摘要：2010年后，国内港口尝试使用岸电取代船舶辅机发电，实现船舶靠泊时的零排放。截止目前，岸电的试点工作已经在一些泊位完成，但不同性质的码头岸电的具体形式存在一定的差异性，本文根据上海上电漕泾发电有限公司煤码头成功建设的岸电系统，对适用于电厂煤码头的岸电技术和岸电推广进行探讨。
关键词：船舶岸电；无缝并网；岸并船；电缆提升装置
引言
由于国内码头电制为50Hz，而靠港船舶的电制为50Hz或60Hz，故岸电在国内的应用比较复杂。同时，由于新的岸电规范还未颁布，目前已经建成的岸电中，正式投入运营的项目比较少。为了建设便捷完善的岸电系统，同时增加岸电的使用率，本文根据上海上电漕泾发电有限公司(一下简称“漕泾电厂”)煤码头建设的岸电系统，对适用于电厂煤码头的岸电技术和岸电推广进行探讨。
1 岸电建设概况
漕泾电厂煤码头运行已有7年，停泊在漕泾电厂煤码头的散货船载货量在3.5万吨～5万吨区间内，平均每周停泊散货船1～2艘，年停泊船舶100条左右。漕泾电厂煤码头岸线送电工程800kVA船舶岸电从2017年6月立项，并于2017年12月13日，岸电进行了船电接驳实验并接驳成功，项目圆满完成。
1.1 项目实施内容
输入6kV/50Hz电源引自码头变电所西门子8BK20中压开关柜，在开关柜上安装一套计量装置；
在码头皮带机廊桥下方，建设岸电电气房，岸电容量为800kVA，采用低压变频并联方式；
输出400V/50Hz、450V/60Hz及690V/60Hz（可调），在码头边沿布置1套低压岸电箱（配备3个连接插座）、1套电缆卷筒和提升装置。
1.2 岸电系统配置
变频电源系统包括：中压进线柜2台、降压变压器1台、辅助变压器1台、输入开关和配电柜1套、套岸电控制系统、400kVA变频电源模块3套、隔离变压器1台、中性点接地电阻柜1台、输出开关柜2台。在400V开关室布置1套上位机系统，用于视频监控和远程岸电操作。
从码头变电所输出6kV/50Hz高压电，连接一根ZR-YJV 3x70平方高压电缆至岸电电气房，经由中压柜-降压变压器-低压输入开关-变频电源-隔离变压器-低压输出开关，输出400V/50Hz、450V/60Hz及690V/60Hz（可调）电源，由4组ZR-YJV 3x95平方的电缆连接至码头岸边的插座箱，经岸边电缆提升装置把电缆引到船的甲板，供船舶使用。
2 岸电技术革新
为了岸电建成后达到最大的使用率，本岸电系统进行了多方面的技术革新：
2.1 微电网应用技术
通过微电网应用技术，把岸电作为船舶的一台冗余发电机，模拟发电机的工作模式，实现岸电和船舶发电机的并网供电及岸电独立供电等运行模式。
通过不同的选择按钮，实现400V-50Hz/450V-60Hz/690V-60Hz多种电制的可选输出。
系统闭环运行，实时监测输出侧电压和频率，配合额外的电压自动补偿功能（补偿线缆损耗），实现为船舶提供高性能、高稳定性的稳频稳压电源。
2.2 无缝并网技术
从根本上解决了岸电取代船舶辅机供电时需“断电再供电”的问题，岸电和船舶发电机切换方便。
本系统通过电压检测传感器实时检测船舶电网的电压和相位，模拟发电机的运行机制，检测并锁定跟随被测电源，在并网三要素（电压、频率、相位角）完全吻合的情况下，实现与船上电网的无缝并网。
本岸电系统具有岸并船主动式并网功能，船舶只需有受电接口，无需对船舶控制系统进行改造。这样使得船舶接受岸电的一次性投入较低，推动船舶使用岸电的积极性。
岸电并网时，岸电以“零”功率主动并入船舶电网，并在负荷转移期间，岸电随着船舶发电机的功率变化自动增减输出功率。
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2.3 负荷转移技术
岸电系统可以按负荷情况独立调整功率模块输出的频率和电压，或调整负荷分配的百分比来实现船舶负荷的自动转移分配；
负荷转移主要工作原理是，作在µGrid模式下，船舶发电机在调整的输出功率的时候，岸电自动调整自身的有功和无功功率比例，来达到转移负荷的功能。
2.4 电源谐波抑制技术
变频岸电电源输入侧采用LCL滤波器 + AFE（IGBT）的整流方案，AFE单元可以提升直流侧的电压，但网侧的输入电压波动时，AFE单元可以维持直流侧电压的稳定，以确保输出电源电压的稳定。本系统的输入侧总电流谐波THDi在5%以下。
变频岸电电源输出侧采用µGrid（IGBT）+LCL滤波器的逆变方案，µGrid应用技术可以独立调整电源的无功功率和有功功率，确保变频电源系统的功率因数与船侧保持一致，最大限度的抑制输出谐波，输出电源谐波含量THDu < 3%。
2.5 多机并联，冗余设计技术
本岸电系统容量为800kVA，三组岸电模块并联运行，采用冗余设计，实际使用过程中，在并联机组中的一套出现问题时，系统仍然可以按额定功率的100%运行。
各变频器单元采用自主同步并联技术，使各分路电源系统的输出特性一致，保证功率负荷完全平均分担或按比例调节分担。
系统各路单元均可独立运行或并联运行。同时，各路单元可互为备用，大大提高整个电源系统的可靠性。
多模块自主并联方案为变频岸电电源系统的扩容和分并机运行（多路独立供电和多路并联供电）提供了可能。
无并机环流，并联电源系统可实现100％功率容量输出。
2.6 船岸快速连接技术
在船舶已有电缆卷筒的场合，电缆卷筒放出电缆连接于岸电插座箱的标准岸电插座，电缆卷筒能够随潮汐自动收放电缆。
在船舶上没有电缆卷筒时，使用电缆提升装置，将电缆送至甲板，连接至船舶岸电接口处。
该电缆提升装置可以将3组3x185平方的电缆送至15米高处，同时，电缆提升装置的电缆卷筒能够随潮汐自动收放电缆。
船舶停泊完成后，可以在20分钟内完成使用电缆提升装置进行船岸连接、岸电并网和负荷转移以及停止船舶辅机，增加了联船的便捷性。
2.7 负荷突变下的反应时间
本系统采用先进的矢量控制模式，获得良好的控制精度。控制计算速度最快达到2微秒，使系统具有优越的动态响应性能。
3 岸电建成后效益
3.1 项目实施前年度船舶停港期间的油耗量
项目实施前年度船舶停港期间的油耗量（单位：t）=∑（单船靠港期间辅机燃油消耗率×辅机平均功率（平均负荷取75%）×靠泊时长×10-6）=652.5t；
3.2 项目实施后替代燃料量
项目实施后年度替代燃料量（单位：toe）=项目实施前年度船舶停港期间的油耗量×燃料油折标油系数652.5t×1.00toe/t=652.5toe。
3.3 二氧化碳减排量
二氧化碳减排量（单位：t）=项目实施前年度船舶停港期间的油耗量×燃料油排放系数=652.5t×3.2366tCO2/t=2112t。
4 结论
岸电能够有效解决船舶靠港期间燃油产生污染的问题，但要提高岸电的应用推广，需要针对不同的应用场合分别进行研究和实践，同时需要在岸电标准和国家法规上加以规范，政策、技术、应用并举，让岸电为大气污染治理和生态文件建设发挥重要作用。
参考文献
[1]JTS 155-2012 码头船舶岸电设施建设技术规范.
[2]王荣明 《上海上电漕泾发电有限公司煤码头岸线送电工程审核报告》.中交水运规划设计院.
论文作者:徐晔,裘嘉慧,梅璐
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/12
标签：船舶论文; 电缆论文; 码头论文; 系统论文; 电源论文; 负荷论文; 电压论文; 《电力设备》2018年第22期论文;