港口岸基变频供电系统

摘要

本发明涉及一种港口岸基变频供电系统，包括变频电源、港口高压变电站、船舶电力系统，变频电源的输入端与港口高压变电站相连，变频电源的输出端与船舶电力系统相连；该供电系统能够连续输出电压调节范围为0～6.6kV或0～10kV、频率调节范围为0～60Hz的三相交流电。所述的变频电源输出侧通过电缆卷筒与配电线路连接，高压输出直接通过配电线路给船舶电力系统配电，低压输出经降压变压器后为船舶电力系统配电。本发明的优点是：该供电系统的用电取自港口高压变电站，很大程度减小了船舶燃油发电机组作为电力来源产生的环境污染及能源消耗，为泊船提供高质量、高可靠性的电源。

权利要求

1.港口岸基变频供电系统，包括变频电源、港口高压变电站、船舶电力系统，变频电源的输入端与港口高压变电站相连，变频电源的输出端与船舶电力系统相连；该供电系统能够连续输出电压调节范围为0～6.6kV或0～10kV、频率调节范围为0～60Hz的三相交流电；所述的变频电源通过输入端电缆卷筒及电缆连接器与港口高压变电站相连接；所述的变频电源输出侧通过输出端电缆卷筒与配电线路连接，高压输出直接通过配电线路给船舶电力系统配电，低压输出经降压变压器后为船舶电力系统配电；其特征在于，所述的变频电源由移相整流变压器、多个功率单元组成，移相整流变压器副边由多个不同相位组组成，每个相位组分成3个绕组，采用延边三角接法，每组相位组分别向同一组功率单元供电，同一相位功率单元依次串联叠加组成多电平结构，A相、B相、C相所有串联叠加的功率单元以星形方式连接，输出6.6kV或10kV线电压，为船舶负载供电。

2.根据权利要求1所述的港口岸基变频供电系统，其特征在于，所述的功率单元输入侧设有起保护作用的熔断器，整流侧由二极管D-a、D-b、D-c、D-d、D-e、D-f组成单方向能量传递整流电路，电容组C构成直流滤波环节，电容组C并联有均压放电电阻R，逆变侧由可控功率开关器件VT-a、VT-b、VT-c、VT-d组成3电平电压输出。

说明书

港口岸基变频供电系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种港口岸基变频供电系统。

背景技术

[0002] 随着国际经济贸易的发展，世界海上航运交易量正逐年稳步提高。中国作为世界航运大国之一，意味着更多的航运船舶将停靠中国港口。大多数船舶采用燃油发电机组作为电力来源，船舶在靠港停泊后，船上辅助燃油发电机继续运转，为船舶负荷供电。燃油作为一种化学燃料，在其发生能量转换过程中会产生多种有害气体，如氮氧化物(NOx)，硫氧化物(SOx)，燃料燃烧颗粒物等。这些排放物对人的健康与周围环境会造成影响，特别是产生的温室气体会对地球臭氧层造成破坏。

[0003] 为减少有害气体排放所造成的环境污染，在船舶靠岸时，可采用岸基供电方式为泊船供电。中国交流电源频率为50Hz，如果船舶被设计为使用60Hz电能，对于部分的船上设备仍可以使用50Hz电能，如照明及加热设备，但对电机驱动的设备如水泵、绞车和起重机，如果无法在其设计速度运行，将导致设备无法正常工作。因此，电力系统设计为60Hz的船舶，采用岸基供电的前提是需要将50Hz交流电转换为60Hz交流电，满足船舶设计的供电要求。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种港口岸基变频供电系统，该供电系统的用电取自港口高压变电站，很大程度减小了船舶燃油发电机组作为电力来源产生的环境污染及能源消耗，该供电系统能够连续输出电压调节范围为0～6.6kV或0～10kV、频率调节范围为0～60Hz的三相交流电，为泊船提供高质量、高可靠性的电源。

[0005] 为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

[0006] 港口岸基变频供电系统，包括变频电源、港口高压变电站、船舶受电系统，变频电源的输入端与港口高压变电站相连，变频电源的输出端与船舶受电系统相连；该供电系统能够连续输出电压调节范围为0～6.6kV或0～10kV、频率调节范围为0～60Hz的三相交流电。

[0007] 所述的变频电源通过电缆卷筒及电缆连接器与港口高压变电站相连接。

[0008] 所述的变频电源输出侧通过电缆卷筒与配电线路连接，高压输出直接通过配电线路给船舶受电系统配电，低压输出经降压变压器后为船舶受电系统配电。

[0009] 所述的变频电源由移相整流变压器、多个功率单元组成，移相整流变压器副边由多个不同相位组组成，每个相位组分成3个绕组，采用延边三角接法，每组相位组分别向同一组功率单元供电，同一相位功率单元依次串联叠加组成多电平结构，A相、B相、C相所有串联叠加的功率单元以星形方式连接，输出6.6kV或10kV线电压，为船舶负载供电。

[0010] 所述的功率单元输入侧设有起保护作用的熔断器，整流侧由二极管D-a、D-b、D-c、D-d、D-e、D-f组成单方向能量传递整流电路，电容组C构成直流滤波环节，电容组C并联有均压放电电阻R，逆变侧由可控功率开关器件VT-a、VT-b、VT-c、VT-d组成3电平电压输出。

[0011] 与现有技术相比，本发明的优点是：

[0012] 1)安全、可靠、方便地接入船舶；

[0013] 2)综合考虑供电接点数量、安装位置、供电容量、走线等因素；

[0014] 3)较宽的电压和频率调节范围，可实现稳压稳频输出；

[0015] 4)对岸上电网和船舶内网无谐波干扰影响；

[0016] 5)保证船用电与岸基电源相序和线制的一致性；

[0017] 6)具备缺相、短路、连锁等各种保护，可靠安全供电；

[0018] 7)方便对靠港船舶接用岸基电源情况进行准确计量、结算；

[0019] 8)适应码头高温、高湿、高腐蚀性等恶劣的环境；

[0020] 9)可采用移动式集装箱设计，方便安装、搬运；亦可采用固定式设计，在室内安置岸基电源系统的主要设备；

[0021] 10)操作简单，维护方便。

附图说明

[0022] 图1是港口岸基变频供电系统的系统示意图；

[0023] 图2是港口岸基变频供电系统的6.6kV变频电源拓扑图；

[0024] 图3是港口岸基变频供电系统的10kV变频电源拓扑图；

[0025] 图4是港口岸基变频供电系统功率单元结构图。

具体实施方式

[0026] 见图1，港口岸基变频供电系统，包括港口高压变电站A、输入连接电缆卷筒系统B、变频电源C、变频电源输出侧环网柜D、岸侧接电箱E、输出连接电缆卷筒F、配电线路G、船舶受电系统H。

[0027] 港口高压变电站A为整套岸基变频供电系统供电；输入连接电缆卷筒系统B包括电缆卷筒1和电缆连接器2，电缆卷筒1实现自由伸缩电缆长度，成为岸侧总电源与变频电源的枢纽。

[0028] 变频电源C通过电缆卷筒1及电缆连接器2与港口高压变电站A相连；变频电源是港口岸基变频供电系统的核心部分，实现电压和频率可调节，可将6kV(10kV)/50Hz输入的交流电转换至0～6.6kV或0～10kV/0～60Hz交流电输出。变频电源包含输入移相整流变压器T、功率单元及控制系统，变频电源可安装于集装箱内或者安装于室内。

[0029] 环网柜D设置于变频电源输出侧，实现出线配电，能为线路提供故障保护，保护供电系统的运行安全，环网柜具备三相输出电压、电流、功率等显示的计量功能。

[0030] 岸侧接电箱E与环网柜D连接，岸侧接电箱E具有电缆连接器接口，通过电缆连接器3及输出连接电缆卷筒F，变频电源C与配电线路G连接。电缆卷筒F为连接岸上连接点及船舶受电系统间的设备，电缆卷筒能够满足快速连接和储存的要求，不使用的时候储存在岸上或者直接安装至泊船上。

[0031] 配电线路G可实现直接高压6.6kV(10kV)配电，或通过降压变压器T1将6.6kV(10kV)降至440V低压。变频电源C通过配电线路G与船舶受电系统连接。

[0032] 港口高压变电站A的电能经变频电源C进行电压、频率调节输出后，经配电线路G实现直接高压配电，或通过降压变压器将6.6kV(10kV)降至440V低压后，输入船舶受电系统H的受电装置。

[0033] 船舶受电系统的受电装置安装于船上，亦可采用环网切换柜，实现岸基变频电源与船舶发电机的无缝切换。

[0034] 见图1，本系统的工作过程是：

[0035] 1)高压6.6kV(10kV)船舶靠岸后，闭合接地开关P1、P2、P3和P5。低压440V船舶靠岸后，闭合接地开关P1、P2、P4、P6。船侧及岸上系统接地。

[0036] 2)系统接地后，连接系统所有电力电缆及控制电缆。

[0037] 3)保护系统监测电缆接头链接情况，确认无误后，断开接地开关P1、P2、P3、P5或P1、P2、P4、P6，接地系统断开。闭合开关S3，高压变频电源并入公共电网。

[0038] 4)准备为高压6.6kV(10kV)泊船供电，闭合开关S4。准备为低压440V船舶受电系统供电，闭合开关S5。

[0039] 5)同步装置检测岸基变频电源与船舶辅助发电机的同步情况，完成同步后，手动或自动闭合开关S6或S7。岸基变频电源被并入船舶电网。

[0040] 6)岸基变频电源与船舶辅助发电机同时向船上负荷供电。断开开关S8、S9，高压船舶辅助发电机退出系统并停机。断开开关S10、S11，低压船舶辅助发电机退出系统并停机。

[0041] 7)保护系统在岸基变频电源系统运行过程中时刻监测可能发生的故障，如：接地故障或短路故障。

[0042] 8)船舶准备离港时，船舶所有发电机启动，同步装置检测岸基变频电源与船舶辅助发电机的同步情况，完成同步后，手动或自动闭合开关S8、S9或S10、S11。船舶辅助发电机被并入船舶电网。

[0043] 9)岸基变频电源与船舶发电机同时向船上负荷供电，断开开关S6或S7，岸基变频电源从船舶系统切除。断开开关S2、S3、S4、S5，岸基变频电源与公共电网切除。闭合接地开关P1、P2、P3、P5或P1、P2、P4、P6，整个系统接地。

[0044] 10)断开岸基变频电源与船舶受电系统之间的电力电缆及控制电缆，船舶可以离港。

[0045] 见图2，输出6.6kV/0～60Hz的港口岸基变频电源，通过干式移相整流变压器T与港口高压变电站相连，变压器T副边由6个不同相位组组成，每个相位组分成3个绕组，采用延边三角接法，每组相位组分别向同一组功率单元供电，如：相位组1同时向单元A1、单元B1、单元C1供电。同一相位单元依次串联，单元A1、单元A2、单元A3、单元A4、单元A5、单元A6依次串联，单元B1、单元B2、单元B3、单元B4、单元B5、单元B6依次串联，单元C1、单元C2、单元C3、单元C4、单元C5、单元C6依次串联。A相、B相、C相所有单元以星形方式连接，直接输出6.6kV线电压，为船舶负载供电。

[0046] 见图3，输出10kV/0～60Hz的港口岸基变频电源，通过干式移相整流变压器T与港口高压变电站相连，变压器T副边由8个不同相位组组成，每个相位组分成3个绕组，采用延边三角接法，每组相位组分别向同一组单元供电，如：相位组1同时向单元A1、单元B1、单元C1供电。同一相位单元依次串联，如：单元A1、单元A2、单元A3、单元A4、单元A5、单元A6、单元A7、单元A8依次串联。A相、B相、C相所有单元以星形方式连接，直接输出10kV线电压，为船舶负载供电。

[0047] 见图4，所述变频电源的功率单元输入侧熔断器F1、F2实现保护功能。整流侧由二极管D-a、D-b、D-c、D-d、D-e、D-f组成单方向能量传递整流电路，电容组C构成直流滤波环节，电阻R实现直流侧均压并在变频电源停机后为电容组C提供放电通道，间接保护设备操作及人员安全，逆变侧可控功率开关器件VT-a、VT-b、VT-c、VT-d实现3电平电压输出。