• 关键词：                                                                岸电、环保、变频电源、逆功率、三相平衡

• 摘要：本文主要介绍了汇川技术HD90P系列变频电源在宁波港集团远东码头岸电项目的应用。实践验证我司独创的逆功率控制技术安全有效，完美的解决了连船过程中产生的逆功率问题。与此同时，经专业仪器检测记录，输出电压THD、电负载稳压率、频率稳定率等指标完全满足并超出国际岸用电源标准，对我国岸用电源行业的发展起到了重大的推进作用。

一、背景介绍

1.1发展背景

船舶靠港后，船上仍需要生产、生活用电，需要辅机连续运转，从而消耗大量的能源，同时产生大量的废气及有害气体。2013年有报道显示，我国现有万吨级及以上码头泊位中，专业化泊位942个，散货泊位338个，杂货泊位322个。而我国供电频率50Hz，沿海船舶通常为60Hz，所以需要对工频电网进行变频，才可接入船上。最适合上岸电的码头包括：集装箱码头、邮轮码头、散货码头等；

图1.1靠岸船舶污染

1.2岸电建设意义

1）对于船方来讲靠港后使用岸电，在靠港期间关闭辅机，使靠港成本减少30%以上，经济效益十分显著。同时减少了船舶的振动和噪音，船员生活质量大大提高；

2）对港口来讲，一方面因提供电力而有收益，另一方面完善了港口的功能，提升了港口的核心竞争力，港方得利。使用岸电就会减少有害气体的排放，使空气质量提升从而居民得利；

3）目前国际上在接岸电方面尚处探索阶段，如果我们在这方面取得显著成果，就很有可能在这个技术领域中推动制定世界标准，从而取得主导权及话语权，并在环保上树立负责任大国的良好形象。

1.3宏观形势及国家政策

1）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）》，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、客轮和邮轮专业化码头具备向船舶供应岸电的能力。

2）《上海市清洁空气行动计划（2013-2017）》：开展岸电技术标准规范和配套政策研究，推进岸电试点工作，完成吴淞国际邮轮码头、洋山冠东集装箱码头的岸电使用试点，在试点的基础上逐步推广；

3）《上海港船舶污染防治办法》：要求政府有关部门积极推进靠泊船舶使用岸电。规定船舶应遵守国家和本市的大气污染物排放标准；

4）根据《江苏省大气污染防治条例》《江苏省大气污染防治行动计划》：逐步扩大港口岸电系统的覆盖面；

5）《广东省绿色港口行动计划（2014-2020）》：截至2020年，实现大部分港作船舶靠港使用岸电。同时，对新建十万吨及以上级别邮轮码头要求同步配套建设靠港船舶使用岸电供电设备设施；新建十万吨及以上级别集装箱码头优先考虑同步配套建设靠港船舶使用岸电供电设备设施；

6）2016年4月1日起，上海、苏州、宁波-舟山、南通率先实现港口节能减排，即船舶停靠期间使用硫含量≤0.5%m/m的燃油。

1.4技术难点及要求

1.4.1环境要求：岸电设备使用场所为港口，紧邻大海。海边为潮湿，多盐雾环境，故对设备的抗腐蚀性提出了要求。

1.4.2 电源属性：作为一个电源来讲，评价其质量的高低有以下几个方面：谐波含量，负载能力。船上的导航罗盘等精密仪器对电网质量要求很高，不干净的电网，会导致此种设备的损坏，损失巨大。又由于船上单相用电设备的原因，三相负载不是完全的平衡，所以对三相电压之间的平衡度要求很高，在相电流差别很大的情况下，要求相电压保持平衡。

1.4.3 高可靠性：以集装箱船为例，假若电源出现故障停机，船上的压缩机一旦停转，需要冷贮的货物就会有巨大的损失，产生极其恶劣的后果。

1.4.4 逆功率问题：目前岸电的连船方式都是岸电送至船上，由船上发电机来主动跟踪岸电的幅值、频率、相位进行并网，但是因为调节过程中发电机的调节不会那么精准迅速，所以会产生由发电机往电源输送功率的现象，导致电源损坏。

二、项目概况

宁波港是我国大陆重要的集装箱远洋干线港，同时也是我国大陆铁矿、原油、液化品中转储存基地和华东地区主要的煤炭中转储存基地，由北仑港区、镇海港区、大榭港区、穿山港区、宁波老港区组成。现有生产泊位191座，包括万吨级以上大型泊位39座，其中5万吨级以上至25万吨级的特大型深水泊位25座。港口吞吐量位居世界第四、中国第二。

图2.1远东码头

远东码头为宁波港北仑港区集装箱码头。为响应交通部要求，提升港口竞争力，首先针对九号，十号泊位配置岸电系统作为试点工程。

根据靠港船舶容量，建设岸电项目容量选定为3MVA。

2.1岸用电源整体方案：

系统方案示意图

图2.2系统方案图

系统方案主要包含以下几部分：

图2.3系统配置图

2.2系统方案说明

（1）系统总体采用高-高方案，直接10kV输入，6.6kV输出，无需升压变压器，变频电源部分采用成熟的单元级联式方案，输入谐波小、功率因数高，无需设置输入滤波器及无功补偿；

（2）变频电源选型：HD90P-J066/3000-DN，容量为3MVA，每相配置6个功率单元，每个功率单元额定电压690V，整机额定输入10kV，额定输出6.6kV/60Hz，同时可以选择输出6kV/50Hz。

型号解释如下：

图2.5产品命名

（3）汇川供货范围：HD90P系列高压变频电源，含输出滤波系统，隔离变压器（可选，若用户自己采购，则必需符合我司所提供的技术参数）

注：其余辅助设备不在汇川供货范围之内，如输入、输出开关柜、高压接口箱。

2.3技术参数表

三、 HD90P简介

3.1系统工作原理

图3.1产品原理图

电网电压经主变压器隔离移相后为功率单元供电，每个功率单元为一个单相交-直-交电压型逆变器，单元串联星接后形成三相变频电源给负载供电。根据串联单元级数的不同，产品分为3kV、6kV/6.6kV、10kV三个系列。主变压器采用移相整流方式，输入功率因数高，输入电压电流谐波小。满足IEEE519-1992和GB/T 14549-93对电压和电流最严格的谐波失真要求。变频器输出采用多重化PWM技术，输出为近乎完美的正弦波。

3.2环境适应性专项设计

岸电安装于海岸附近，属于特殊环境应用，具有潮湿及高盐雾的特点，高压变频器针对此应用环境需进行特殊环境适应性处理  

3.2.1 整机柜体：

1）柜体喷涂户外粉；

2）设计加热器；  

3.2.2 铜排：表面镀镍处理

3.2.3 功率单元：

1）散热器酸化处理；

2）单元外壳采用覆铝锌板，切面防锈处理；

3）导轨采用覆铝锌板，切面防锈处理；

3.2.4所有PCB板：多加工一次三防漆，做加厚处理（汇川使用的三防漆品牌为德国ELANTAS以及PETERS）

图3.2三防漆自动喷涂设备

3.2.5 移相变压器：

1）变压器金属结构件镀锌或达克罗处理；

2）变压器紧固件三防处理；

3）变压器铁芯覆盖漆使用三防漆；

4）变压器风机等附件三防处理；

四、技术方案优势

4.1逆功率控制技术

在连船并网及解列过程中可能会出现发电机频率及幅值调节不准确的情况，导致逆功率的产生，汇川变频电源具有智能逆功率控制技术，能够有效抑制逆功率的产生，提高了整个系统的可靠性；

图4.1逆功率示意图

4.2 V/F分离相序一键切换技术

在变频电源类场合需要变频器输出不同电压及频率的组合，且负载不完全是电动机类，所以对于变频器来说就需要具备VF分离控制技术，汇川HD90P系列高压变频器具备此功能，实现对电压、频率的分别控制，既可以满足6.6kV/60Hz船用电的需求，也满足特殊情况下6kV/50Hz船用电的需求，并根据实际情况进行电压和频率的调节。

与此同时，在岸电连船过程中，若发生岸用电源与船用电相序不同的状况，也可在触摸屏上实现对电源相序的一键切换，简单易用，节省时间人力，免去手动更改动力主回路的麻烦。

图4.2电源调节HMI界面

4.3三相输出独立控制技术

因变频电源的负载有别于变频器的电机类负载，船上单相负载的使用，导致其三相间负载分配不可能绝对的平衡，从而每相之间的压降可能会有差别。汇川变频电源具有三相输出独立控制技术，对电压实行闭环控制，三相负载不平衡度达20%，依然保持三相线电压对称输出；现场测试波形记录如下，启动时三相负载并不平衡，两相间电流相差别很大，但对比观察下方电压波形，依然稳定对称。

图4.3三相输出独立控制技术

4.4 电子式单元旁路中性点漂移技术

因为岸电使用中，是有不停机要求的，传统机械式单元旁路功能从单元故障发生到单元旁路启动会有200ms的延时，这是不允许的，所以我司岸用电源产品采用电子式单元旁路。运行中功率单元故障时，变频器可将故障单元在线自动旁路并继续运行，等情况允许时再停机排除故障。

同时，HD90P的非对称旁路技术在单元旁路后，通过改变相电压的相位差，在仅旁路掉故障单元的情况下，实现三相间线电压的对称。可以得到比传统旁路方案更高的电压输出幅值。

图4.4非对称旁路技术示意图

4.5完美无谐波技术

汇川HD90P通过单元移相输入，单元级联多电平输出外加滤波器的方案，保证输入谐波质量达到电网要求，输出电压谐波满足船用电指标，下图为宁波港岸电连船实时监测的输出电压谐波数据。可以看到，三相电压最高总谐波含量只有0.8%，完全满足并超出标准要求。

图4.4谐波含量测试图

五、现场应用照片

图5.1岸电设备配电室

图5.2负载船只照片

图5.3设备照片

图5.4正常运行照片

图5.5岸电箱及连船照片

六、结束语

靠岸船舶烧重油运转辅机污染十分巨大，是近口岸城市空气污染的重要来源。在集装箱，邮轮，散货码头中，对获得向船舶供电能力的诉求是十分迫切的。首先可以减少废气排放，保护港口城市环境，其次降低船舶靠港成本，改善船员生活环境，提升港口竞争力。但目前我国岸用电源技术还比较落后。其中，不提电源质量，单只逆功率问题就导致国内大部分岸电项目以失败告终。

苏州汇川技术有限公司依托多年的自动化行业的应用经验，对岸电行业所需变频电源具有独到的方案解决能力，HD90P系列高压变频电源为具有三相输出独立控制、逆功率智能控制技术的高可靠变频电源。专为岸电行业设计，突破当前岸电发展瓶颈，打破进口品牌垄断，为我国环境保护事业与港口发展做出贡献。