淺談能源互聯(lián)網(wǎng)的船舶岸電系統設計

摘 要：隨著(zhù)港口智能化的快速發(fā)展，船舶岸電系統作為電能替代的重要技術(shù)手段，將成為今后一段時(shí)期內綠色港口建設*的重要組成部分。通過(guò)船舶岸電業(yè)務(wù)需求分析，提煉出岸電系統功能需求和非功能需求；基于船舶岸電能源互聯(lián)和信息交互的需要，提出滿(mǎn)足船舶岸電系統的邏輯架構和物理架構，并對船舶岸電系統的關(guān)鍵技術(shù)及設備進(jìn)行討論，提出下一步的研究方向。

關(guān)鍵詞：船舶岸電；電能替代；能源互聯(lián)；信息交互；系統架構

0 引言

 水路運輸比陸地運輸模式有著(zhù)明顯的成本勢，是世界大宗貨物的運輸方式；然而隨著(zhù)靠港船舶的增多，船舶在港期間造成的大氣污染及其引發(fā)的社會(huì )問(wèn)題不容忽視?？扛鄞霸谕ㄟ^(guò)燃油發(fā)電滿(mǎn)足船上用電設備需求的同時(shí)，排放出CO2等溫室氣體及NOx、SOx、HC等污染物，港口城市的廢氣污染比其他城市平均高出25% 。海事組織（International maritime organization，IMO）研究表明：航運船舶平均每年消耗石油3.25億噸 ，約占世界石油消耗的7.5%；排放大約相當于9.61億噸CO2當量 的 溫 室 氣 體，占 全 球 溫 室 氣 體 排 放 的2.8%，其中 NOx排放2090萬(wàn)噸，SOx排放1130萬(wàn)噸，兩種污染物分別占排放量的15%與13%，是造成對流層臭氧與霧霾的主要因素之一；而利用船舶岸電系統替代傳統輔機發(fā)電將港口的空氣質(zhì)量，NOx 與SOx可分別減排97%和96%。

船舶岸電技術(shù)是指船舶在靠港期間停止使用船上燃油發(fā)電機，而改用岸上電源供電的技術(shù)。船舶岸電系統以堅強智能電網(wǎng)為基礎，面向能源互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)先進(jìn)的控制和測量技術(shù)與先進(jìn)的信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，實(shí)現船舶用電的可靠、安全、經(jīng)濟、穩定、清潔的總體目標。

世界各國針對船舶排放出臺了相關(guān)政策：2006年歐盟2005/33/EC 法令規定從2010年開(kāi)始船舶在靠港及在內河流域建議使用船舶岸電 ；2014年生效的加州靠港法律規定靠港船舶需使用其他動(dòng)力來(lái)源，例如船舶岸電，來(lái)滿(mǎn)足節能減排要求；2013年國家電網(wǎng)公司積極倡導“以電代煤、以電代油、電從遠方來(lái)”的能源消費新模式，在經(jīng)營(yíng)區域內全面啟動(dòng)電能替代工作，船舶岸電即是以電代油的典型應用。

本文主要介紹船舶岸電技術(shù)國內外的發(fā)展現狀，對船舶岸電系統信息交互架構展開(kāi)相關(guān)研究，提出船舶岸電系統信息交互參考框圖及船舶岸電系統邏輯與物理架構，形成船舶岸電系統信息交互架構；分別從能源互聯(lián)和信息互聯(lián)兩方面介紹船舶岸電的關(guān)鍵技術(shù)。

1 國內外船舶岸電研究及應用現狀

基于靈活逆變器技術(shù)，ABB的變頻器能夠完成從船到岸及從岸到船的無(wú)縫連接。

IEC 、IEEE和ISO聯(lián)合制定了IEC/IEEE/ISO 80005岸電系列標準，該系列標準規范了船上和岸上的電力連接系統技術(shù)要求。結合我國目靠港船舶使用岸電的技術(shù)特點(diǎn)及應用現狀，交通運輸部于2011年發(fā)布了行業(yè)標準JTS 155-2012 《碼頭船舶岸電設施建設規范》、JT/T815-2012《港口船舶岸基供電系統操作技術(shù)規程》等標準。

早在1989年，瑞典的哥德堡港*開(kāi)始使用岸電電源系統給滾裝輪渡使用。當時(shí)采用的是400V的低壓連接系統；2009年6月英國石油美國公司和美國加州長(cháng)灘港開(kāi)放了世界上首座配備岸電系統的油輪碼頭 。洛杉磯港在2011年有15個(gè)碼頭應用船舶岸電技術(shù) 。長(cháng)灘港所有集裝箱碼頭在2014年應用船舶岸電技術(shù)，50%的靠港集裝箱船舶使用岸電，計劃2020年80%的靠港集裝箱船舶使用岸電技術(shù)］ 。

近年來(lái)，船舶岸電技術(shù)在我國迅速發(fā)展，并獲得廣泛應用。 2009 年，我國開(kāi)始在多個(gè)港口開(kāi)展船舶岸電試點(diǎn)工程建設。期主要開(kāi)展低壓船舶岸電項目，2009年青島港首先完成了 5000噸 級內貿支線(xiàn)碼頭低壓岸電改造，只用于內貿支線(xiàn)集裝箱船舶 。近幾年岸電項目主要以高壓岸電為主，2016年12月，福建高壓船舶岸電項目正式投運，設計供電容量3000kW ，預計實(shí)現年電能替代量150萬(wàn)kW·h ，減少排放物近1k噸。2016年5月，寧波舟山港與國家電網(wǎng)公司合作建設的寧波舟山港項目正式投運，容量分別為2和3MV·A ，高壓上船供電，電壓／頻率為6.6kV/60Hz或6KV/50Hz 。2016年，交通部組織開(kāi)展了碼頭船舶岸電示范項目的申報、篩選和審核等工作，正式批準了7個(gè)高壓碼頭船舶岸電示范項目。

在系統設計方面，主要闡述了船舶岸電系統的設計原則，詳細介紹了系統的組成結構及工作原理，并對高低壓供電方式進(jìn)行了比較。簡(jiǎn)要分析了船舶供岸電電源的構成和3種分布形式，對船舶岸電自動(dòng)并車(chē)裝置的功能需求進(jìn)行了分析，并對各個(gè)模塊的硬件設計進(jìn)行了探討。從硬件設計的角度，詳細介紹了低壓岸電電源各部分電路的設計工作，包括整流電路、逆變電路、輸出濾波器、驅動(dòng)電路及采樣電路等，同時(shí)給出了各部分電路器件選型的依據及參數計算的方法。對船舶岸電監控系統進(jìn)行了研究，針對船舶岸電計量統計難、監控不統一的問(wèn)題，提出了船舶岸電監控系統的設計思路及控制方法。設計建立了能源互聯(lián)網(wǎng)標準體系，根據該標準體系架構，船舶岸電是智能用電領(lǐng)域下電能替代標準系列中的關(guān)鍵技術(shù)，已列入需要先開(kāi)展標準制定的行動(dòng)計劃。

2 船舶岸電系統架構

為滿(mǎn)足上述面向能源互聯(lián)的船舶岸電業(yè)務(wù)相關(guān)功能和非功能需求，實(shí)現各業(yè)務(wù)域主體（系統、設備、軟件）之間的能源互聯(lián)，本文對船舶岸電系統的架構展開(kāi)了相關(guān)研究，提出了船舶岸電系統構成、船舶岸電系統物理架構及船舶岸電系統邏輯架構。

2.1船舶岸電系統構成

船舶岸電系統能源互聯(lián)由陸地供電系統、電纜連接設備與船舶配電系統3部分組成 。陸地供電系統主要包括電源、變壓變頻設備，電纜連接設備有岸電接線(xiàn)箱（岸基）、電纜管理系統（船基），船舶配電系統由轉接屏與配電箱（大中型船舶）組成。船舶岸電系統能源互聯(lián)如圖1所示。

圖1 船舶岸電系統的能源互聯(lián)

變電站出線(xiàn)為工頻10kV 電源，并配有補償裝置，依次經(jīng)移相變壓器和功率單元裝置，然后通過(guò)濾波裝置、隔離變壓器，轉變?yōu)?.6kV/60Hz輸出至碼頭接線(xiàn)箱，或直接經(jīng)低壓岸電插座箱為低壓供電方式船舶供電。通過(guò)船舶電纜將船電與碼頭接線(xiàn)箱連接起來(lái)送至船載降壓變壓器（船上負載多為低壓電器，所需電壓由船上變壓設備完成）。

2.2 船舶岸電系統邏輯架構

船舶岸電系統邏輯架構是采用邏輯分層的思想對船舶岸電系統進(jìn)行的概要描述，是設計業(yè)務(wù)流程的重要參考和依據。船舶岸電系統邏輯架構分為感知層、傳輸層和應用層3層，如圖2所示。

圖 2　 船舶岸電系統邏輯架構

1）感知層對數據源進(jìn)行傳感測量、采集、接入及處理。數據來(lái)自受電系統、岸電系統及計費系統等系統的設備測控終端和計量裝置，這些信息采集設備包括各種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)量、計量、測量控制終端。支撐船舶岸電系統的通信方式可以采用多種形式，大多通過(guò)通信單元、集中器等將數據匯聚后回傳至港口管理和運行域，并在后臺進(jìn)行數據分析。

2）傳輸層是用戶(hù)與電網(wǎng)之間溝通的橋梁。船舶岸電系統受電船舶與岸電系統之間的有線(xiàn)通信方式是點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，采用Modbus/TCP/IP通信協(xié)議，岸側和船舶側均需要通過(guò)固定IP地址和端口號進(jìn)行Modbus/TCP/IP通信。為避免任何IP地址沖突，岸邊和船舶之間的通信應在網(wǎng)絡(luò )上（不允許使用其他IP設備）。船側與岸側通過(guò)125個(gè)寄存器實(shí)現數據的傳輸。

3）應用層主要提供了基本服務(wù)和功能服務(wù)這2類(lèi)服務(wù)?；痉?wù)針對受電船舶的基本需求，包括船舶供電、電纜無(wú)縫連接和船舶的自動(dòng)并網(wǎng)等應用。功能服務(wù)面向港口管理的參與者，主要包括計量計費 、船舶的狀態(tài)監測和船舶用電管理等功能實(shí)現。

2.3 船舶岸電系統物理架構

船舶岸電系統在物理上可分為主站層、綜合監控層和現場(chǎng)設備層3層。船舶岸電系統以可編程控制器為中心，與分布獨立工作的變頻電源、變壓器等設備信息交互，實(shí)現監控、測量等功能 。船舶岸電系統設備之間的能源互聯(lián)及物理硬件信息交互的關(guān)系如圖3所示。

圖3 船舶岸電系統物理架構

1）主站層。主站層主要由各種服務(wù)器、工作站與通信接口組成。主站層通過(guò)通信置系統獲取采集到的船舶岸電實(shí)時(shí)數據，并通過(guò)應用服務(wù)器、數據庫服務(wù)器及監控工作站等系統，完成實(shí)時(shí)數據和歷史數據的分析工作。

2）綜合監控層。綜合監控主要實(shí)現對進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)、變頻電源、計量裝置、進(jìn)出線(xiàn)變壓器、出線(xiàn)開(kāi)關(guān)、碼頭接電箱、同步并網(wǎng)裝置、無(wú)功補償裝置、所內照明、空調、通風(fēng)、消防等全部系統的設備及其他附屬控制設備等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制、參數修改、狀態(tài)監測和故障記錄與診斷等功能。集中器集中的設備運行各項參數，與可編程邏輯控制器進(jìn)行數據交換，并通過(guò)人機交互界面顯示，以便工作人員現場(chǎng)管理?？删幊踢壿嬁刂破魍ㄟ^(guò)光纖上傳可供計算的船舶岸電實(shí)時(shí)數據，供主站層統計分析與數據新。

3）現場(chǎng)設備層?，F場(chǎng)設備包括船舶岸電系統的陸地供電系統和船上受電系統的相關(guān)設備裝置，同時(shí)還包括各傳感器、采集器及通信設備。船舶岸電系統設備是船用岸電的基礎與核心，采集器實(shí)時(shí)采集電壓、頻率、電流、功率及變壓器溫度等相關(guān)數據，對所采集數據進(jìn)行數字濾波、工程值轉換、刻度計算等加工，以便統計計算與實(shí)時(shí)通信。各采集器相互獨立，任一裝置停用或檢修，整個(gè)系統仍能正?？煽抗ぷ?。

3 船舶岸電關(guān)鍵技術(shù)

3.1 能源互聯(lián)技術(shù)

3.1.1靜止頻率變換穩壓技術(shù)

靜止頻率變換穩壓技術(shù)利用的是功率變換與控制電路：功率變換部分主要實(shí)現能量的傳遞和轉換，通過(guò)脈寬調制（Pulse Midth Modulation，PWM ）技術(shù)將50Hz和10kV 電壓等級的高壓交流電轉變?yōu)?0Hz和另一種電壓等級的交流電；控制電路部分則主要是根據被檢測信號的狀態(tài)做出判斷處理，從而實(shí)現對岸電電源系統的控制和保護。靜止頻率變換器主要可分為低壓靜止頻率變換器和高壓靜止頻率變換器2種。

低壓靜止頻率變換器額定電壓為低壓380V/690V，變頻器工作時(shí)需將10kV輸入電壓降壓至380V/690V，再實(shí)現頻率電壓變換功能。對低壓靜止頻率變換器工作原理與電氣性能指標進(jìn)行了分析，并設計了岸電電源硬件電路。

低壓船舶岸電靜止頻率變換器的基本工作原理如下：首先需將10KV輸入電壓降壓至

380V/660V ， 380V/660V 、50HZ的三相交流電經(jīng)過(guò)整流電路轉換為直流；然后通過(guò)逆變器將直流電轉換為50HZ的交流電，隨后經(jīng)過(guò)正弦波濾波器使逆變器輸出的波形變得平滑，然后通過(guò)輸出變壓器將電壓變換到450V 。

低壓靜止頻率變換器中逆變器的主要作用是將整流得到的直流電變換為頻率為60Hz的交流電。目逆變器種類(lèi)繁多，應用較為繁瑣，且可靠性較低。中性點(diǎn)箝位型三電平逆變器能有效提高逆變器的耐壓等級，降低輸出電壓諧波及開(kāi)關(guān)損耗；因此選用中性點(diǎn)箝位型三電平逆變器實(shí)現低壓靜止變換器的逆變功能，其拓撲如圖4所示。三電平結構每個(gè)半導體器件所承受的反向電壓為母線(xiàn)電壓的1/2 。

圖4 中性點(diǎn)箝位三電平頻率變換器電路

三電平逆變器的每一相橋臂含有4個(gè)開(kāi)關(guān)器件，每一相都有３種穩態(tài)的開(kāi)關(guān)模式。Sa＝1時(shí)，Sa1 、Sa2 導通，無(wú)論電流正負，逆變器輸出對直流側中點(diǎn)的電壓均為Udc / 2 ； Sa ＝0 時(shí)， Sa2 、 Sa3 導通，此時(shí)，無(wú)論電流正負，逆變器輸出對直流側中點(diǎn)的電壓均為0 ； Sa ＝－1時(shí)， Sa3、 Sa4 導通，無(wú)論電流正負，逆變器輸出對直流側中點(diǎn)的電壓均為 － Udc / 2 。

高壓大功率靜止頻率變換器主要由整流器和逆變器 2部分組成，可直接把電網(wǎng)的10kV/6kV、50Hz的電力變換為60Hz ，分別對高壓大功率逆變器常用的３種拓撲進(jìn)行了分析，絕緣柵雙極 型 晶 體 管 （Insulated gate bipolar transistor，IGBT）串聯(lián)二電平結構，中性點(diǎn)箝位三電平結構和單元串聯(lián)多重化結構；并對低壓變頻變壓技術(shù)與高壓變頻變壓技術(shù)進(jìn)行了對比分析。

IGBT串聯(lián)二電平結構是傳統岸電電源主要采用的頻率變換方式，主要應用于低壓頻率變換電路中。點(diǎn)是結構相對比較簡(jiǎn)單，使用的功率器件數量少；缺點(diǎn)也很明顯，當應用于高壓系統中，功率器件需要通過(guò)串并聯(lián)方式實(shí)現分壓，但器件串聯(lián)帶來(lái)的均壓?jiǎn)?wèn)題使這種實(shí)現方式十分復雜。二電平結構開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的du/dt大，系統干擾大，電磁兼容性問(wèn)題較難解決。

中性點(diǎn)箝位三電平結構可避免由于器件串聯(lián)引起的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)?wèn)題，也可減少逆變輸出的諧波，降低du/dt變化的影響。這種結構下功率器件可 采 用IGBT或 采 用 集 成 門(mén) 極 換 流 晶 閘 管（Insulated gate bipolar transistor，IGCT）。缺點(diǎn)是受半導體器件的耐壓水平限制，三電平結構逆變器的輸出電壓等級只能達到4.16kV，無(wú)法滿(mǎn)足6.6kV高壓上船方式的實(shí)現。如果輸出電壓需要超過(guò)6kV ，僅僅采用12個(gè)功率器件難以滿(mǎn)足，必須通過(guò)器件串聯(lián)的方式，同時(shí)無(wú)法避免均壓?jiǎn)?wèn)題。

單元串聯(lián)多重化結構高壓靜止頻率變換器如圖5所示。多重化技術(shù)是指每一相高壓輸出均是通過(guò)幾個(gè)低壓PWM功率單元串聯(lián)在一起構成。

圖 5單元串聯(lián)多重化結構電路

圖中每一個(gè)低壓PWM功率單元都是由低壓電壓性逆變器構成，這些低壓逆變器均是三相輸入，單項輸出，且由低壓IGBT構成。將相鄰功率單元的輸出端串接起來(lái)，形成Y聯(lián)結構，實(shí)現變壓變頻的高壓直接輸出，供給三相負載。輸入功率單元由15個(gè)獨立的功率單元組成，各單元之間具有互換性，便于維修換，可在短時(shí)間內進(jìn)行維護，每一個(gè)功率單元都由主控制系統統一控制，保證輸出完整的正弦波。由于采用功率單元串聯(lián)，功率單元承受全部輸出電流，但每一個(gè)功率單元只需承受1/5輸出電壓和1/15總輸出功率。

通過(guò)對比以上3種拓撲結構在船舶岸電電源頻率變換技術(shù)中的應用及文獻中3種實(shí)現方式的缺點(diǎn)對比分析，3種拓撲結構的頻率變換器都可滿(mǎn)足船舶岸電電源的不同功率要求，串聯(lián)二電平、中性點(diǎn)箝位三電平結構主要應用于低壓靜止頻率變換電路，單元串聯(lián)多重化結構可滿(mǎn)足高壓靜止頻率變換技術(shù)的性能需求。

3.1.2 岸船自動(dòng)并車(chē)技術(shù)

船舶岸電系統具備船電、岸電快速切換連接技術(shù)，通過(guò)船上同期裝置，與岸電電源實(shí)現熱并網(wǎng)，保證供電安全可靠。船舶岸電系統接到岸電并網(wǎng)指令后，自動(dòng)并車(chē)裝置進(jìn)行相序檢測跟蹤，在相序一致的情況下，采集岸電電源及傳播輔機電源的電壓、頻率和相角差的信息，并計算判斷是否滿(mǎn)足以下并車(chē)條件：輔機與岸電的頻率、相序及電壓幅值保持一致，并且在并車(chē)的瞬間保證船舶輔機與岸電電源的輸出電壓相角同步。之后完成并車(chē)并實(shí)現自動(dòng)無(wú)縫負荷轉移。

根據船舶岸電系統不同的供電連接方式，將岸電電源與船舶發(fā)電機的切換方式主要分為斷電方式和無(wú)縫切換方式2種。

1）斷電方式：當船舶靠港停泊時(shí)，需要首先使船舶上所有的用電設備關(guān)閉，并使船舶發(fā)電機停止工作，然后連接船舶岸電系統，然后重新啟動(dòng)船舶的用電設備，實(shí)現船舶發(fā)電機與岸電電源之間的切換；當船舶離港時(shí)，按照相反的順序操作。

2）同步并車(chē)方式：也被稱(chēng)為無(wú)縫切換方式，切換過(guò)程中不需要關(guān)閉船上所有設備。同步并車(chē)方式不會(huì )影響船舶上用電設備的正常運行，對船舶上的重要用電設備具有重大意義。無(wú)縫切換也是船舶岸電連接技術(shù)的發(fā)展趨勢，對于岸電電源的推廣意義重大。

船舶岸電自動(dòng)并車(chē)技術(shù)需要保證船舶發(fā)電機與岸電電源的電壓幅值和頻率保持一致，并在并車(chē)的瞬間保證船舶發(fā)電機與岸電電源的輸出電壓相角同步。如果兩路電源不同步就進(jìn)行切換會(huì )造成嚴重的后果。如果在切換時(shí)刻一個(gè)電源電壓波形在波峰，另外一個(gè)位于波谷，切換過(guò)程中將會(huì )產(chǎn)生很大的沖擊電流。雖然切換裝置可能能承受該沖擊電流，但嚴重時(shí)可能會(huì )導致用電設備和高壓靜止頻率變換器的自動(dòng)保護裝置動(dòng)作。

3.2 信息互聯(lián)技術(shù)

3.2.1 船舶岸電系統智能監控技術(shù)

智能化監控與普通電力監控有本質(zhì)的區別，不僅能實(shí)現普通電力監控對電壓、電流、功率及頻率等的監測；還能監測電源自身的各種狀態(tài)及控制參數。智能監控具有以下主要特點(diǎn)：

1）信息端口開(kāi)放化。岸電電源的外圍接口為開(kāi)放式系統提供對外數據接口，實(shí)時(shí)將電源的運行工況上傳和下傳上位機，并實(shí)施電網(wǎng)運行和船方用戶(hù) 的 遠 程 監 控、報 警 及 規 范 安 全 操 作 許 可警示 。

2）運行智能化控制。船岸采用光纖傳輸以太網(wǎng)通信技術(shù)，實(shí)現船岸同時(shí)監測、電量參數反饋、數據互傳共享、報警信息傳遞等功能；實(shí)現船岸電量參數（電壓、電流、頻率、負載）的閉環(huán)控制和保護控制，讓船岸系統加可靠、穩定。

3）友好的人機對話(huà)界面。實(shí)時(shí)地監控報警，實(shí)時(shí)顯示岸電、船舶受電電網(wǎng)的運行工況和電量參數，顯示各種報警及故障并存儲記錄 。

4）具有保護功能。對過(guò)流、短路、過(guò)壓、欠壓、逆功率、負載不平衡、絕緣低、接地等故障進(jìn)行保護，各類(lèi)保護點(diǎn)設置多達上百種，確保設備和人身安全。

3.2.2 通信傳輸技術(shù)

根據IEC/IEEE 80005-2標準，船舶岸電系統受電船舶與岸電系統之間的有線(xiàn)通信方式是點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，采用Modbus TCP/IP通信協(xié)議，岸側和船舶側均需要通過(guò)固定IP地址和端口號進(jìn)行Modbus TCP/I通信。為避免任何IP地址沖突，岸邊和船舶之間的通信應在網(wǎng)絡(luò )上（不允許使用其他IP設備）。船側與岸側通過(guò)125個(gè)寄存器實(shí)現數據的傳輸。無(wú)線(xiàn)通信方式包括Zigbee等無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，船舶岸電系統與受電系統各設備的監測終端可通過(guò)雙絞線(xiàn)、Zigbee 等通信方式傳送到現場(chǎng)總線(xiàn)，再通過(guò)通信單元的數據預處理和規約轉換傳送到光纖環(huán)網(wǎng) 。通信傳輸技術(shù)提供良好的通信支撐，滿(mǎn)足船舶岸電智能化服務(wù)需求。

4 工程應用

遼寧某港區船舶岸電系統為集裝箱碼頭泊位提供電力供應服務(wù)，承建岸電電源數量 １ 套，以運載能力為 11200t的集裝箱船為例，單臺輔機容量為2780kW ，選定岸電電源容量為3MW，進(jìn)線(xiàn)電源為10kV /50Hz，泊位沿設置高壓接線(xiàn)箱１臺。集裝箱碼頭岸電示范工程。具體包括船舶岸電雙頻供電、船岸電切換裝置和高壓濾波補償裝置，并通過(guò)綜合電力監控系統對所有設備進(jìn)行電力監控，從而實(shí)現6.6kV/60Hz電源輸出。船舶岸電系統高壓連船如圖6所示。

圖6 船舶岸電系統高壓供電現場(chǎng)圖

該船舶岸電系統由1路10kV電纜饋出至集裝箱碼頭變頻裝置。高壓變頻裝置將10kV/ 50Hz工頻電源經(jīng)移相變壓器，然后整流再逆變轉變?yōu)轭l率60Hz ，然后經(jīng)隔離變壓器輸出6.6kV/60Hz模式，并接至2個(gè)碼頭接電箱。主要設備包括高壓開(kāi)關(guān)柜、變頻裝置、高壓接電箱。變頻器采用ABB的PCS100SFC靜態(tài)變頻器，額定輸出電壓為480V，可人工設定電壓頻率，額定容量為1.5MW；將2臺變頻器并聯(lián)以容量滿(mǎn)足需求，變頻裝置主要由變壓器柜、功率單元柜、濾波柜和智能控制柜幾部分組成。整體結構由降壓變壓器、功率單元、控制部分組成，主電路采用若干個(gè)低壓功率單元串聯(lián)疊加方式實(shí)現高壓輸出，電網(wǎng)側接入電壓為10kV 。

在此次實(shí)驗中，集裝箱船?？?5h，總用電量為12745kW· h，按照規劃，到 2002年，集裝箱單泊位吞吐量將達到9520000ｔ ，年停泊158艘次，大連港購售電差價(jià)約73560元/（kW·h ），依以上數據計算，大 連 某 港 區 船 舶 岸 電 系 統 理 想 效 益 可 達95.36萬(wàn)元/ a ，為高壓岸電系統正式投入運營(yíng)打下了堅實(shí)的基礎。

5 安科瑞船舶岸電綜合監控收費系統選型

安科瑞Acrelcloud-9000船舶岸電收費系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的計量?jì)x表ADW300，監測充電設備站點(diǎn)和各個(gè)充電箱的運行和充電過(guò)程，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警；用戶(hù)通過(guò)支付寶等小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統發(fā)起充電請求，控制儀表對應的操控機構，對充電樁完成充電過(guò)程。

充電設備通過(guò)加裝物聯(lián)網(wǎng)儀表，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數據交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺包含了充電收費和充電運營(yíng)的所有功能，包括財務(wù)管理、變壓器監控和運營(yíng)分析等功能。

5.1系統結構

5.2平臺主要功能

• 資源管理

充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶(hù)檔案管理，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測

• 用戶(hù)管理

用戶(hù)注冊，用戶(hù)登錄，用戶(hù)帳戶(hù)管理，消息管理

• 實(shí)時(shí)監控

對平臺連接的所有充電站和充電箱狀態(tài)進(jìn)行監視，發(fā)生異常情況時(shí)可通過(guò)APP、短信及時(shí)向運營(yíng)人員發(fā)出報警信號，及時(shí)消除火災隱患。

• 交易管理

平臺為運營(yíng)方提供充電價(jià)格策略管理，訂單管理，賬戶(hù)交易記錄，營(yíng)收和財務(wù)相關(guān)報表。

• 充電服務(wù)

可通過(guò)軟件搜索附近充電設施，查看充電樁設施，并導航至可用充電樁?？赏ㄟ^(guò)在線(xiàn)自助支付實(shí)現充電，充電結算等

• 小程序

支持支付寶掃碼充電，充電賬單支付。運營(yíng)商和物業(yè)管理人員均可通過(guò)小程序管理，監測充電設施狀態(tài)和充電交易情況。

• 運營(yíng)分析

對訂單進(jìn)行數據化分析，直觀(guān)展示數據   

5.3 產(chǎn)品選型

注：儀表型號數量按實(shí)際的單相、三相和電流規格來(lái)選擇。

6結語(yǔ)

本文針對面向能源互聯(lián)網(wǎng)的船舶岸電相關(guān)業(yè)務(wù)應用的實(shí)際需要，系統性開(kāi)展了船舶岸電領(lǐng)域的能源互聯(lián)和信息互聯(lián)技術(shù)研究，簡(jiǎn)要介紹了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)；并以大連某港區電能替代示范項目為范例，介紹了船舶岸電系統關(guān)鍵技術(shù)的應用情況。

通過(guò)對船舶岸電系統物理架構和船舶岸電系統邏輯架構的研究，理清了船舶岸電業(yè)務(wù)域、參與者及相互關(guān)系，確定了船舶岸電邊界和范圍，為后續的信息交互架構和信息模型研究提供了基礎支撐。下一步的工作重點(diǎn)是研發(fā)新型船岸連接設備，構建符合 IEC/IEEE/ISO 80005-2 標準的船舶岸電信息模型。

參考文獻

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