基于交直流复合电网的船舶岸电系统以及供电方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于交直流复合电网的船舶岸电系统以及供电方法,系统包括岸电管理系统、配电系统、直流母线排、移动式供电接船单元和固定式供电接船单元；岸电管理系统分别与配电系统、直流母线排、移动式供电接船单元和固定式供电接船单元通信连接；配电系统与直流母线排的一端连接；直流母线排的另一端分别与各个移动式供电接船单元和各个固定式供电接船单元连接。优点为：解决了现有的岸电系统中存在的诸多技术问题和难点，解决因船舶电网电压频率不同导致的供电电源不匹配问题，解决船电与岸电因供电制式不兼容而产生的问题，对不同类型船舶适应性强，容量扩展容易，码头布置方便，风能、太阳能、储能容易接入，功能扩展更加便利。

【技术实现步骤摘要】
基于交直流复合电网的船舶岸电系统以及供电方法
本专利技术属于船舶节能减排
，具体涉及一种基于交直流复合电网的船舶岸电系统以及供电方法。
技术介绍
随着全球气候不断变暖，有效控制温室气体排放，保护大气环境已引起全球的普遍关注。为促进低碳经济的发展，节能减排已成为国际社会的共同责任、高度关注的重点领域之一和基本国策。船舶运输是石油消费的重点行业，也是温室效应气体(GHG)和大气污染排放的重要来源之一。国际海事组织(IMO)相关报告显示，全球船舶排放的二氧化碳总量在2007年为10亿吨，占全球二氧化碳排放总量的3.3％。由于全球海上贸易量增加，如果控制措施不及时到位，预计在2050年将增长近5倍，占比可能会增至18％。因此，IMO、欧盟等采取了一系列控制船舶碳排放的措施。当前因世界经济增长缓慢、航运业运量过剩矛盾的双重影响，航运业面临着前所未有的持续低迷。燃料成本高、日渐走低的投资回报率、船舶运力过剩、港口和航线日渐严格的环保法规，IMO能效指数限制等等，都对船舶营运带来了诸多挑战，因此，船舶节能减排及绿色能源开发利用是缓解能源环境压力的必然选择之一。目前的船舶节能减排措施分为技术措施和营运措施等。其中，技术措施包括改进船舶设计、提高发动机效率、供应岸电、利用替代燃料等。营运措施包括减小船体粗糙度、加强日常管理维护、采用经济航速等。例如，船公司普遍采用船岸一体化燃油消耗监控平台，将船舶每日能耗、船存油量、每日航行距离、距目的港距离、船舶吃水、海况、装载量等相关参数定时报告公司，公司在确保班期的情况下合理降低航速、减少船舶锚泊待航时间，合理安排加油港口，依靠管理实现节能减排的目标。其中，靠港船舶使用岸上电源系统供电，已成为减少港口环境污染问题的一项重要技术。具体的，若船舶靠港期间利用船舶柴油发电机组为全船供电，将排放氮氧化物(NOX)、硫氧化物(SOX)、颗粒物(PM)、挥发性有机化合物(VOC)等污染物和废热，对港口环境及水域造成很大的污染，同时辅机发电产生较大的噪音，严重影响附近居民及船员的工作和生活。若船舶停泊码头期间不使用辅机而用岸上电源为全船供电，则船舶靠港将没有污染物排放。港区提供船用岸电电源，对保护港区、市区的环境意义重大，也为“绿色港口”建设和发展做出巨大贡献。岸电电源对于船方来讲，靠港后使用岸电可降30％的低燃油消耗成本，其经济效益显著。目前，已出台以下与船舶岸电相关的政策及法规：美国加州是率先颁布限制船舶污染排放的法律的国家。加利福利亚州于2009年生效对船舶减排的法规，法规要求自2014年1月1日起50％的船舶使用岸电并每年依次递增，到2020年1月1日达到80％的船舶使用岸电目标。目前美国加州对船用岸电做了强制性规定。欧洲许多国家也出台了鼓励船舶采用岸电的措施。欧盟2006年建议港口提供船舶岸电或含硫0.1％的燃油，《EUDirective2005/33/EC—2010》法令规定从2010年开始船舶在靠港以及在内河流域船舶建议使用船舶岸电。2012年，国际电工委员会、国际标准化组织、电气和电子工程协会3家联合发布了国际标准IEC/ISO/IEEE80005-1，即《在港设施第一部分：高压岸电系统一般要求》。随着岸电技术应用与日俱增，交通运输部也组织制定了相关的标准规范：2012年7月4日，交通部颁布并实施的《码头船舶岸电设施建设技术规范JTS155—2012》和《港口船舶岸基供电系统技术条件JT/T814—2012》，其主要是针对船舶岸电系统的岸基部分进行的一般性的规定，并提出“新建集装箱码头、干散货码头、邮轮码头和客滚轮码头，应在工程项目规划、设计和建设中包含码头船舶岸电设施内容”的强制要求。2012年7月，交通运输部发布了JT/T815—2012《港口船舶岸基供电系统操作技术规程》，尝试对船舶岸电系统日常运营管理从工作流程和应履行的手续等方面进行了规定。2011年5月，中国船级社发布了《船舶高压岸电系统检验原则》。该原则为现阶段国内船舶安装岸电系统入级检测提供依据，并为国内船舶岸电的设计、产品制造、建造改造提供船基设施标准，为安装上船的高压岸电设备检验和发证。交通运输部印发的《珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区实施方案》自2016年1月1日起实施，在排放控制区作业的船舶可采取连接岸电、使用清洁能源、尾气后处理等与排放控制要求等效的替代措施。船舶岸电在国内使用的典型案例包括：宁波港第一期33个岸电点于2010年6月建成投产，试验期间自有靠岸船舶共接岸电33艘次，累计供电时间211.8小时，用电5820千瓦时。据测算，这些船舶使用高含硫量燃料油发电，需要消耗燃油3374.6公斤，成本21600元。使用岸电为这些船舶节约成本15700元，节支率达73％。宁波港第二期23个岸电点于2013年建成投产，泊靠宁波港的船舶在使用岸电供电后，节约燃油成本340万元。极大改善了港区试验点的空气质量，同时减少了船舶的振动和噪音污染，船员生活质量得以显著改善。宁波港已建成接岸电点58个，年接岸电船次超5000艘次。据测算，泊靠宁波港的船舶在使用岸电后，每年可减排二氧化碳、硫氧化物800多吨，减排量90％以上，使用岸电是节能减排的必然选择。国华宁海电厂选择试点高压船舶岸电技改，研制“一键并网”技术，实现船舶电源“不停电切换”。已累计建设高压岸电点5个，每年接电船舶279艘次，节约燃油成本536万元，减少二氧化碳、硫氧化物等污染物排放近28.66吨。2011年连云港“高压变频数字化船用岸电系统研发与应用”669万元。2010.10.24“中韩之星”“变压变频、高压上船、不间断供电和自动控制”；2011.9.24日“富强中国”整套接用具有“高压变频、高压传输、不间断供电、船岸自动转移负荷”岸电技术。连云港每年靠港船舶8000多艘，一半以上使用岸电CO2减少12万T/Y，硫化物2千吨，氮氧化物3千吨；靠港船舶在国内全部使用岸电，每年CO2减少917万吨，相当于180万人一年的排放量；SO2减少12.6万吨，相当于720万人一年的排放量；NOX减少19.5万吨。可见，大力发展船舶岸电系统，具有重要的现实意义。现有的船舶岸电系统主要由3部分组成：岸上供电系统、船岸交互系统、船舶受电系统和电源变换装置。目前，我国船舶受电系统采用的电网频率大多为60Hz，而港口岸上供电系统所采用的岸电电网频率为50Hz。因此，通过电源变换装置将岸电电网380V/50Hz交流电变换成适合于船舶的440V/60Hz交流电，并且能够实现50Hz/60Hz双频供电。过去常采用的50-60Hz电源变换装置为发电机组式(或称旋转式)，即采用两台同步电机，如一台10极同步电动机驱动一台12极同步发电机，这样可将电网的某个电压等级50Hz电源的供电转换为440V/60Hz的供电。与常规的发电机组式60Hz电源相比，60Hz电子静止式岸电电源由于效率高、噪声小、电气性能指标好等优点而备受人们关注。60Hz电子静止式岸电电源的组成是，变频器(负责将50Hz变换为60Hz)、正弦波滤波器(将变频器输出的方波变换为正弦波)、输出隔离变压器(电压隔离、电压变换)。另外，船舶配电电压包括高压配电和低压配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于交直流复合电网的船舶岸电系统，其特征在于，包括岸电管理系统、配电系统、直流母线排、至少一个移动式供电接船单元和至少一个固定式供电接船单元；其中，所述岸电管理系统分别与所述配电系统、所述直流母线排、所述移动式供电接船单元和所述固定式供电接船单元通信连接；所述配电系统与所述直流母线排的一端连接；所述直流母线排的另一端分别与各个所述移动式供电接船单元和各个所述固定式供电接船单元连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于交直流复合电网的船舶岸电系统，其特征在于，包括岸电管理系统、配电系统、直流母线排、至少一个移动式供电接船单元和至少一个固定式供电接船单元；其中，所述岸电管理系统分别与所述配电系统、所述直流母线排、所述移动式供电接船单元和所述固定式供电接船单元通信连接；所述配电系统与所述直流母线排的一端连接；所述直流母线排的另一端分别与各个所述移动式供电接船单元和各个所述固定式供电接船单元连接。2.根据权利要求1所述的基于交直流复合电网的船舶岸电系统，其特征在于，所述配电系统包括若干个配电单元；每个所述配电单元均包括：三相可调变压器、独立的Y形侧可控AC/DC整流器、独立的△形侧可控AC/DC整流器、独立的Y形侧空气断路器、独立的△形侧空气断路器；所述三相可调变压器为Y-Y-△型变压器，其原边为Y形，用于与一个分布在码头区域内的供电设备连接；其副边包括Y形三相绕组和△形三相绕组，所述Y形三相绕组依次通过所述Y形侧可控AC/DC整流器和所述Y形侧空气断路器后，连接到所述直流母线排；所述△形三相绕组依次通过所述△形侧可控AC/DC整流器和所述△形侧空气断路器后，连接到所述直流母线排；此外，所述Y形侧可控AC/DC整流器和所述△形侧可控AC/DC整流器均连接到所述岸电管理系统。3.根据权利要求2所述的基于交直流复合电网的船舶岸电系统，其特征在于，所述三相可调变压器的原边用于与一个分布在码头区域内的供电设备连接，所述三相可调变压器的副边用于直接与自带岸电系统的船舶供电插头连接。4.根据权利要求2所述的基于交直流复合电网的船舶岸电系统，其特征在于，所述配电系统还包括绿色能源配电单元；所述绿色能源配电单元包括风力发电系统、光伏发电系统和蓄电池储能系统；所述风力发电系统、所述光伏发电系统和所述蓄电池储能系统并联到所述直流母线排；所述风力发电系统包括风力发电机组、独立的第1可控AC/DC整流器、独立的第1空气断路器以及风力发电控制器；所述风力发电机组和所述第1可控AC/DC整流器串联后，通过所述第1空气断路器连接到所述直流母线排；另外，所述风力发电控制器分别与所述风力发电机组和独立的第1可控AC/DC整流器连接；所述光伏发电系统包括光伏发电组件、第1可控DC/DC斩波器、独立的第2空气断路器以及光伏发电控制器；所述光伏发电组件和所述第1可控DC/DC斩波器串联后，通过所述第2空气断路器连接到所述直流母线排；另外，所述光伏发电控制器分别与所述光伏发电组件和第1可控DC/DC斩波器连接；所述蓄电池储能系统包括蓄电池组、双向可控DC/DC斩波器、独立的第3空气断路器以及储能控制器；所述蓄电池组和所述双向可控DC/DC斩波器串联后，通过所述第3空气断路器连接到所述直流母线排；另外，所述储能控制器分别与所述蓄电池组和双向可控DC/DC斩波器连接；此外，所述风力发电控制器、所述光伏发电控制器以及所述储能控制器均连接到所述岸电管理系统。5.根据权利要求1所述的基于交直流复合电网的船舶岸电系统，其特征在于，所述移动式供电接船单元包括至少一个移动式低压供电接船单元、至少一个移动式中压供电接船单元以及至少一个移动式高压供电接船单元；所述移动式低压供电接船单元包括第1低压交流并网变流器DC/AC、第4空气断路器和第5空气断路器；所述第1低压交流并网变流器DC/AC的直流侧通过所述第4空气断路器安装到已预留在直流母线排的DC/AC交流并网变流器接口上，从而实现第1低压交流并网变流器DC/AC的直流侧与直流母线排通电的效果；所述第1低压交流并网变流器DC/AC的交流侧通过所述第5空气断路器与低电船舶的用电接口连接；所述移动式中压供电接船单元包括：第2低压交流并网变流器DC/AC、第1升压变压器、第6空气断路器和第1真空自动断路器；所述第2低压交流并网变流器DC/AC的直流侧通过所述第6空气断路器安装到已预留在直流母线排的DC/AC交流并网变流器接口上；所述第2低压交流并网变流器DC/AC的交流侧依次通过所述第1升压变压器和所述第1真空自动断路器后，与中压船舶的用电接口连接；所述移动式高压供电接船单元包括第3低压交流并网变流器DC/AC、第2升压变压器、第7空气断路器和第2真空自动断路器；所述第3低压交流并网变流器DC/AC的直流侧通过所述第7空气断路器安装到已预留在直流母线排的DC/AC交流并网变流器接口上；所述第3低压交流并网变流器DC/AC的交流侧依次通过所述第2升压变压器和所述第2真空自动断路器后，与高压船舶的用电接口连接；另外，所述第1低压交流并网变流器DC/AC、所述第2低压交流并网变流器DC/AC和所述第3低压交流并网变流器DC/AC均连接到所述岸电管理系统。6.根据权利要求1所述的基于交直流复合电网的船舶岸电系统，其特征在于，所述固定式供电接船单元包括交流母线排、若干个交流并网变流器DC/AC以及若干个输电支路；各个所述交流并网变流器DC/AC的直流侧分别通过独立的空气断路器连接到所述直流母线排的输出端；各个所述交流并网变流器DC/AC的交流侧分别通过独立的空气断路器连接到所述交流母线排的输入端；所述交流母线排的输出端并联有若干个输电支路，每个所述输电支路上均安装有一个独立的空气断路器；每个所述输电支路用于连接到一个船船的用电接口；另外，各个所述交流并网变流器DC/AC和所述交流母线排均连接到所述岸电管理系统。7.根据权利要求6所述的基于交直流复合电网的船舶岸电系统，其特征在于，还包括：若干个所述固定式供电接船单元的交流母线排之间通过隔离开关串联；所述交流母线排敷设在码头地下电缆沟的单独走线槽内；所述直流母线排同样敷设在码头地下电缆沟的单独走线槽内；并且，所述直流母线排由若干个通过隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桂臣，臧绪运，
申请(专利权)人：上海冠图电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31