港口船舶岸電供電計量系統設計

魏同勝，張 維，孫 盼

應用研究

港口船舶岸電供電計量系統設計

魏同勝1，張 維2，孫 盼2

（1. 北部戰區海軍保障部軍事設施建設處，青島 266000；2. 海軍工程大學電氣工程學院，武漢 430000）

針對某港口船舶岸電供電計量系統信息化、自動化程度不高的問題，結合碼頭供水、供氣等高效精準保障需求，通過船舶保障卡、通用控制器及綜合計量軟件設計港口船舶岸電供電計量系統，實現船舶碼頭靠泊時水、電、氣等消耗的自動統計匯總，為港口保障的信息化、智能化提供技術基礎。

港口 岸電 計量系統

0 引言

世界上大多數船舶使用燃油發電機發電，發電過程中排放大量污染物，對港口帶來了很大污染。船舶碼頭靠泊通過接入岸電來替代船舶輔機發電，能夠實現靠港船舶大氣污染物零排放，可以有效降低對碼頭的環境污染[1]。

2016年國家電網公司頒布了企業標準Q/GDW 11466-2016，要求船舶靠港期間，停止使用船舶發電機，改由岸電系統向靠港船舶供電。根據港口大小和停靠船舶類型，港口岸電供電可以采取高壓或低壓岸電供電模式[2]。

碼頭岸電供電計量系統是準確計量船舶碼頭靠泊期間電能消耗及結算費用的重要工具[3]。本文主要針對某碼頭原有岸電供電計量系統進行研究，結合碼頭供水、供氣的應用需求，構建設計智能化、通用化、信息化碼頭岸電供電計量系統，提高碼頭岸電供電計量系統的準確性、便捷性及綜合保障能力。

1 船舶岸電供電計量

1.1 岸電供電系統

某碼頭現有船舶岸電供電系統采用低壓岸電供電模式，將碼頭電網10 kV/50 Hz高壓，由碼頭配電站變壓為400 V/50 Hz低壓電源，再由碼頭岸電箱接入碼頭停靠船舶，供船舶設備使用。

圖1 碼頭岸電供電系統框圖

1.2 岸電供電計量

由于某碼頭岸電供電服務對象均為系統內船舶，其岸電消耗和結算采用統一結算模式[4]。船舶碼頭停靠時，船舶岸電管理人員通過專用計量卡、岸電箱內布置的電能表及碼頭岸電管理軟件，與碼頭岸電管理人員協調，可在系統內不同碼頭靠泊時開卡供電并結算。專用計量卡成為計量表與管理軟件的信息轉換傳遞橋梁。

圖2 碼頭岸電供電計量系統關系框圖

原碼頭岸電供電計量系統由于采用機械儀表，人工抄表，其自動化程度不高，存在誤抄、漏抄現象。且由于系統信息化程度不高，電能消耗數據查詢效率低，不能實現有效數據匯總上報與結算。面對碼頭船舶供電之外的供水、供氣等其它需求，也需要整合相關的計量系統，形成一套通用系統，以提高碼頭整體的管理服務水平。

2 供電計量系統方案

根據某碼頭船舶岸電供電、供水、供氣等消耗綜合計量的需要，重點針對碼頭船舶岸電供電計量系統改造實際要求，提出船舶碼頭岸電供電計量系統設計方案，兼顧碼頭供水、供氣等綜合使用需求，論述改造后系統結構、軟硬件組成及實現功能。

2.1 系統組成

圖3 碼頭岸電供電計量系統組成框圖

系統主要由船舶保障卡、通用控制器、綜合計量軟件系統三部分組成。船舶保障卡主要存儲船舶信息和水、電、等消耗數據，作為船舶用戶識別唯一載體；通用控制器用于船舶用戶與岸電、淡水、蒸汽等計量儀表、控制設備自動綁定，實現自動控制和自動計量；綜合計量系統軟件用于港口范圍內統一發卡，一卡通用，統一結算，可匯總上報船舶消耗數據。

3 硬件設計

3.1 通用控制器

通用控制器由STM32F407控制芯片、能源計量表、能源傳感器、高精度時間模塊、刷卡器模塊、SD讀寫卡模塊、按鍵、彩色顯示屏、CAN模塊、強電控制模塊、網口及RS485模塊組成，可實現用戶識別、供應控制、數據記錄及存儲、狀態顯示及反饋、抄表與配置、安全監控等功能。

圖4 通用控制器硬件組成框圖

3.2 船舶保障卡

為滿足保障卡存儲至少一年操作記錄的要求，采用FM1280 CPU卡芯片作為供電卡核心器件。該芯片具備非接觸式接口，支持ISO/IEC 14443A通信協議，內置Triple-DES、SSF33、SM1等安全算法，自帶EEPROM數據存儲器，滿足數據擦寫和存儲需求。

船舶保障卡經USB接口連接讀卡器，實現綜合計量軟件系統與控制器內數據的交互，并可將相關消耗數據由綜合計量軟件系統對相關數據進行獲取、分類、整理、入庫、擦除與寫入；可通過網絡接口對控制器進行初始化配置及計量控制設備狀態的實時監控。

4 軟件設計

4.1 通用控制器軟件

基于通用控制器碼頭供電、供水、供氣等應用場景，采用KeiluVision4嵌入式軟件開發實現程序邏輯，可以實現對電路、水路、供氣等的控制回路的操作，并由存儲于FLASH內的相關變量判斷控制器實際運行時選取的邏輯。

嵌入式軟件控制邏輯需要綜合通用控制器的電路控制主體需求，實現各片外元器件的綜合調度；各輸入輸出接口間的邏輯處理；通用控制器間的聯合控制以及異常情況處理邏輯。

4.2 綜合計量軟件系統

綜合計量軟件系統還具備用戶管理及權限管理功能，可適應碼頭管理系統中不同層級使用；實現對入庫數據的統計、分析、交互，并生成統計、分析報表；還可將數據匯總打包生成向港口上下級傳遞的加密數據包。系統具有高可靠性、安全性、便捷性。

圖5 綜合計量軟件系統架構圖

5 結束語

本文所設計的港口船舶岸電供電計量系統利用岸電供電卡和通用控制、計量設備及管理軟件，實現船舶碼頭靠泊時水電氣等消耗的自動統計匯總，便于碼頭管理部門為船舶靠泊提供準確的保障服務，也為港口保障的信息化、智能化提供技術基礎。

[1] 畢長生, 尚亞男, 趙志遠, 等. 船用岸電技術綜述[J]. 交通節能與環保, 2017, 13(02): 16-20.

[2] 劉杜, 孫佳星, 喬康恒, 徐健超. 港口船舶岸電電源系統研究綜述[J]. 船電技術, 2021, 41(06): 29-34.

[3] 吳振飛, 葉小松, 邢鳴. 淺談船舶岸電關鍵技術[J]. 電氣應用, 2013(06): 22-26.

[4] 魏茂蘇. 國際航運碳排放核查規則下的船舶燃油流量計計量[J]. 艦船科學技術, 2018.

[5] 王金波, 胡學忠, 顏明東, 等. 港口船舶岸電綜合監控系統設計與實現[J]. 港口科技, 2015(09): 1-4+34.

Design of power metering system for harbor shore power

Wei Tongsheng1, Zhang Wei2, Sun Pan2

（1. Construction Department of Military Installations, Naval Security Department, Northern Theater Command, Qingdao 266000, China; 2. College of Electrical Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China）

U665

A

1003-4862（2023）02-0033-02

2022-05-18

魏同勝(1981-)，男，工程師。研究方向：軍港管理保障。E-mail: 1966317919@qq.com