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    英威腾Goodrive5000岸电电源在某运输码头的应用
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    一、 时代背景:

    * 燃油发电造成严重污染

    随着我国经济持续快速发展,港口建设的步伐不断加速,船舶停靠码头的数量和密度大幅增加,大多数船舶特别是油船和集装箱船靠港时都使用燃油发电来满足船舶的用电需求,为此需要消耗大量燃油,造成大量废气和颗粒物排放,从而产生严重的环境污染,具体体现在以下几个方面:

    1、燃油在燃烧中产生大量硫化物和氮氧化物,严重影响港口周围环境;

    2、燃油发电机产生噪声污染,不利于船员和港口周围民众的生活;

    3、船舶上安装的发电机容量较小,效率较低,造成能源浪费;

    4、燃油发电的成本远高于水电等其它发电方式,不利于降低船舶运营成本。                  

    图1 靠岸船舶

    * 岸电电源应运而生

    基于以上弊端船用静止式岸电电源应运而生。其优势在于:

    1、在频率适应性上,具有 50Hz转变成60Hz电源功能,具有更高的性价比,可向不同制式的船舶提供岸电;

    2、在能耗上,与发电机比较,节能 20%以上,更省去了发电机带来的噪声大、运行成本高、损耗大、有污染、维修困难、须专人管理等诸多不便;

    3、在功能上,具有更强的适用性,可以实时监控电源的运行情况等优点。

    4、在可靠性上和体积上,岸电电源比普通变频电源标准更高,模块组采用 IGBT 逆变技术,可靠性高,体积小,大幅度节省制造材料,重量轻,移动方便;结构更紧凑、简洁、美观。

      岸电系统示意图

    二、项目概述及客户需求

    在某运输码头,其需要容量1.6MW高压岸电电源来满足供电需求;

    技术要求:

    1、输入电压为10KV,要求在-10%~+10%电网电压波动时必须满载输出。

    2、变频电源能对电压瞬变进行调节,可以抑制电网的电压扰动。

    3、输出电压总谐波失真度THD≤3%,输出各次谐波电流≤标准要求。

    4、变频电源输出谐波电压和谐波电流含量应优于GB/T14549《电能质量公用电网谐波》技术要求,输出电压总谐波失真度THD≤3%,输出各次谐波电流≤标准要求;

    5、保证船用电与岸电相序和线制的一致性,连船时出现相序不一致时,要求变频电源具备一键切换相序技术。

    6、变频电源输出电压及频率(6.6KV/60HZ、6KV/50HZ)可通过转换开关或人机操作界面进行选择。

    7、变频电源输出电压闭环,必须在隔离变压器输出侧进行电压闭环控制,确保输出电压的稳定。

    基于客户的需求,英威腾为客户提供了GD5000岸电电源方案,应用在大连港汽车码头上,该方案回馈谐波小,节能优势明显,占地空间小、维护方便等诸多优点。

    三、英威腾方案实施

    3.1 系统配置:

    名称

    功能

    进线开关柜

    实现港口变电站与岸基电源之间的连接和隔离。

    高压岸电电源

    采用英威腾GD5000系列产品,实现船舶负载配电制式转换。

    隔离变压器

    隔离变压器将船/ 岸间电气隔离,防止船上负载电网和岸电电网互相干扰,避免变频电源装置因负载设备的故障而造成损坏。

    变压器预充柜

    防止并网时的励磁涌流,由岸电电源自动控制投入与切出。

    岸电计量柜

    实现电能计量。

    出线开关柜

    标准的KYN-28抽屉式高压开关柜,实现岸基电源与港口前沿接电设备之间的连接和隔离。

    在此方案中,高压岸电电源包括移相变压器、功率柜+控制柜;

    移相变压器采用知名品牌,移相变压器配置:原边三相输入额定电压10kV,50HZ,带有±5%调压,副边三相输出共18组,每组额定电压为AC 690V,辅助输出一组三相绕组,额定电压为AC 400V,时时检测变压器柜温度,保证变压器可靠运行。

    变压器柜为风冷;功率柜配置:6个功率单元串联,每个功率单元电气性能一致,可以互换,单元串联输出电压6kV及6.6kV;

    控制柜配置:采用触摸屏显示和操作 ,控制系统三路电源互为备用供电 ,最长支持三十分钟不间断供电UPS。

    3.2 一次回路:

    系统一次回路如下图所示:

    一次回路图

    3.3 控制系统

    *  输出闭环控制技术

    该系统具有AVR(电压自动调节)功能,通过对输出电源的电压、电流进行进行精密的检测采样,经PID运算反馈控制SPWM电压方波,构成输出电压为外环,输出电流为内环的双环稳压控制,针对冲击性负载应用场合,还增加了前馈补偿,响应速度快,精度高,在母线电压频繁波动或者负载经常突变的场合,仍能保证稳定的输出。通过软件算法实现逆功率抑制,无需配置制动电阻或能量回馈装置,系统结构简单,成本低。

    控制框图

    * 精确并网控制技术

    控制系统使用自主研发的“锁频锁相”控制技术,能自动识船舶当前输入电压制式,频相同步精度高,已经在大容量电机变频软起的场合得到广泛的运用,完全能够实现岸基电源和船舶自身辅助电源之间无冲击切换,避免对系统其它电气设备造成影响

    四、英威腾方案优点:

    1. 输入输出无谐波

    输入采用干式移相变压器进行多脉冲整流,输入谐波小,额定负载时,网侧电流谐波<2%;输出采用单元串联多电平拓扑结构,移相多重化SPWM调制技术,输出电压波形纯净,接近正弦波,谐波含量<2%

    谐波分析

    2. 高效率及高功率因数

    采用移相变压器与整流二极管进行多重化整流,系统满载时功率因素大于或等于0.97;优异的控制性能,保证了系统效率在满载时大于或等于96%

    3. 其他优势

    * 岸电单元模块化设计,功率密度大,成柜尺寸小;

    * 岸电电源上进上出/下进下出进线设计,方便接线;

    * 岸电单元通过光纤通讯由控制单元控制,强弱电隔离,抗干扰能力强;

    * 仅使用6个功率单元串联;体积小,安装维护方便

    * 输出谐波小含量小。我司高压岸电采用移相多重化多电平PWM脉宽调制技术,输出波形几近正弦波,额定负载时输出侧的谐波<2%,加上隔离变压器后,输出电压谐波含量不大于1%。

    岸电实物

    五、结束语

    英威腾GD5000系列高压岸电电源采用直接高高输出方案,系统效率高,输入采用多脉冲整流输入,输入谐波小,功率因数高;输出电流电压双闭环控制,输出电压波形质量好,抗负载扰动能力强;先进的逆功率抑制技术无需增加硬件投资即可实现逆功率抑制;是港口,码头的岸电系统的优质选择。

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