專利名稱：港口岸基變頻供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種港口岸基變頻供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著國際經(jīng)濟貿(mào)易的發(fā)展，世界海上航運交易量正逐年穩(wěn)步提高。中國作為世界 航運大國之一，意味著更多的航運船舶將?？恐袊劭凇４蠖鄶?shù)船舶采用燃油發(fā)電機組作 為電力來源，船舶在靠港停泊后，船上輔助燃油發(fā)電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，為船舶負荷供電。燃油作 為一種化學(xué)燃料，在其發(fā)生能量轉(zhuǎn)換過程中會產(chǎn)生多種有害氣體，如氮氧化物(NOx)，硫氧 化物(SOx)，燃料燃燒顆粒物等。這些排放物對人的健康與周圍環(huán)境會造成影響，特別是產(chǎn) 生的溫室氣體會對地球臭氧層造成破壞。為減少有害氣體排放所造成的環(huán)境污染，在船舶靠岸時，可采用岸基供電方式為 泊船供電。中國交流電源頻率為50Hz，如果船舶被設(shè)計為使用60Hz電能，對于部分的船上 設(shè)備仍可以使用50Hz電能，如照明及加熱設(shè)備，但對電機驅(qū)動的設(shè)備如水泵、絞車和起重 機，如果無法在其設(shè)計速度運行，將導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。因此，電力系統(tǒng)設(shè)計為60Hz的 船舶，采用岸基供電的前提是需要將50Hz交流電轉(zhuǎn)換為60Hz交流電，滿足船舶設(shè)計的供電 要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種港口岸基變頻供電系統(tǒng)，該供電系統(tǒng)的用電取自港口高 壓變電站，很大程度減小了船舶燃油發(fā)電機組作為電力來源產(chǎn)生的環(huán)境污染及能源消耗， 該供電系統(tǒng)能夠連續(xù)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍為0 6. 6kV或0 10kV、頻率調(diào)節(jié)范圍為0 60Hz的三相交流電，為泊船提供高質(zhì)量、高可靠性的電源。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)港口岸基變頻供電系統(tǒng)，包括變頻電源、港口高壓變電站、船舶受電系統(tǒng)，變頻電 源的輸入端與港口高壓變電站相連，變頻電源的輸出端與船舶受電系統(tǒng)相連；該供電系統(tǒng) 能夠連續(xù)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍為0 6. 6kV或0 10kV、頻率調(diào)節(jié)范圍為0 60Hz的三相交 流電。所述的變頻電源通過電纜卷筒及電纜連接器與港口高壓變電站相連接。所述的變頻電源輸出側(cè)通過電纜卷筒與配電線路連接，高壓輸出直接通過配電線 路給船舶受電系統(tǒng)配電，低壓輸出經(jīng)降壓變壓器后為船舶受電系統(tǒng)配電。所述的變頻電源由移相整流變壓器、多個功率單元組成，移相整流變壓器副邊由 多個不同相位組組成，每個相位組分成3個繞組，采用延邊三角接法，每組相位組分別向同 一組功率單元供電，同一相位功率單元依次串聯(lián)疊加組成多電平結(jié)構(gòu)，A相、B相、C相所有 串聯(lián)疊加的功率單元以星形方式連接，輸出6. 6kV或IOkV線電壓，為船舶負載供電。所述的功率單元輸入側(cè)設(shè)有起保護作用的熔斷器，整流側(cè)由二極管D-a、D-b、D-c、 D-d.D-e.D-f組成單方向能量傳遞整流電路，電容組C構(gòu)成直流濾波環(huán)節(jié)，電容組C并聯(lián)有均壓放電電阻R，逆變側(cè)由可控功率開關(guān)器件VT-a、VT-b、VT-c、VT-d組成3電平電壓輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是1)安全、可靠、方便地接入船舶；2)綜合考慮供電接點數(shù)量、安裝位置、供電容量、走線等因素；3)較寬的電壓和頻率調(diào)節(jié)范圍，可實現(xiàn)穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出；4)對岸上電網(wǎng)和船舶內(nèi)網(wǎng)無諧波干擾影響；5)保證船用電與岸基電源相序和線制的一致性；6)具備缺相、短路、連鎖等各種保護，可靠安全供電；7)方便對靠港船舶接用岸基電源情況進行準確計量、結(jié)算；8)適應(yīng)碼頭高溫、高濕、高腐蝕性等惡劣的環(huán)境；9)可采用移動式集裝箱設(shè)計，方便安裝、搬運；亦可采用固定式設(shè)計，在室內(nèi)安置 岸基電源系統(tǒng)的主要設(shè)備；10)操作簡單，維護方便。


圖1是港口岸基變頻供電系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖；圖2是港口岸基變頻供電系統(tǒng)的6. 6kV變頻電源拓撲圖；圖3是港口岸基變頻供電系統(tǒng)的IOkV變頻電源拓撲圖；圖4是港口岸基變頻供電系統(tǒng)功率單元結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式見圖1，港口岸基變頻供電系統(tǒng)，包括港口高壓變電站A、輸入連接電纜卷筒系統(tǒng) B、變頻電源C、變頻電源輸出側(cè)環(huán)網(wǎng)柜D、岸側(cè)接電箱E、輸出連接電纜卷筒F、配電線路G、船 舶受電系統(tǒng)H。港口高壓變電站A為整套岸基變頻供電系統(tǒng)供電；輸入連接電纜卷筒系統(tǒng)B包括 電纜卷筒1和電纜連接器2，電纜卷筒1實現(xiàn)自由伸縮電纜長度，成為岸側(cè)總電源與變頻電 源的樞紐。變頻電源C通過電纜卷筒1及電纜連接器2與港口高壓變電站A相連；變頻電源 是港口岸基變頻供電系統(tǒng)的核心部分，實現(xiàn)電壓和頻率可調(diào)節(jié)，可將6kV(10kV)/50Hz輸入 的交流電轉(zhuǎn)換至0 6. 6kV或0 10kV/0 60Hz交流電輸出。變頻電源包含輸入移相整 流變壓器T、功率單元及控制系統(tǒng)，變頻電源可安裝于集裝箱內(nèi)或者安裝于室內(nèi)。環(huán)網(wǎng)柜D設(shè)置于變頻電源輸出側(cè)，實現(xiàn)出線配電，能為線路提供故障保護，保護供 電系統(tǒng)的運行安全，環(huán)網(wǎng)柜具備三相輸出電壓、電流、功率等顯示的計量功能。岸側(cè)接電箱E與環(huán)網(wǎng)柜D連接，岸側(cè)接電箱E具有電纜連接器接口，通過電纜連接 器3及輸出連接電纜卷筒F，變頻電源C與配電線路G連接。電纜卷筒F為連接岸上連接點 及船舶受電系統(tǒng)間的設(shè)備，電纜卷筒能夠滿足快速連接和儲存的要求，不使用的時候儲存 在岸上或者直接安裝至泊船上。配電線路G可實現(xiàn)直接高壓6.6kV(10kV)配電，或通過降壓變壓器Tl將 6. 6kV(IOkV)降至440V低壓。變頻電源C通過配電線路G與船舶受電系統(tǒng)連接。
港口高壓變電站A的電能經(jīng)變頻電源C進行電壓、頻率調(diào)節(jié)輸出后，經(jīng)配電線路G 實現(xiàn)直接高壓配電，或通過降壓變壓器將6. 6kV(IOkV)降至440V低壓后，輸入船舶受電系 統(tǒng)H的受電裝置。船舶受電系統(tǒng)的受電裝置安裝于船上，亦可采用環(huán)網(wǎng)切換柜，實現(xiàn)岸基變頻電源 與船舶發(fā)電機的無縫切換。見圖1，本系統(tǒng)的工作過程是1)高壓6.6kV(10kV)船舶靠岸后，閉合接地開關(guān)P1、P2、P3和P5。低壓440V船舶 靠岸后，閉合接地開關(guān)PI、P2、P4、P6。船側(cè)及岸上系統(tǒng)接地。2)系統(tǒng)接地后，連接系統(tǒng)所有電力電纜及控制電纜。3)保護系統(tǒng)監(jiān)測電纜接頭鏈接情況，確認無誤后，斷開接地開關(guān)PI、P2、P3、P5或 P1、P2、P4、P6，接地系統(tǒng)斷開。閉合開關(guān)S3，高壓變頻電源并入公共電網(wǎng)。4)準備為高壓6. 6kV (IOkV)泊船供電，閉合開關(guān)S4。準備為低壓440V船舶受電 系統(tǒng)供電，閉合開關(guān)S5。5)同步裝置檢測岸基變頻電源與船舶輔助發(fā)電機的同步情況，完成同步后，手動 或自動閉合開關(guān)S6或S7。岸基變頻電源被并入船舶電網(wǎng)。6)岸基變頻電源與船舶輔助發(fā)電機同時向船上負荷供電。斷開開關(guān)S8、S9，高壓 船舶輔助發(fā)電機退出系統(tǒng)并停機。斷開開關(guān)Sio、S11，低壓船舶輔助發(fā)電機退出系統(tǒng)并停 機。7)保護系統(tǒng)在岸基變頻電源系統(tǒng)運行過程中時刻監(jiān)測可能發(fā)生的故障，如接地 故障或短路故障。8)船舶準備離港時，船舶所有發(fā)電機啟動，同步裝置檢測岸基變頻電源與船舶輔 助發(fā)電機的同步情況，完成同步后，手動或自動閉合開關(guān)S8、S9或S10、S11。船舶輔助發(fā)電 機被并入船舶電網(wǎng)。9)岸基變頻電源與船舶發(fā)電機同時向船上負荷供電，斷開開關(guān)S6或S7，岸基變頻 電源從船舶系統(tǒng)切除。斷開開關(guān)32、33、54、55，岸基變頻電源與公共電網(wǎng)切除。閉合接地 開關(guān)PI、P2、P3、P5或PI、P2、P4、P6，整個系統(tǒng)接地。10)斷開岸基變頻電源與船舶受電系統(tǒng)之間的電力電纜及控制電纜，船舶可以離見圖2，輸出6. 6kV/0 60Hz的港口岸基變頻電源，通過干式移相整流變壓器T與 港口高壓變電站相連，變壓器T副邊由6個不同相位組組成，每個相位組分成3個繞組，采 用延邊三角接法，每組相位組分別向同一組功率單元供電，如相位組1同時向單元Al、單 元Bi、單元Cl供電。同一相位單元依次串聯(lián)，單元Al、單元A2、單元A3、單元A4、單元A5、 單元A6依次串聯(lián)，單元Bi、單元B2、單元B3、單元B4、單元B5、單元B6依次串聯(lián)，單元Cl、 單元C2、單元C3、單元C4、單元C5、單元C6依次串聯(lián)。A相、B相、C相所有單元以星形方式 連接，直接輸出6. 6kV線電壓，為船舶負載供電。見圖3，輸出10kV/0 60Hz的港口岸基變頻電源，通過干式移相整流變壓器T與 港口高壓變電站相連，變壓器T副邊由8個不同相位組組成，每個相位組分成3個繞組，采 用延邊三角接法，每組相位組分別向同一組單元供電，如相位組1同時向單元Al、單元Bi、 單元Cl供電。同一相位單元依次串聯(lián)，如單元Al、單元A2、單元A3、單元A4、單元A5、單元A6、單元A7、單元A8依次串聯(lián)。A相、B相、C相所有單元以星形方式連接，直接輸出IOkV 線電壓，為船舶負載供電。 見圖4，所述變頻電源的功率單元輸入側(cè)熔斷器Fl、F2實現(xiàn)保護功能。整流側(cè)由 二極管D-a、D-b、D-C、D-d、D-e、D-f組成單方向能量傳遞整流電路，電容組C構(gòu)成直流濾波 環(huán)節(jié)，電阻R實現(xiàn)直流側(cè)均壓并在變頻電源停機后為電容組C提供放電通道，間接保護設(shè)備 操作及人員安全，逆變側(cè)可控功率開關(guān)器件VT-a、VT-b、VT-c, VT-d實現(xiàn)3電平電壓輸出。
權(quán)利要求
1.港口岸基變頻供電系統(tǒng)，其特征在于，包括變頻電源、港口高壓變電站、船舶電力系 統(tǒng)，變頻電源的輸入端與港口高壓變電站相連，變頻電源的輸出端與船舶電力系統(tǒng)相連；該 供電系統(tǒng)能夠連續(xù)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍為0 6. 6kV或0 10kV、頻率調(diào)節(jié)范圍為0 60Hz 的三相交流電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的港口岸基變頻供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的變頻電源通過 電纜卷筒及電纜連接器與港口高壓變電站相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的港口岸基變頻供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的變頻電源輸 出側(cè)通過電纜卷筒與配電線路連接，高壓輸出直接通過配電線路給船舶電力系統(tǒng)配電，低 壓輸出經(jīng)降壓變壓器后為船舶電力系統(tǒng)配電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的港口岸基變頻供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的變頻電源由移 相整流變壓器、多個功率單元組成，移相整流變壓器副邊由多個不同相位組組成，每個相位 組分成3個繞組，采用延邊三角接法，每組相位組分別向同一組功率單元供電，同一相位功 率單元依次串聯(lián)疊加組成多電平結(jié)構(gòu)，A相、B相、C相所有串聯(lián)疊加的功率單元以星形方式 連接，輸出6. 6kV或IOkV線電壓，為船舶負載供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的港口岸基變頻供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的功率單元輸入 側(cè)設(shè)有起保護作用的熔斷器，整流側(cè)由二極管D-a、D-b、D-C、D-d、D-e、D-f組成單方向能量 傳遞整流電路，電容組C構(gòu)成直流濾波環(huán)節(jié)，電容組C并聯(lián)有均壓放電電阻R，逆變側(cè)由可控 功率開關(guān)器件VT-a、VT-b、VT-c, VT-d組成3電平電壓輸出。
6.權(quán)利要求1或2所述港口岸基變頻供電系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)的工作過程是1)高壓6.6kV或IOkV船舶靠岸后，閉合接地開關(guān)PU P2、P3和P5 ；低壓440V船舶靠 岸后，閉合接地開關(guān)PI、P2、P4、P6，船側(cè)及岸上系統(tǒng)接地；2)船側(cè)及岸上系統(tǒng)接地后，連接系統(tǒng)所有電力電纜及控制電纜；3)保護系統(tǒng)監(jiān)測電纜接頭鏈接情況，確認無誤后，斷開接地開關(guān)PI、P2、P3、P5或P1、 P2、P4、P6，接地系統(tǒng)斷開；閉合開關(guān)S3，高壓變頻電源并入公共電網(wǎng)；4)準備為高壓6.6kV或IOkV泊船供電，閉合開關(guān)S4 ；準備為低壓440V船舶受電系統(tǒng) 供電，閉合開關(guān)S5;5)同步裝置檢測岸基變頻電源與船舶輔助發(fā)電機的同步情況，完成同步后，手動或自 動閉合開關(guān)S6或S7 ；岸基變頻電源被并入船舶電網(wǎng)；6)岸基變頻電源與船舶輔助發(fā)電機同時向船上負荷供電；斷開開關(guān)S8、S9，高壓船舶 輔助發(fā)電機退出系統(tǒng)并停機；斷開開關(guān)S10、S11，低壓船舶輔助發(fā)電機退出系統(tǒng)并停機；7)保護系統(tǒng)在岸基變頻電源系統(tǒng)運行過程中時刻監(jiān)測可能發(fā)生的故障；8)船舶準備離港時，船舶所有發(fā)電機啟動，同步裝置檢測岸基變頻電源與船舶輔助發(fā) 電機的同步情況，完成同步后，手動或自動閉合開關(guān)S8、S9或S10、Sll ；船舶輔助發(fā)電機被 并入船舶電網(wǎng)；9)岸基變頻電源與船舶發(fā)電機同時向船上負荷供電，斷開開關(guān)S6或S7，岸基變頻電 源從船舶系統(tǒng)切除；斷開開關(guān)S2、S3、S4、S5，岸基變頻電源與公共電網(wǎng)切除；閉合接地開關(guān) 卩1汴2、？3、？5或？1、？2、？4、？6，整個系統(tǒng)接地；10)斷開岸基變頻電源與船舶受電系統(tǒng)之間的電力電纜及控制電纜，船舶可以離港。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種港口岸基變頻供電系統(tǒng)，包括變頻電源、港口高壓變電站、船舶電力系統(tǒng)，變頻電源的輸入端與港口高壓變電站相連，變頻電源的輸出端與船舶電力系統(tǒng)相連；該供電系統(tǒng)能夠連續(xù)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍為0～6.6kV或0～10kV、頻率調(diào)節(jié)范圍為0～60Hz的三相交流電。所述的變頻電源輸出側(cè)通過電纜卷筒與配電線路連接，高壓輸出直接通過配電線路給船舶電力系統(tǒng)配電，低壓輸出經(jīng)降壓變壓器后為船舶電力系統(tǒng)配電。本發(fā)明的優(yōu)點是該供電系統(tǒng)的用電取自港口高壓變電站，很大程度減小了船舶燃油發(fā)電機組作為電力來源產(chǎn)生的環(huán)境污染及能源消耗，為泊船提供高質(zhì)量、高可靠性的電源。
文檔編號H02M5/458GK102130455SQ201110062349
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者何銀萍, 劉方平, 卞琛, 徐穎, 王發(fā)彬, 王 鋒 申請人:榮信電力電子股份有限公司