口船舶;岸電供電技術;諧波

所謂“岸電供電技術”，也就是在船舶靠港的過程中，將自身發電機的電源供電停用，轉而主要應用碼頭上的岸電，通過對電纜的應用，針對船上的各項電氣設備進行有效供電。根據目前的情況來看，針對港口岸電供電技術的節能減排問題開展進一步的探究工作具有重要意義，能夠實現既往船上發電工作導致的港口水域污染現象得到切實有效的改善。

目前在各個國家中，所以應用的岸電主要可以被分為兩個類型，一是50Hz交流電，另一則是60Hz交流電。對以上二者進行應用，分別能夠為50Hz以及60Hz的船舶電網進行直接的電量供給，且并不需要在其中對變頻技術進行使用。當前我國所應用的電網頻率以50Hz為主，電壓則為380V，但是多數船舶所應需的為60Hz頻率、440V電壓的供電，若選擇使用50Hz交流電進行供電，則會導致設備整體效率下降30%;若選擇使用岸上發電機組進行供電，雖然能夠滿足60Hz交流電的需求，但是不僅成本高，而且噪音大，還會導致陸上環境受到嚴重的污染。隨著我國現代電力相關技術的不斷發展，新型岸電供電技術已經能夠投入到使用當中[1]。

一、變頻電源

變頻電源也就是“交——直——交”之間相互變換的逆變電源，其能夠發揮的最主要功能，也就是促使當前主要應用的交流電網電源得到轉變，使其能夠成為可以對更多用戶所需頻率進行滿足的電源。一直以來，變頻電源為標準供電電源，其中電源輸出應該能夠保障純凈以及波形的穩定，以能夠為用戶提供最為優質的供電服務。通過對通用變頻器以及隔離變壓器進行應用，變頻電源技術能夠實現整流、逆變單元以及升壓，且主要具有以下特點：（1）變頻器的質量以及運行效果良好，生產規模較大，各項備品、備件齊全，且售后服務網絡健全、完善;（2）更換變頻電源裝置，主要應用干式隔離變壓器的形式，從而能夠有效對船上負載電網以及岸電電網之間存在的干擾起到規避的作用，同時也能夠避免由負載設備故障而導致出現的變頻電源裝置損壞;（3）開展電源設計工作所需進行使用的各項部件，均屬于已經進入成熟階段的產品，其不僅具有顯著的線路清晰、結構簡單的重要優勢，且具有較高的可靠性，由此，針對其開展日常的維護工作，或是進行檢修，均具有較高的便捷性;（4）在一定程度上，對于變頻電源裝置，其輸出電壓以及輸出頻率，均能夠進行相應的調整，即使船廠所應用的電源已經存在線路電壓損耗的情況，針對設定值進行相應的調整工作，對其進行補償，則就可以采用促使電壓升高的方式來實施[2]。

二、變頻電源的技術方案

（一）設計原理

將變頻器作為開展工作的基礎，通過應用變頻器軟件，開展宏的編程的應用工作，可以將普通的變電器進行轉換，使其具有變頻電源所具有的功能，并且與此同時，需要為變電器配置相應的輔助部件，例如輸出變壓器以及正弦波濾波器，并將岸電變換成為船電（如圖1）。

（二）典型的變頻電源應用單線圖

在對電源開展實際應用工作的過程中，必須將五個部分進行結合，才能夠實現變頻電源裝置的完整，其五個部分分別為：（1）輸入進線開關柜;（2）變頻器柜（其中包含整流及逆變單元）;（3）輸出隔離變壓器柜;（4）正弦波濾波器;（5）輸出開關柜。以上各項，除變頻器之外，均具有良好的穩定性，且均屬于無源性質的器件[3]。

三、變頻電源的關鍵技術

（一）諧波抑制

對于變頻電源來說，其核心部件即為變頻器，但是其能夠導致諧波干擾無法避免的出現，并且將其作為標準電源的過程中，諧波也同樣能夠對電源的使用質量產生一定程度的干擾，并且以此為基礎，還能夠導致相關設備使用壽命以及穩定性受到不利影響。由此，有必要采取相應的措施對其中產生的諧波進行抑制，根據實際情況來看，需要求所采用的措施具有結構簡潔、成本低廉的特點：

第一，于輸入側連接EMI濾波器。EMI濾波器屬于一種低通器件，主要由L、C兩個部分共同構成，對其進行應用，能夠起到的主要作用即為，針對輸入變頻器電網的電能質量進行控制和提供保障，以能夠促使電源功率在傳輸到設備上的過程中不發生損耗，并能夠使經電源傳入的EMI信號收到很大幅度的衰減，以避免設備受到不利影響;與此同時，還能夠有效的對設備自身所產生的EMI信號實施控制工作，從而能夠有效避免EMI信號進入到電網之中并導致電磁環境受到污染并對其它設備產生危害[4]。

第二，將交流限流電抗器接入到輸入側之中，選用變頻器自帶交流電流電抗器為代表的通用電抗器，以能夠對由電源至變頻器或是其內部產生的電源側高頻擾動起到有效的抑制作用，且與此同時，針對變頻器的輸入電流，其能夠電流波形起到顯著的改善作用。

第三，針對變頻電源開展設計工作的過程中，將其設置成為12脈沖整流的形式，其可以將11次輸入諧波電流或是更少的輸入諧波電流進行消除，主要操作過程為，應用12脈沖變頻器，同時對6脈沖導致12脈沖變壓器進行應用，以能夠促使12脈沖整流變頻電源的功能均得以實現。

第四，將無源正弦濾波器應用于變頻電源輸出側，即能夠針對變頻器輸出波形直接進行相應的改善，相對于輸出電抗器或是DV/DT濾波器，在正弦波濾波器的末端，存在一級的電容濾波電路，通過其作用的充分發揮，變頻器的輸出波形能夠不斷趨于正弦波的方向。并且，針對正弦濾波器開展參數設置工作的過程中，通過計算可以確認，其電感值應設置為0.08——0.11mH之間，電容應設置為50——100f之間。

第五，若對正弦濾波器進行應用難以實現理想效果，則需要對諧波的來源、負載的情況以及周邊用電環境等多方面因素進行充分分析，并采用分開濾波的方式開展工作。

（二）變頻器應用宏

在對通用變頻器進行應用的過程之中，可以對宏的編程進行充分應用，例如，對于通用變頻器所具有的速度PID調節功能進行充分應用，并對其進行相應的改編工作，將其改編成為電壓PID調節功能，由此，可以將普通的變頻器作為變頻電源進行應用[5]。

（三）用電設備啟動電流對變頻電源的影響

從一般的情況中來看，對用電設備進行啟動時，其一瞬間能夠產生的啟動電流，為額定電流的4倍甚至更多，這一情況對于發電機組來說，能夠導致發電機組的輸出電壓降低，但是從發電機的角度來看，其正常的運行并不會受到不良的影響。但是從實際上來看，若給予功率器件使用IGBT作為變頻電源，在電流增加的情況下，有可能出現保護性跳閘的情況，所以在對變頻電源進行設計和應用的過程中，需要對具體負載情況進行充分考慮。開展設計工作的過程中，應以負載額定功率以及起動電流作為基礎，對適宜的變頻器進行選擇，對于功率較大的設備，應使用軟起動設施，并盡量避免多臺設備同時應用，并且需要對相應的散熱措施進行應用，以避免大功率元器件過熱。

結束語

對于當前我國存在的港口船舶岸電供電工作中存在的問題，采用電子變頻技術將原有的50Hz交流電調整60Hz交流電，同時對諧波問題進行有效解決，并實現穩壓以及強弱電隔離。

參考文獻

[1] 叢巖，王笑虹，池華方， 等.融入光伏發電技術的大型船舶電力系統可行性實驗研究[J].艦船科學技術，2018，40（6）：84-88.

[2] 季珊珊，施偉鋒，卓金寶， 等.靠港船舶應用大功率變頻器供電仿真與分析[J].船電技術，2016，36（6）：43-47.

[3] 楊平，黃巍.船舶電子設備散熱技術及輔助分析軟件和布局優化的研究[J].艦船科學技術，2017，39（8）：181-184.

[4] 祁長璞，林勇剛，趙建興.用于海洋儀器供電的低流速海流能發電技術研究[J].機電工程，2017，34（9）：1055-1059.

[5] 杜華.基于關聯規則的船舶供電系統故障檢測方法研究[J].計算機測量與控制，2014，（1）：233-235.