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1 背景

為深入貫徹習近平總書記關(guān)于“經(jīng)濟強國必定是海洋強國、航運強國”、“經(jīng)濟要發(fā)展，國家要強大，交通特別是海運首先要強起來”的重要指示精神，落實《交通強國建設綱要》，港口船舶岸電系統(tǒng)已成為了綠色港口的標配，對于港口環(huán)境污染和噪聲污染治理有著顯著的功效。森蘭作為岸電電源行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，也先后參與了國內(nèi)多個大型碼頭岸電系統(tǒng)的建設，成為了行業(yè)內(nèi)岸電電源系統(tǒng)成功應用案例最多的企業(yè)之一，更是先后開創(chuàng)了危化碼頭岸電應用技術(shù)、多機并聯(lián)岸電應用技術(shù)的先河。

2 實施與應用

汕頭招商局港口集團廣澳港區(qū)二期港口岸電建設工程：3MVA岸基電源系統(tǒng)，輸出電源電壓為6.6kV，輸出電源頻率可在50赫茲和60赫茲之間進行切換，能夠滿足國際和國內(nèi)船舶不同的電源需求。此碼頭一期岸電項目給1個泊位提供用電，船舶噸位為10萬噸。考慮船舶的停靠情況，采用一個泊位一套岸電系統(tǒng)兩套岸電箱的供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即一套岸電系統(tǒng)兩個岸電箱只可以向一個泊位供電。

高壓水冷型四象限岸電電源為森蘭針對客戶需求定制開發(fā)的新一代高性能變頻電源系統(tǒng)，具有動態(tài)響應快、過載能力強、控制精度高、智能電網(wǎng)回饋等優(yōu)點，無論是系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)選擇、控制性能、功能設計，還是水冷系統(tǒng)設計，都處于國際一流水平。希望森蘭典型VFPS系列岸電電源組成部分包括電網(wǎng)、高壓配電站、岸電電源系統(tǒng)、碼頭接線箱、船上電纜卷盤、開關(guān)柜、并網(wǎng)柜、船上發(fā)電機組等。

（1）

（2）

圖1 岸電電源系統(tǒng)一次圖

四象限岸電電源是交、直流側(cè)可控的四象限運行的變流裝置。當變流器從電網(wǎng)吸收能量時，運行在整流狀態(tài)；反之，若變流器向電網(wǎng)饋送能量時，變流 器工作于有源逆變狀態(tài)。功率單元控制系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)輸入電壓，利用快速鎖相跟蹤技術(shù)得到電網(wǎng)電壓頻率、幅值、相位等實時值，控制整流端IGBT的開通與關(guān)斷，使整流側(cè)電壓相位超前或滯后，實現(xiàn)能量回饋控制。

按照岸電電源系統(tǒng)的運用場合和需要，配置了多種相應的功能：

（1）智能電網(wǎng)回饋功能；

（2）有功和無功（PQ）分離控制功能；

（3）無擾動并網(wǎng)投切功能；

（4）多重保護功能：直流過壓/過流保護、網(wǎng)側(cè)過壓/過流/欠壓保護、網(wǎng)側(cè)過頻/欠頻保護、功率器件過壓/過流/過溫保護、電抗器/變壓器過溫保護、過載保護、電容放電保護、防雷保護、接地保護等；

（5）人機界面和通訊功能。

圖2 四象限功率單元結(jié)構(gòu)框架圖

由于3MW岸電電源功率密度要求較高，熱損耗較大，應選擇水冷系統(tǒng)進行散熱。冷卻水可以有效帶走的船舶岸基變頻電源工作產(chǎn)生的熱量，密閉的空間能有效避免設備免受高鹽霧環(huán)境造成的腐蝕現(xiàn)象，冷卻水系統(tǒng)保證變頻岸電電源在高溫、高鹽霧環(huán)境下安全、可靠及平穩(wěn)運行。

圖3 水冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 應用創(chuàng)新性

2020年初，新冠疫情席卷全球，各行各業(yè)均遭受了不同程度的影響，但疫情并未能阻礙中國智造，亦未能阻擋森蘭人拼搏奮進的精神。在這特殊時期，森蘭新型岸電系統(tǒng)——高壓水冷型四象限岸電電源系統(tǒng)順利下線，該類岸電電源系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)尚屬首例，為岸電系統(tǒng)的設計提出了新的思路和開拓性成功。國內(nèi)首套高壓四象限水冷型岸電電源系統(tǒng)具有以下特點：

（1）新一代智能操控系統(tǒng)：一鍵啟動讓操控更簡單，系統(tǒng)智能故障判斷、智能報表提取、智能報警等功能更貼近用戶需求，人性化設計讓系統(tǒng)具備更高的自動化水平，操作更便捷，使用更舒心。

（2）智能電網(wǎng)回饋：打破傳統(tǒng)思維，以四象限運行回饋功能，使岸電系統(tǒng)連船更簡單，系統(tǒng)更可靠，真正做到連船“無憂”。

（3）完全無擾同步并網(wǎng)技術(shù)：投切過程完全平穩(wěn)無沖擊，為岸電系統(tǒng)本身和船上設備提供安全保障。

（4）多重保護技術(shù)：更完善的多重保護功能，充分保證人員和設備的安全。

（5）先進的水冷散熱設計：水系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)高效化冷卻，讓系統(tǒng)散熱效果更佳，為不間斷供電保駕護航。同時，水冷的應用，進一步降低海邊鹽化腐蝕對系統(tǒng)的影響，讓系統(tǒng)壽命更長，運行更穩(wěn)定。

4 效益分析

為了響應國家節(jié)能環(huán)保要求，船舶靠港期間，需要逐漸停止船上柴油發(fā)電系統(tǒng)供電，而通過岸上電源給船上輔機設備供電。高壓岸電電源系統(tǒng)，有效解決了船舶停靠碼頭期間港口環(huán)境污染問題；該四象限電源系統(tǒng)完美克服了船舶并網(wǎng)時的逆功率問題，使供電更可靠，供電質(zhì)量更高；水冷系統(tǒng)是船舶岸電電源系統(tǒng)在高溫、高鹽霧使用環(huán)境下的全新散熱解決方案；具有雙向并網(wǎng)功能，能夠適應多種船舶并網(wǎng)需求，降低船舶系統(tǒng)改造成本。

近三年，森蘭VFPS系列岸電電源系統(tǒng)陸續(xù)實現(xiàn)了福建廈門遠海集裝箱碼頭，廣西北部灣港、欽州港、防城港、江蘇張家港新重裝碼頭等十余個港口碼頭常態(tài)化聯(lián)船工作。

5 結(jié)語

港口岸電作為電能替代的重要領(lǐng)域工作之一，也是落實國家能源戰(zhàn)略、治理大氣污染的一項重要舉措。新型高壓水冷型四象限岸電電源系統(tǒng)的順利下線，再次向世界證明了岸電國產(chǎn)技術(shù)的突飛猛進，希望森蘭作為國內(nèi)首批從事港口岸電電源系統(tǒng)研究和應用的企業(yè)，擁有強大的研發(fā)能力、豐富的岸電電源系統(tǒng)設計應用經(jīng)驗，在未來希望森蘭更會不斷努力和突破，為國家綠色港口戰(zhàn)略貢獻自己的力量。

摘自《自動化博覽》2020年8月刊