一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置，包括：移相變壓器、功率單元、混合型濾波裝置和接線箱，混合型濾波裝置包括有源濾波器和無源濾波器，且有源濾波器通過電抗器與無源濾波器相連；移相變壓器的一次側(cè)與外部的母線相連，移相變壓器的二次側(cè)依次通過功率單元、混合型濾波裝置與接線箱相連。該具有新型濾波功能的船舶岸電裝置既克服了單獨使用聯(lián)有源濾波裝置和無源濾波裝置的不足，又可以有效降低并聯(lián)有源濾波裝置的成本和容量；同時可以有效降低高壓變頻器對電網(wǎng)的諧波污染，并實現(xiàn)降壓隔離。
【專利說明】
【技術(shù)領域】
[0001] 本實用新型涉及電力技術(shù)用電領域，特別涉及一種屬于船舶岸基供電電源的具有 新型濾波功能的船舶岸電裝置。 一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置
【背景技術(shù)】
[0002] 大型船舶特別是油船和集裝箱船靠港時通常采用燃油制品（多為重油和柴油）發(fā) 電，來滿足船舶用電需求。重油和柴油等燃油制品在燃燒過程中產(chǎn)生大量硫化物和氮氧化 物，對周圍環(huán)境造成嚴重污染，污染后通過氣流作用可以傳播到數(shù)百公里以外的地區(qū)。而且 國內(nèi)外很多港區(qū)都集中在市區(qū)，到港船舶?？扛劭诋a(chǎn)生污染與中心城區(qū)環(huán)境保護的矛盾已 經(jīng)越來越突出。如果采用陸地電網(wǎng)對靠港船舶供電，對于保護港區(qū)環(huán)境、建設清潔宜人的綠 色港口，無疑具有十分重要的意義。
[0003] 由于我國港口碼頭供電系統(tǒng)電網(wǎng)頻率為50Hz，而國內(nèi)外很多大型輪船均采用 60Hz的船舶電器，如果采用陸地電網(wǎng)供電，港口和船舶供電電制的不同勢必對船舶電氣設 備造成嚴重影響。
[0004] 全球石油資源日漸枯竭，石油價格一路飆升，船舶發(fā)電成本也在一直增長，采用岸 電技術(shù)不但可以減少環(huán)境污染，同時可以為船舶發(fā)電降低成本，為港口增加效益。岸電技術(shù) 的運用可以達到節(jié)能、減排、降噪的效果，可以創(chuàng)造很高的經(jīng)濟效益，因此在今后一個時期 船舶岸電技術(shù)將得到快速的發(fā)展，眾多的港口將配置船舶岸電設施。
[0005] 目前，世界上利用岸電為船舶供電的港口，都是港口電網(wǎng)向船舶電網(wǎng)同頻率直接 供電，主要包括低壓供電和高壓供電兩種方式，其中低壓供電占岸電的90%以上。由于我國 港口碼頭供電系統(tǒng)電網(wǎng)頻率為50Hz，而國內(nèi)外很多大型輪船均采用60Hz的船舶電器，不能 直接使用50Hz的交流電，為此需要調(diào)頻，將電網(wǎng)頻率調(diào)整為60hz，再向船舶供電。且我國船 舶岸電系統(tǒng)電網(wǎng)接入項目較少，技術(shù)經(jīng)驗還較為欠缺，沒有太多可以參考的案例。
[0006] 隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻裝置越來越多地應用在船舶岸電系統(tǒng)中，由 此引發(fā)的船舶岸電諧波污染問題日顯突出，促使工程技術(shù)人員高度關(guān)注船舶岸電濾波技術(shù) 及其應用的研究。
[0007] 對于大型船舶而言，船上各種電氣設備對負荷需求較大，以3000KV為例，為滿足 陸地電網(wǎng)對靠港船舶的供電需求，有人提出了一種低壓大功率岸電電源方案，其原理是把 電網(wǎng)三相50Hz的高壓電先采用變壓器降壓為380v/50Hz，然后輸入低壓岸電電源，經(jīng)低壓 逆變系統(tǒng)整流逆變?yōu)?0Hz輸出，然后再經(jīng)電力變壓器升壓至高壓60Hz后，給靠港船舶供 電。這種低壓岸電技術(shù)存在著下述缺點：
[0008] 1.在低壓岸電技術(shù)中，大功率逆變電源都采用小功率逆變電源模塊并聯(lián)的方式 實現(xiàn)，對于容量高達數(shù)兆瓦的岸電電源而言，要求并聯(lián)的逆變模塊眾多，任何一個模塊的故 障，都使得岸電電源必須降額使用，甚至停機。而且因為船舶負載的復雜性，經(jīng)常需要帶大 功率電機直接啟動，對電源沖擊性強，因此，低壓逆變方案可靠性大大降低；
[0009] 2.低壓岸電電源技術(shù)中，電源輸入側(cè)需要降壓變壓器降壓，逆變后需要正弦波濾 波，最后還要經(jīng)過升壓變壓器升壓后才能得到高電壓，而升、降壓變壓器一般采用電力變壓 器，其效率最高為95%，正弦波濾波器效率90%，使得電源整機效率最高為85%，大大降低 了系統(tǒng)效率；
[0010] 3.低壓逆變技術(shù)一般采用6脈沖整流，輸入功率因數(shù)低，對電網(wǎng)將形成較大污染；
[0011] 4.低壓岸電技術(shù)中，對于容量高達數(shù)兆瓦的岸電電源來說，其額定輸入電流為數(shù) 千安培，給輸入輸出側(cè)配電設計帶來了很多困難。
[0012] 船舶岸電傳統(tǒng)的濾波方法是采用基于諧振原理的無源濾波器（LC power filter)， 它只能濾除設定次數(shù)的諧波，且易與電網(wǎng)產(chǎn)生串、并聯(lián)諧振。有源濾波器（Active power filter，APF)能動態(tài)治理各次諧波，具有無源濾波裝置所不具備的巨大技術(shù)優(yōu)勢，但是單一 的并聯(lián)有源濾波器其成本較高，功率損耗較大。 實用新型內(nèi)容
[0013] 本實用新型的目的是公開一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置，用于克服傳統(tǒng) 船舶岸電易與電網(wǎng)產(chǎn)生諧振、功率損耗大的缺陷。
[0014] 本實用新型實施例公開的一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置，包括：移相變 壓器、功率單元、混合型濾波裝置和接線箱，混合型濾波裝置包括有源濾波器和無源濾波 器，且有源濾波器通過電抗器與無源濾波器相連；移相變壓器的一次側(cè)與外部的母線相連， 移相變壓器的二次側(cè)依次通過功率單元、混合型濾波裝置與接線箱相連。
[0015] 在上述技術(shù)方案中，無源濾波器包括：多組不同調(diào)諧頻率的單調(diào)諧濾波器和高通 濾波器。
[0016] 在上述技術(shù)方案中，有源濾波器為并聯(lián)型有源濾波器。
[0017] 在上述技術(shù)方案中，還包括：電纜絞車、降壓變壓器和并網(wǎng)柜；降壓變壓器的一次 側(cè)通過電纜絞車與接線箱相連，降壓變壓器的二次側(cè)與并網(wǎng)柜相連。
[0018] 在上述技術(shù)方案中，接線箱通過航空插頭與電纜絞車相連。
[0019] 在上述技術(shù)方案中，功率單元包括整流器和逆變器；逆變器采用獨立電源。
[0020] 在上述技術(shù)方案中，接線箱的輸出為6. 6kV/60Hz或6kV/50Hz。
[0021] 在上述技術(shù)方案中，移相變壓器為多繞組移相變壓器。
[0022] 本實用新型實施例提供的一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置，通過移相變壓 器可以有效降低高壓變頻器對電網(wǎng)的諧波污染，不會對電網(wǎng)造成超過國家標準的諧波干 擾，并實現(xiàn)降壓隔離；逆變器的控制電源采用獨立于高壓之外的低壓不間斷供電技術(shù)，增強 了系統(tǒng)的高壓主回路與控制器光纖通訊，抗干擾能力強，安全可靠；采用混合型濾波裝置既 克服了單獨使用聯(lián)有源濾波裝置和無源濾波裝置的不足，又可以有效降低并聯(lián)有源濾波裝 置的成本和容量，具有良好的性價比。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1是本實用新型實施例中船舶用電裝置的第一結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖2是本實用新型實施例中混合型濾波裝置的拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0025] 圖3是本實用新型實施例中功率單元的電路示意圖；
[0026] 圖4是本實用新型實施例中船舶用電裝置的第二結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖，對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細描述，但應當理解本實用 新型的保護范圍并不受【具體實施方式】的限制。
[0028] 本實用新型實施例提供的一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置，參見圖1所 示，包括：移相變壓器10、功率單元20、混合型濾波裝置30和接線箱40 ;其中，移相變壓器 10的一次側(cè)與外部的母線相連，移相變壓器10的二次側(cè)依次通過功率單元20、混合型濾波 裝置30與接線箱40相連。該外部的母線具體為陸上變電站的10kV母線。移相變壓器10、 功率單元20和混合型濾波裝置30組合成高壓變頻器。
[0029] 具體的，參見圖2所示，該混合型濾波裝置30包括有源濾波器301和無源濾波器 302,且有源濾波器301通過電抗器L1與無源濾波器302相連。其中，無源濾波器302包括 N組不同調(diào)諧頻率的單調(diào)諧濾波器和高通濾波器，承擔主要的諧波抑制任務，N為需要抑制 的諧波的總數(shù)；比如混合型濾波裝置30需要抑制3、5、7、9次四種諧波，則N = 4 ;而有源濾 波器301采用并聯(lián)型有源濾波器，該并聯(lián)型有源濾波器補償剩余的諧波，可以有效的降低 并聯(lián)有源濾波器的容量，減少成本，改善整個系統(tǒng)的電能質(zhì)量。采用混合型濾波裝置30既 克服了單獨使用聯(lián)有源濾波裝置和無源濾波裝置的不足，又可以有效降低并聯(lián)有源濾波裝 置的成本和容量，具有良好的性價比。該混合型濾波裝置30設置于變頻器的輸出側(cè)、接線 箱40的前端，與變頻器集成在一起。
[0030] 本實用新型實施例中，該移相變壓器10采用多繞組移相變壓器。移相變壓器10 的一次側(cè)直接接入高壓電網(wǎng)，二次側(cè)有多個三相繞組。通過移相變壓器，可以有效消除諧波 (理論上可以消除6n-l次以下的諧波，η為單元級數(shù)），使得輸入電流波形接近正弦波，總 的諧波失真低于3%，不會對電網(wǎng)造成超過國家標準的諧波干擾，有效降低高壓變頻器對電 網(wǎng)的諧波污染，并實現(xiàn)降壓隔離。
[0031] 功率單元20包括整流器和逆變器，且該逆變器采用獨立電源。功率單元20的電 路示意圖具體參見圖3所示，功率單元20是由二極管整流橋、并聯(lián)在直流母線上的大容 量儲能電容C、并聯(lián)在這些電容C上的均壓電阻R和Η橋逆變器組成，其中，二極管整流橋 由整流二極管Τ1-Τ6組成，Η橋逆變器由絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)Q1-Q4組成。功率單元20用于實現(xiàn)頻率變換，且通過功率單元20的串 聯(lián)實現(xiàn)高壓（比如6. 6KV)的輸出；逆變器的控制電源采用獨立于高壓之外的低壓不間斷供 電技術(shù)，增強了系統(tǒng)的高壓主回路與控制器光纖通訊，抗干擾能力強，安全可靠。
[0032] 優(yōu)選的，參見圖4所示，本實用新型實施例提供的一種具有新型濾波功能的船舶 岸電裝置還包括：電纜絞車50、降壓變壓器60和并網(wǎng)柜70 ;降壓變壓器60的一次側(cè)通過 電纜絞車50與接線箱40相連，降壓變壓器60的二次側(cè)與并網(wǎng)柜70相連。具體的，接線箱 40通過航空插頭與電纜絞車50相連，方便連接或斷開電路。
[0033] 該具有新型濾波功能的船舶岸電裝置的具體工作過程如下：船舶岸電裝置的電源 采用路上變電站提供的10kV/50Hz輸入，經(jīng)過移相變壓器10和功率單元20的變頻變壓處 理后、以及混合型濾波裝置30的濾波處理后，輸出6. 6kV/60Hz或6kV/50Hz的交流電；該交 流電經(jīng)過電纜絞車50和降壓變壓器60后，降為低壓電源，進而可以為船舶上的用電設備供 電。其中，降壓變壓器60-般采用船載變壓器^.0KV/0.4kV)。該具有新型濾波功能的船 舶岸電裝置的輸入功率因數(shù)接近于1，符合GB/T14549-2002及IEEE519-1992對電壓、電流 諧波失真嚴格的要求，不需要增加功率因數(shù)補償設備。
[0034] 本實用新型實施例提供的一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置，通過移相變壓 器可以有效降低高壓變頻器對電網(wǎng)的諧波污染，不會對電網(wǎng)造成超過國家標準的諧波干 擾，并實現(xiàn)降壓隔離；逆變器的控制電源采用獨立于高壓之外的低壓不間斷供電技術(shù)，增強 了系統(tǒng)的高壓主回路與控制器光纖通訊，抗干擾能力強，安全可靠；采用混合型濾波裝置既 克服了單獨使用聯(lián)有源濾波裝置和無源濾波裝置的不足，又可以有效降低并聯(lián)有源濾波裝 置的成本和容量，具有良好的性價比。
[0035] 以上公開的僅為本實用新型的具體實施例，但是，本實用新型并非局限于此，任何 本領域的技術(shù)人員能思之的變化都應落入本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置，其特征在于，包括：移相變壓器、功率單 元、混合型濾波裝置和接線箱，所述混合型濾波裝置包括有源濾波器和無源濾波器，且所述 有源濾波器通過電抗器與所述無源濾波器相連； 所述移相變壓器的一次側(cè)與外部的母線相連，所述移相變壓器的二次側(cè)依次通過所述 功率單元、所述混合型濾波裝置與所述接線箱相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶岸電裝置，其特征在于，所述無源濾波器包括：N組不同 調(diào)諧頻率的單調(diào)諧濾波器和高通濾波器，N為需要抑制的諧波的總數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶岸電裝置，其特征在于，所述有源濾波器為并聯(lián)型有源 濾波器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的船舶岸電裝置，其特征在于，還包括：電纜絞車、降壓變 壓器和并網(wǎng)柜； 所述降壓變壓器的一次側(cè)通過所述電纜絞車與所述接線箱相連，所述降壓變壓器的二 次側(cè)與所述并網(wǎng)柜相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶岸電裝置，其特征在于，所述接線箱通過航空插頭與所 述電纜絞車相連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的船舶岸電裝置，其特征在于，所述功率單元包括整流器和 逆變器； 所述逆變器采用獨立電源。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的船舶岸電裝置，其特征在于，所述接線箱的輸出為 6.6kV/60Hz 或 6kV/50Hz。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的船舶岸電裝置，其特征在于，移相變壓器為多繞組移相變 壓器。
【文檔編號】H02J3/00GK203883472SQ201420323467
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】王金旺, 胡世琳, 郭佳賀, 王明旭, 周磊 申請人:國家電網(wǎng)公司, 北京南瑞智芯微電子科技有限公司