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變頻器

匯川技術(shù)HD90P專用變頻電源在岸電行業(yè)的應(yīng)用

發(fā)布日期:2022-04-18 點擊率:1552

  • 關(guān)鍵詞:                                                                岸電、環(huán)保、變頻電源、逆功率、三相平衡

  • 摘要:本文主要介紹了匯川技術(shù)HD90P系列變頻電源在寧波港集團遠(yuǎn)東碼頭岸電項目的應(yīng)用。實踐驗證我司獨創(chuàng)的逆功率控制技術(shù)安全有效,完美的解決了連船過程中產(chǎn)生的逆功率問題。與此同時,經(jīng)專業(yè)儀器檢測記錄,輸出電壓THD、電負(fù)載穩(wěn)壓率、頻率穩(wěn)定率等指標(biāo)完全滿足并超出國際岸用電源標(biāo)準(zhǔn),對我國岸用電源行業(yè)的發(fā)展起到了重大的推進作用。


一、背景介紹

1.1發(fā)展背景

船舶靠港后,船上仍需要生產(chǎn)、生活用電,需要輔機連續(xù)運轉(zhuǎn),從而消耗大量的能源,同時產(chǎn)生大量的廢氣及有害氣體。2013年有報道顯示,我國現(xiàn)有萬噸級及以上碼頭泊位中,專業(yè)化泊位942個,散貨泊位338個,雜貨泊位322個。而我國供電頻率50Hz,沿海船舶通常為60Hz,所以需要對工頻電網(wǎng)進行變頻,才可接入船上。最適合上岸電的碼頭包括:集裝箱碼頭、郵輪碼頭、散貨碼頭等;


圖1.1靠岸船舶污染

1.2岸電建設(shè)意義

1)對于船方來講靠港后使用岸電,在靠港期間關(guān)閉輔機,使靠港成本減少30%以上,經(jīng)濟效益十分顯著。同時減少了船舶的振動和噪音,船員生活質(zhì)量大大提高;

2)對港口來講,一方面因提供電力而有收益,另一方面完善了港口的功能,提升了港口的核心競爭力,港方得利。使用岸電就會減少有害氣體的排放,使空氣質(zhì)量提升從而居民得利;

3)目前國際上在接岸電方面尚處探索階段,如果我們在這方面取得顯著成果,就很有可能在這個技術(shù)領(lǐng)域中推動制定世界標(biāo)準(zhǔn),從而取得主導(dǎo)權(quán)及話語權(quán),并在環(huán)保上樹立負(fù)責(zé)任大國的良好形象。

1.3宏觀形勢及國家政策

1)交通運輸部印發(fā)《船舶與港口污染防治專項行動實施方案(2015—2020年)》,主要港口90%的港作船舶、公務(wù)船舶靠泊使用岸電,50%的集裝箱、客輪和郵輪專業(yè)化碼頭具備向船舶供應(yīng)岸電的能力。

2)《上海市清潔空氣行動計劃(2013-2017)》:開展岸電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和配套政策研究,推進岸電試點工作,完成吳淞國際郵輪碼頭、洋山冠東集裝箱碼頭的岸電使用試點,在試點的基礎(chǔ)上逐步推廣;

3)《上海港船舶污染防治辦法》:要求政府有關(guān)部門積極推進靠泊船舶使用岸電。規(guī)定船舶應(yīng)遵守國家和本市的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn);

4)根據(jù)《江蘇省大氣污染防治條例》《江蘇省大氣污染防治行動計劃》:逐步擴大港口岸電系統(tǒng)的覆蓋面;

5)《廣東省綠色港口行動計劃(2014-2020)》:截至2020年,實現(xiàn)大部分港作船舶靠港使用岸電。同時,對新建十萬噸及以上級別郵輪碼頭要求同步配套建設(shè)靠港船舶使用岸電供電設(shè)備設(shè)施;新建十萬噸及以上級別集裝箱碼頭優(yōu)先考慮同步配套建設(shè)靠港船舶使用岸電供電設(shè)備設(shè)施;

6)2016年4月1日起,上海、蘇州、寧波-舟山、南通率先實現(xiàn)港口節(jié)能減排,即船舶停靠期間使用硫含量≤0.5%m/m的燃油。

1.4技術(shù)難點及要求

1.4.1環(huán)境要求:岸電設(shè)備使用場所為港口,緊鄰大海。海邊為潮濕,多鹽霧環(huán)境,故對設(shè)備的抗腐蝕性提出了要求。

1.4.2 電源屬性:作為一個電源來講,評價其質(zhì)量的高低有以下幾個方面:諧波含量,負(fù)載能力。船上的導(dǎo)航羅盤等精密儀器對電網(wǎng)質(zhì)量要求很高,不干凈的電網(wǎng),會導(dǎo)致此種設(shè)備的損壞,損失巨大。又由于船上單相用電設(shè)備的原因,三相負(fù)載不是完全的平衡,所以對三相電壓之間的平衡度要求很高,在相電流差別很大的情況下,要求相電壓保持平衡。

1.4.3 高可靠性:以集裝箱船為例,假若電源出現(xiàn)故障停機,船上的壓縮機一旦停轉(zhuǎn),需要冷貯的貨物就會有巨大的損失,產(chǎn)生極其惡劣的后果。

1.4.4 逆功率問題:目前岸電的連船方式都是岸電送至船上,由船上發(fā)電機來主動跟蹤岸電的幅值、頻率、相位進行并網(wǎng),但是因為調(diào)節(jié)過程中發(fā)電機的調(diào)節(jié)不會那么精準(zhǔn)迅速,所以會產(chǎn)生由發(fā)電機往電源輸送功率的現(xiàn)象,導(dǎo)致電源損壞。

二、項目概況

寧波港是我國大陸重要的集裝箱遠(yuǎn)洋干線港,同時也是我國大陸鐵礦、原油、液化品中轉(zhuǎn)儲存基地和華東地區(qū)主要的煤炭中轉(zhuǎn)儲存基地,由北侖港區(qū)、鎮(zhèn)海港區(qū)、大榭港區(qū)、穿山港區(qū)、寧波老港區(qū)組成。現(xiàn)有生產(chǎn)泊位191座,包括萬噸級以上大型泊位39座,其中5萬噸級以上至25萬噸級的特大型深水泊位25座。港口吞吐量位居世界第四、中國第二。


圖2.1遠(yuǎn)東碼頭

遠(yuǎn)東碼頭為寧波港北侖港區(qū)集裝箱碼頭。為響應(yīng)交通部要求,提升港口競爭力,首先針對九號,十號泊位配置岸電系統(tǒng)作為試點工程。

根據(jù)靠港船舶容量,建設(shè)岸電項目容量選定為3MVA。

2.1岸用電源整體方案:

系統(tǒng)方案示意圖

圖2.2系統(tǒng)方案圖

系統(tǒng)方案主要包含以下幾部分:


圖2.3系統(tǒng)配置圖


2.2系統(tǒng)方案說明

(1)系統(tǒng)總體采用高-高方案,直接10kV輸入,6.6kV輸出,無需升壓變壓器,變頻電源部分采用成熟的單元級聯(lián)式方案,輸入諧波小、功率因數(shù)高,無需設(shè)置輸入濾波器及無功補償;

(2)變頻電源選型:HD90P-J066/3000-DN,容量為3MVA,每相配置6個功率單元,每個功率單元額定電壓690V,整機額定輸入10kV,額定輸出6.6kV/60Hz,同時可以選擇輸出6kV/50Hz。

型號解釋如下:


圖2.5產(chǎn)品命名

(3)匯川供貨范圍:HD90P系列高壓變頻電源,含輸出濾波系統(tǒng),隔離變壓器(可選,若用戶自己采購,則必需符合我司所提供的技術(shù)參數(shù))

注:其余輔助設(shè)備不在匯川供貨范圍之內(nèi),如輸入、輸出開關(guān)柜、高壓接口箱。

2.3技術(shù)參數(shù)表


三、 HD90P簡介

3.1系統(tǒng)工作原理


圖3.1產(chǎn)品原理圖

電網(wǎng)電壓經(jīng)主變壓器隔離移相后為功率單元供電,每個功率單元為一個單相交-直-交電壓型逆變器,單元串聯(lián)星接后形成三相變頻電源給負(fù)載供電。根據(jù)串聯(lián)單元級數(shù)的不同,產(chǎn)品分為3kV、6kV/6.6kV、10kV三個系列。主變壓器采用移相整流方式,輸入功率因數(shù)高,輸入電壓電流諧波小。滿足IEEE519-1992和GB/T 14549-93對電壓和電流最嚴(yán)格的諧波失真要求。變頻器輸出采用多重化PWM技術(shù),輸出為近乎完美的正弦波。

3.2環(huán)境適應(yīng)性專項設(shè)計

岸電安裝于海岸附近,屬于特殊環(huán)境應(yīng)用,具有潮濕及高鹽霧的特點,高壓變頻器針對此應(yīng)用環(huán)境需進行特殊環(huán)境適應(yīng)性處理  

3.2.1 整機柜體:

1)柜體噴涂戶外粉;

2)設(shè)計加熱器;  

3.2.2 銅排:表面鍍鎳處理

3.2.3 功率單元:

1)散熱器酸化處理;

2)單元外殼采用覆鋁鋅板,切面防銹處理;

3)導(dǎo)軌采用覆鋁鋅板,切面防銹處理;

3.2.4所有PCB板:多加工一次三防漆,做加厚處理(匯川使用的三防漆品牌為德國ELANTAS以及PETERS)

 

圖3.2三防漆自動噴涂設(shè)備

3.2.5 移相變壓器:

1)變壓器金屬結(jié)構(gòu)件鍍鋅或達克羅處理;

2)變壓器緊固件三防處理;

3)變壓器鐵芯覆蓋漆使用三防漆;

4)變壓器風(fēng)機等附件三防處理;

四、技術(shù)方案優(yōu)勢

4.1逆功率控制技術(shù)

在連船并網(wǎng)及解列過程中可能會出現(xiàn)發(fā)電機頻率及幅值調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確的情況,導(dǎo)致逆功率的產(chǎn)生,匯川變頻電源具有智能逆功率控制技術(shù),能夠有效抑制逆功率的產(chǎn)生,提高了整個系統(tǒng)的可靠性;


圖4.1逆功率示意圖

4.2 V/F分離相序一鍵切換技術(shù)

在變頻電源類場合需要變頻器輸出不同電壓及頻率的組合,且負(fù)載不完全是電動機類,所以對于變頻器來說就需要具備VF分離控制技術(shù),匯川HD90P系列高壓變頻器具備此功能,實現(xiàn)對電壓、頻率的分別控制,既可以滿足6.6kV/60Hz船用電的需求,也滿足特殊情況下6kV/50Hz船用電的需求,并根據(jù)實際情況進行電壓和頻率的調(diào)節(jié)。

與此同時,在岸電連船過程中,若發(fā)生岸用電源與船用電相序不同的狀況,也可在觸摸屏上實現(xiàn)對電源相序的一鍵切換,簡單易用,節(jié)省時間人力,免去手動更改動力主回路的麻煩。


圖4.2電源調(diào)節(jié)HMI界面

4.3三相輸出獨立控制技術(shù)

因變頻電源的負(fù)載有別于變頻器的電機類負(fù)載,船上單相負(fù)載的使用,導(dǎo)致其三相間負(fù)載分配不可能絕對的平衡,從而每相之間的壓降可能會有差別。匯川變頻電源具有三相輸出獨立控制技術(shù),對電壓實行閉環(huán)控制,三相負(fù)載不平衡度達20%,依然保持三相線電壓對稱輸出;現(xiàn)場測試波形記錄如下,啟動時三相負(fù)載并不平衡,兩相間電流相差別很大,但對比觀察下方電壓波形,依然穩(wěn)定對稱。

圖4.3三相輸出獨立控制技術(shù)

4.4 電子式單元旁路中性點漂移技術(shù)

因為岸電使用中,是有不停機要求的,傳統(tǒng)機械式單元旁路功能從單元故障發(fā)生到單元旁路啟動會有200ms的延時,這是不允許的,所以我司岸用電源產(chǎn)品采用電子式單元旁路。運行中功率單元故障時,變頻器可將故障單元在線自動旁路并繼續(xù)運行,等情況允許時再停機排除故障。

同時,HD90P的非對稱旁路技術(shù)在單元旁路后,通過改變相電壓的相位差,在僅旁路掉故障單元的情況下,實現(xiàn)三相間線電壓的對稱。可以得到比傳統(tǒng)旁路方案更高的電壓輸出幅值。


圖4.4非對稱旁路技術(shù)示意圖

4.5完美無諧波技術(shù)

匯川HD90P通過單元移相輸入,單元級聯(lián)多電平輸出外加濾波器的方案,保證輸入諧波質(zhì)量達到電網(wǎng)要求,輸出電壓諧波滿足船用電指標(biāo),下圖為寧波港岸電連船實時監(jiān)測的輸出電壓諧波數(shù)據(jù)。可以看到,三相電壓最高總諧波含量只有0.8%,完全滿足并超出標(biāo)準(zhǔn)要求。


圖4.4諧波含量測試圖

五、現(xiàn)場應(yīng)用照片

圖5.1岸電設(shè)備配電室

圖5.2負(fù)載船只照片

圖5.3設(shè)備照片

圖5.4正常運行照片

 

圖5.5岸電箱及連船照片

六、結(jié)束語

靠岸船舶燒重油運轉(zhuǎn)輔機污染十分巨大,是近口岸城市空氣污染的重要來源。在集裝箱,郵輪,散貨碼頭中,對獲得向船舶供電能力的訴求是十分迫切的。首先可以減少廢氣排放,保護港口城市環(huán)境,其次降低船舶靠港成本,改善船員生活環(huán)境,提升港口競爭力。但目前我國岸用電源技術(shù)還比較落后。其中,不提電源質(zhì)量,單只逆功率問題就導(dǎo)致國內(nèi)大部分岸電項目以失敗告終。

蘇州匯川技術(shù)有限公司依托多年的自動化行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗,對岸電行業(yè)所需變頻電源具有獨到的方案解決能力,HD90P系列高壓變頻電源為具有三相輸出獨立控制、逆功率智能控制技術(shù)的高可靠變頻電源。專為岸電行業(yè)設(shè)計,突破當(dāng)前岸電發(fā)展瓶頸,打破進口品牌壟斷,為我國環(huán)境保護事業(yè)與港口發(fā)展做出貢獻。

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