希望森兰高压四象限水冷型船舶岸电电源系统在汕头某码头上的应用

摘要：本文通过希望森兰高压四象限水冷型船舶岸电电源系统在汕头某码头上的实际应用情况，介绍了该装置的原理和工作性能，分析了该装置的优点和实际意义。该电源系统有效解决了船舶停靠码头期间港口环境污染问题，同时有效解决并网时逆功率问题，教常规岸电电源系统供电更可靠，具有双向并网功能，能够适应多种船舶并网需求，降低船舶系统改造成本，是船舶岸电电源系统在高温、高盐雾使用环境下的全新散热解决方案，具有良好的应用前景。

1.船舶岸电电源系统方案介绍

船舶停靠码头时，通过船上发电机系统给船上辅机系统供电，实现船舶停靠期间，船上辅机设备的正常供电，针对国际船舶，船上供电设备频率一般为60Hz，电压等级一般为6.6kV或460V，而国内船舶，船上供电设备频率一般为50Hz，电压等级一般为6kV或400V。

为了响应国家节能环保要求，船舶靠港期间，需要逐渐停止船上柴油发电系统供电，而通过岸上电源给船上辅机设备供电。考虑到国内电网频率为50Hz，因此，无法直接给船上设备供电，需要通过岸上专用岸电电源系统将船上50Hz电源转化为船舶能够使用的60Hz电源，通过码头前沿接线箱，实现给船舶供电。

一般情况下，岸电电源系统采用普通两象限或四象限方案，希望森兰根据岸电电源对电源质量要求高，以及码头高盐雾、高腐蚀、潮湿的应用环境，森兰在行业内首次推出了水冷型高压四象限电源系统。

2.森兰水冷型高压四象限变频电源系统介绍

希望森兰水冷型VFPS系列岸电电源组成部分包括以下：电网、高压配电站、岸电电源系统、码头接线箱、船上电缆卷盘、开关柜、并网柜、船上发电机组、水冷系统等，系统原理框及一次图如下所示：

图一 VFPS系统原理框图

水冷型VFPS系列四象限高压变频电源系统是希望森兰科技股份有限公司自主开发的新一代高性能、多功能单元串联高压变频电源系统，具有高功率因数、高可靠性、高效率、低谐波含量、低损耗、易维护、占地少、密封性高，对环境适应好等特点，是高压直接输入，逆变高压直接输出的“高－高”型四象限高压变频器，水冷型四象限高压变频器满足各种工业应用需求，特别适用在在环境恶劣，大功率密闭散热，电源性能要求高的场合，使用后可大大降低能耗，改善生产工艺，提高生产效率，并可大大提高系统的稳定性和可靠性，延长设备的使用寿命，减少系统维护。

森兰VFPS系列四象限高压变频器采用有源前端功率单元串联技术，直接输出3kV、6kV、10kV电压，属高-高电压源型变频器。由于采用功率单元串联而非功率器件的直接串联，因此解决了器件耐压的问题。同时由于同相各级功率单元输出SPWM信号通过移相后进行叠加，提高了输出电压谐波性能、降低输出电压的dv/dt；通过SPWM整流及电流多重化技术降低输入侧谐波，减小了对电网的谐波污染；主控制器采用最电机控制专用数字信号处理器（DSP）、超大规模集成电路可编程器件（CPLD和FPGA）为核心，配合数据采集、单元控制和光纤通信回路以及内置的可编程逻辑控制器（PLC）构成系统控制部分。

功率单元控制系统根据电网输入电压，利用快速锁相跟踪技术得到电网电压频率、数值及相应实时值，控制整流端IGBT的开通与关断，使整流侧电压相位超前或滞后，实现能量回馈控制。功率单元内部示意如下图：

图二 四象限功率单元结构框架图

森兰水冷型岸电电源系统，采用内置式纯水冷循环冷却系统，冷却水在主循环泵的驱动下，供给功率单元水冷基板，将功率单元产生的热量带走，通过外循环将内循环水进行冷却降温，进行热量交换，形成一个密闭的变频装置循环冷却系统。森兰水冷型岸电电源系统安装于密闭的集装箱内，变频装置与外界环境没有空气对流，全封闭空间能有效避免设备免受高盐雾环境造成的腐蚀现象，冷却水系统保证变频岸电电源在高温、高盐雾环境下安全、可靠及平稳运行。其水冷系统如下图：

图三 水冷系统结构图

汕头某码头于2019年配套1台希望森兰  VFPS-100-066-3150水冷型高压四象限岸电电源系统，其主回路单线如下图：

图四 某项目岸电系统一次图

3.森兰水冷型VFPS系列高压四象限岸电电源系统方案的特点

1. 一键启动技术

VFPS系列岸电电源系统采用特有的控制技术。具有一键启动功能，自动实现并网运行。人性化设计，系统自动化程度高，操作便捷。

2. 逆功率反抑制技术

在并网过程中因船用同期并网系统存在的检查误差，导致在并网过程中产生逆功率。VFPS系列岸电电源系统针对此类情况开发的逆功率反抑制技术能够自动检测逆功率并实现自动调节，从而避免逆功率对变频电源系统的影响。

3. 无扰动同步并网技术

VFPS系列岸电电源系统自动调整输出电压，保证与船上电网电压同频、同相、同幅值。

4. 功率单元冗余技术

VFPS系列岸电电源系统的核心功率单元在设计、制造过程中严格按照冗余设计的理念充分保证岸电电源的可靠性。

5.AVR自动稳压技术

VFPS系列岸电电源系统具有自动稳压功能，当输入电网电压发生波动或负载侧发生突变时能够保证输出电压不受影响。

6.多重保护技术

VFPS系列岸电电源系统具有完善的保护功能，充分保证人员安全、设备安全。

7. 内置软PLC技术

VFPS系列岸电电源系统具有内置软PLC技术，可根据用户需要，定制控制程序。从而满足更加复杂的工况应用。模拟量、数字量端口可以根据用户需要进行扩展。

8. 防涌流技术

VFPS系列岸电电源系统具备防涌流技术，能够将系统上电电流控制在额定范围内，对系统电网无任何冲击。同时也能保证岸电电源系统本身，提高系统使用寿命。

9.电力“五防”技术设计

VFPS系列岸电电源系统严格按照国家电力“五防”标准进行设计、制造。针对港口使用的特殊环境，采用专门的防腐及安全联锁技术。

10.功率单元水冷设计

功率单元水冷设计可以有效带走的船舶岸电电源工作产生的热量，密闭的空间能有效避免受高盐雾环境造成的腐蚀现象。

4.结语

希望森兰推出了国内首套高压四象限水冷型岸电电源系统，不但解决了船舶停靠码头期间港口环境污染问题；亦能有效解决船舶并网时逆功率问题，较常规岸电电源系统供电更可靠，供电质量更高；水冷系统是船舶岸电电源系统在高温、高盐雾使用环境下的全新散热解决方案，具有双向并网功能，能够适应多种船舶并网需求，降低船舶系统改造成本，只需增加一个并网开关即可满足岸电并网需求。该方案具有良好的应用前景，值得大力推广。