摘要：本文通過希望森蘭高壓四象限水冷型船舶岸電電源系統(tǒng)在汕頭某碼頭上的實際應(yīng)用情況，介紹了該裝置的原理和工作性能，分析了該裝置的優(yōu)點和實際意義。該電源系統(tǒng)有效解決了船舶停靠碼頭期間港口環(huán)境污染問題，同時有效解決并網(wǎng)時逆功率問題，教常規(guī)岸電電源系統(tǒng)供電更可靠，具有雙向并網(wǎng)功能，能夠適應(yīng)多種船舶并網(wǎng)需求，降低船舶系統(tǒng)改造成本，是船舶岸電電源系統(tǒng)在高溫、高鹽霧使用環(huán)境下的全新散熱解決方案，具有良好的應(yīng)用前景。

1.船舶岸電電源系統(tǒng)方案介紹

船舶?？看a頭時，通過船上發(fā)電機系統(tǒng)給船上輔機系統(tǒng)供電，實現(xiàn)船舶停靠期間，船上輔機設(shè)備的正常供電，針對國際船舶，船上供電設(shè)備頻率一般為60Hz，電壓等級一般為6.6kV或460V，而國內(nèi)船舶，船上供電設(shè)備頻率一般為50Hz，電壓等級一般為6kV或400V。

為了響應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保要求，船舶靠港期間，需要逐漸停止船上柴油發(fā)電系統(tǒng)供電，而通過岸上電源給船上輔機設(shè)備供電。考慮到國內(nèi)電網(wǎng)頻率為50Hz，因此，無法直接給船上設(shè)備供電，需要通過岸上專用岸電電源系統(tǒng)將船上50Hz電源轉(zhuǎn)化為船舶能夠使用的60Hz電源，通過碼頭前沿接線箱，實現(xiàn)給船舶供電。

一般情況下，岸電電源系統(tǒng)采用普通兩象限或四象限方案，希望森蘭根據(jù)岸電電源對電源質(zhì)量要求高，以及碼頭高鹽霧、高腐蝕、潮濕的應(yīng)用環(huán)境，森蘭在行業(yè)內(nèi)首次推出了水冷型高壓四象限電源系統(tǒng)。

2.森蘭水冷型高壓四象限變頻電源系統(tǒng)介紹

希望森蘭水冷型VFPS系列岸電電源組成部分包括以下：電網(wǎng)、高壓配電站、岸電電源系統(tǒng)、碼頭接線箱、船上電纜卷盤、開關(guān)柜、并網(wǎng)柜、船上發(fā)電機組、水冷系統(tǒng)等，系統(tǒng)原理框及一次圖如下所示：

圖一 VFPS系統(tǒng)原理框圖

水冷型VFPS系列四象限高壓變頻電源系統(tǒng)是希望森蘭科技股份有限公司自主開發(fā)的新一代高性能、多功能單元串聯(lián)高壓變頻電源系統(tǒng)，具有高功率因數(shù)、高可靠性、高效率、低諧波含量、低損耗、易維護、占地少、密封性高，對環(huán)境適應(yīng)好等特點，是高壓直接輸入，逆變高壓直接輸出的“高－高”型四象限高壓變頻器，水冷型四象限高壓變頻器滿足各種工業(yè)應(yīng)用需求，特別適用在在環(huán)境惡劣，大功率密閉散熱，電源性能要求高的場合，使用后可大大降低能耗，改善生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，并可大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，延長設(shè)備的使用壽命，減少系統(tǒng)維護。

森蘭VFPS系列四象限高壓變頻器采用有源前端功率單元串聯(lián)技術(shù)，直接輸出3kV、6kV、10kV電壓，屬高-高電壓源型變頻器。由于采用功率單元串聯(lián)而非功率器件的直接串聯(lián)，因此解決了器件耐壓的問題。同時由于同相各級功率單元輸出SPWM信號通過移相后進行疊加，提高了輸出電壓諧波性能、降低輸出電壓的dv/dt；通過SPWM整流及電流多重化技術(shù)降低輸入側(cè)諧波，減小了對電網(wǎng)的諧波污染；主控制器采用最電機控制專用數(shù)字信號處理器（DSP）、超大規(guī)模集成電路可編程器件（CPLD和FPGA）為核心，配合數(shù)據(jù)采集、單元控制和光纖通信回路以及內(nèi)置的可編程邏輯控制器（PLC）構(gòu)成系統(tǒng)控制部分。

功率單元控制系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)輸入電壓，利用快速鎖相跟蹤技術(shù)得到電網(wǎng)電壓頻率、數(shù)值及相應(yīng)實時值，控制整流端IGBT的開通與關(guān)斷，使整流側(cè)電壓相位超前或滯后，實現(xiàn)能量回饋控制。功率單元內(nèi)部示意如下圖：

圖二 四象限功率單元結(jié)構(gòu)框架圖

森蘭水冷型岸電電源系統(tǒng)，采用內(nèi)置式純水冷循環(huán)冷卻系統(tǒng)，冷卻水在主循環(huán)泵的驅(qū)動下，供給功率單元水冷基板，將功率單元產(chǎn)生的熱量帶走，通過外循環(huán)將內(nèi)循環(huán)水進行冷卻降溫，進行熱量交換，形成一個密閉的變頻裝置循環(huán)冷卻系統(tǒng)。森蘭水冷型岸電電源系統(tǒng)安裝于密閉的集裝箱內(nèi)，變頻裝置與外界環(huán)境沒有空氣對流，全封閉空間能有效避免設(shè)備免受高鹽霧環(huán)境造成的腐蝕現(xiàn)象，冷卻水系統(tǒng)保證變頻岸電電源在高溫、高鹽霧環(huán)境下安全、可靠及平穩(wěn)運行。其水冷系統(tǒng)如下圖：

圖三 水冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

汕頭某碼頭于2019年配套1臺希望森蘭  VFPS-100-066-3150水冷型高壓四象限岸電電源系統(tǒng)，其主回路單線如下圖：

圖四 某項目岸電系統(tǒng)一次圖

3.森蘭水冷型VFPS系列高壓四象限岸電電源系統(tǒng)方案的特點

1. 一鍵啟動技術(shù)

VFPS系列岸電電源系統(tǒng)采用特有的控制技術(shù)。具有一鍵啟動功能，自動實現(xiàn)并網(wǎng)運行。人性化設(shè)計，系統(tǒng)自動化程度高，操作便捷。

2. 逆功率反抑制技術(shù)

在并網(wǎng)過程中因船用同期并網(wǎng)系統(tǒng)存在的檢查誤差，導(dǎo)致在并網(wǎng)過程中產(chǎn)生逆功率。VFPS系列岸電電源系統(tǒng)針對此類情況開發(fā)的逆功率反抑制技術(shù)能夠自動檢測逆功率并實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，從而避免逆功率對變頻電源系統(tǒng)的影響。

3. 無擾動同步并網(wǎng)技術(shù)

VFPS系列岸電電源系統(tǒng)自動調(diào)整輸出電壓，保證與船上電網(wǎng)電壓同頻、同相、同幅值。

4. 功率單元冗余技術(shù)

VFPS系列岸電電源系統(tǒng)的核心功率單元在設(shè)計、制造過程中嚴(yán)格按照冗余設(shè)計的理念充分保證岸電電源的可靠性。

5.AVR自動穩(wěn)壓技術(shù)

VFPS系列岸電電源系統(tǒng)具有自動穩(wěn)壓功能，當(dāng)輸入電網(wǎng)電壓發(fā)生波動或負(fù)載側(cè)發(fā)生突變時能夠保證輸出電壓不受影響。

6.多重保護技術(shù)

VFPS系列岸電電源系統(tǒng)具有完善的保護功能，充分保證人員安全、設(shè)備安全。

7. 內(nèi)置軟PLC技術(shù)

VFPS系列岸電電源系統(tǒng)具有內(nèi)置軟PLC技術(shù)，可根據(jù)用戶需要，定制控制程序。從而滿足更加復(fù)雜的工況應(yīng)用。模擬量、數(shù)字量端口可以根據(jù)用戶需要進行擴展。

8. 防涌流技術(shù)

VFPS系列岸電電源系統(tǒng)具備防涌流技術(shù)，能夠?qū)⑾到y(tǒng)上電電流控制在額定范圍內(nèi)，對系統(tǒng)電網(wǎng)無任何沖擊。同時也能保證岸電電源系統(tǒng)本身，提高系統(tǒng)使用壽命。

9.電力“五防”技術(shù)設(shè)計

VFPS系列岸電電源系統(tǒng)嚴(yán)格按照國家電力“五防”標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計、制造。針對港口使用的特殊環(huán)境，采用專門的防腐及安全聯(lián)鎖技術(shù)。

10.功率單元水冷設(shè)計

功率單元水冷設(shè)計可以有效帶走的船舶岸電電源工作產(chǎn)生的熱量，密閉的空間能有效避免受高鹽霧環(huán)境造成的腐蝕現(xiàn)象。

4.結(jié)語

希望森蘭推出了國內(nèi)首套高壓四象限水冷型岸電電源系統(tǒng)，不但解決了船舶停靠碼頭期間港口環(huán)境污染問題；亦能有效解決船舶并網(wǎng)時逆功率問題，較常規(guī)岸電電源系統(tǒng)供電更可靠，供電質(zhì)量更高；水冷系統(tǒng)是船舶岸電電源系統(tǒng)在高溫、高鹽霧使用環(huán)境下的全新散熱解決方案，具有雙向并網(wǎng)功能，能夠適應(yīng)多種船舶并網(wǎng)需求，降低船舶系統(tǒng)改造成本，只需增加一個并網(wǎng)開關(guān)即可滿足岸電并網(wǎng)需求。該方案具有良好的應(yīng)用前景，值得大力推廣。