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1 背景

為深入貫徹習(xí)近平總書(shū)記關(guān)于“經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)必定是海洋強(qiáng)國(guó)、航運(yùn)強(qiáng)國(guó)”、“經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，國(guó)家要強(qiáng)大，交通特別是海運(yùn)首先要強(qiáng)起來(lái)”的重要指示精神，落實(shí)《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，港口船舶岸電系統(tǒng)已成為了綠色港口的標(biāo)配，對(duì)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(guó)內(nèi)多個(gè)大型碼頭岸電系統(tǒng)的建設(shè)，成為了行業(yè)內(nèi)岸電電源系統(tǒng)成功應(yīng)用案例最多的企業(yè)之一，更是先后開(kāi)創(chuàng)了危化碼頭岸電應(yīng)用技術(shù)、多機(jī)并聯(lián)岸電應(yīng)用技術(shù)的先河。

2 實(shí)施與應(yīng)用

汕頭招商局港口集團(tuán)廣澳港區(qū)二期港口岸電建設(shè)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(jìn)行切換，能夠滿足國(guó)際和國(guó)內(nèi)船舶不同的電源需求。此碼頭一期岸電項(xiàng)目給1個(gè)泊位提供用電，船舶噸位為10萬(wàn)噸。考慮船舶的停靠情況，采用一個(gè)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(gè)岸電箱只可以向一個(gè)泊位供電。

高壓水冷型四象限岸電電源為森蘭針對(duì)客戶需求定制開(kāi)發(fā)的新一代高性能變頻電源系統(tǒng)，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、過(guò)載能力強(qiáng)、控制精度高、智能電網(wǎng)回饋等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇、控制性能、功能設(shè)計(jì)，還是水冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，都處于國(guó)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(pán)、開(kāi)關(guān)柜、并網(wǎng)柜、船上發(fā)電機(jī)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(yùn)行的變流裝置。當(dāng)變流器從電網(wǎng)吸收能量時(shí)，運(yùn)行在整流狀態(tài)；反之，若變流器向電網(wǎng)饋送能量時(shí)，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(shí)時(shí)值，控制整流端IGBT的開(kāi)通與關(guān)斷，使整流側(cè)電壓相位超前或滯后，實(shí)現(xiàn)能量回饋控制。

按照岸電電源系統(tǒng)的運(yùn)用場(chǎng)合和需要，配置了多種相應(yīng)的功能：

（1）智能電網(wǎng)回饋功能；

（2）有功和無(wú)功（PQ）分離控制功能；

（3）無(wú)擾動(dòng)并網(wǎng)投切功能；

（4）多重保護(hù)功能：直流過(guò)壓/過(guò)流保護(hù)、網(wǎng)側(cè)過(guò)壓/過(guò)流/欠壓保護(hù)、網(wǎng)側(cè)過(guò)頻/欠頻保護(hù)、功率器件過(guò)壓/過(guò)流/過(guò)溫保護(hù)、電抗器/變壓器過(guò)溫保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、電容放電保護(hù)、防雷保護(hù)、接地保護(hù)等；

（5）人機(jī)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(yīng)選擇水冷系統(tǒng)進(jìn)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(shè)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(yùn)行。

圖3 水冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 應(yīng)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(guó)智造，亦未能阻擋森蘭人拼搏奮進(jìn)的精神。在這特殊時(shí)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(lèi)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(shè)計(jì)提出了新的思路和開(kāi)拓性成功。國(guó)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(diǎn)：

（1）新一代智能操控系統(tǒng)：一鍵啟動(dòng)讓操控更簡(jiǎn)單，系統(tǒng)智能故障判斷、智能報(bào)表提取、智能報(bào)警等功能更貼近用戶需求，人性化設(shè)計(jì)讓系統(tǒng)具備更高的自動(dòng)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(yùn)行回饋功能，使岸電系統(tǒng)連船更簡(jiǎn)單，系統(tǒng)更可靠，真正做到連船“無(wú)憂”。

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

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

（5）先進(jìn)的水冷散熱設(shè)計(jì)：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(hù)航。同時(shí)，水冷的應(yīng)用，進(jìn)一步降低海邊鹽化腐蝕對(duì)系統(tǒng)的影響，讓系統(tǒng)壽命更長(zhǎng)，運(yùn)行更穩(wěn)定。

4 效益分析

為了響應(yīng)國(guó)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(guò)岸上電源給船上輔機(jī)設(shè)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(wèn)題；該四象限電源系統(tǒng)完美克服了船舶并網(wǎng)時(shí)的逆功率問(wèn)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(yīng)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(shí)現(xiàn)了福建廈門(mén)遠(yuǎn)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(gè)港口碼頭常態(tài)化聯(lián)船工作。

5 結(jié)語(yǔ)

港口岸電作為電能替代的重要領(lǐng)域工作之一，也是落實(shí)國(guó)家能源戰(zhàn)略、治理大氣污染的一項(xiàng)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(guó)產(chǎn)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，希望森蘭作為國(guó)內(nèi)首批從事港口岸電電源系統(tǒng)研究和應(yīng)用的企業(yè)，擁有強(qiáng)大的研發(fā)能力、豐富的岸電電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在未來(lái)希望森蘭更會(huì)不斷努力和突破，為國(guó)家綠色港口戰(zhàn)略貢獻(xiàn)自己的力量。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年8月刊