1、毕业论文文献综述轮机工程港口岸基船用供电技术研究一、研究的目的及意义随着港口建设步伐的加快，越来越多的船舶停靠港口。由于我国电网采用的频率和电压分别50HZ和380V，而国际上较大部分船舶供电采用的是60HZ频率和440V电压，如果直接将50HZ的电源接入船舶设备，会使设备的整体效率下降30【1】。但是如果是船舶自己发电或采用岸上发电机组提供60HZ电源，都会对港口的水域和空气带来严重污染，而且噪音大、发电效率低、维护成本高。据统计，港口城市由于停靠船舶油料发电产生废气污染比其他城市平均多25【2】。若采用由港口向停港船舶供电的方式，即港口岸电技术，可以在一定程度上减少停港船舶油料发电所产生的
2、港口废气污染和噪音污染。为此，采用合理的岸电变频、变压供电技术并进行谐波抑制，和对岸电供电变频系统设备的合理布置，对节能减排、建设绿色港口有着非常积极的意义。二、目前国内外的研究现状袁庆林【1】等研究人员在港口船舶岸电供电技术的研究与应用一文中提出了一种新型的岸基供电技术变频电源。这种变频电源技术上采用通用变频器作为整流和逆变单元、通过隔离变压器升压，能有效地将我国港口380V、50HZ交流电网变换城适合外国船舶的440V、60HZ交流电。在实际应用中他们把一个完整的变频电源装置主要分成5部分，即输入进线开关柜、变频器柜包括整流和逆变单元、输出隔离变压器柜、正弦波滤波器和输出开关柜。除变频器外
3、，其他部件都采用无源器件，具有极高的可靠性和稳定性。另外包起帆【2】在上海港岸基船舶供电系统研究与实践一文中描述的一种移动式岸基船用变频变压供电系统在上海港外高桥二期码头首次为中海集运“新福州”轮提供岸电。这种系统利用集装箱码头前沿为桥吊运行配备的10KV/50HZ/2000KVA的高压电源经过变压和变频为靠港船舶提供450V/60HZ电源，方案灵活性强、节能减排效果明显且无需对码头进行土木改造，适合我国作业繁忙的码头。国外大多数港口都是60HZ电网直接向船舶供电，不怎么设计变频技术。国际上现存的岸电方式大体上包括【2】1）低压岸电/低压船舶/60HZ直接供电方式如洛杉矶港采用趸船式的供电装置
4、，给少量集装箱班轮供电；2）高压岸电/低压船舶/50HZ直接供电方式如哥德堡港采用了码头固定式的供电装置，给邮轮和滚装船供电；3高压岸电/高压船舶/60HZ直接供电方式如长滩港集装箱码头、洛杉矶港部分集装箱码头。所以对于我国的普通电网频率和电压分别为50HZ和380V而言，在为停靠在港口的60HZ频率和440V电压船舶供电时，考虑到采用岸电发电机组提供60HZ电源或船舶自己发电时给港口带来的严重空气和噪音污染，并且使输出电压的波形稳定和纯净，必须采用合理的岸电变频、变压供电技术并进行谐波抑制。而且像我国大多数集装箱码头前沿为桥吊运行均配备了10KV/50HZ/2000KVA的高压电箱，这些电源
5、可提供功率不超过1646KW（2000KVA09092101646KW，其中功率因素取09，变频变压电源装置的综合效率取092）的用电需求【2】。因此，可选用码头富余的高压电箱，无需对现有的集装箱码头进行改造，便于推广应用。根据港口船舶供电的实际情况，基于PWM法交直交逆变技术的大容量岸电变频电源的研制较为广泛。目前由周金博【3】等人在大功率岸电电源的研制中设计的的大型岸电电源分为功率变换电路和控制电路两大部分。功率变换电路主要实现能量转换。逆变器选用IGBT为开关元件，为提高电压利用率，采用空间矢量调制方式进行控制，将平稳直流变换为PWM输出交流，该交流基波频率为所需电源输出频率。控制电路主
6、要根据对主电路输入和输出量的检测来实现对主电路的控制和各种保护。通过对输出三相电压和电流的检测，得到三相输出电压和电流值，然后与给定基准正弦波信号比较，通过控制器产生控制信号来控制逆变器中的开关管动作，使逆变器输出电压跟踪基准正弦波信号，从而得到期望的三相恒压恒频的交流信号。控制器采用双闭环控制，可使逆变器具有较好的输出电压波形、动态响应特性和稳态调压精度。这种大功率岸电电源性能测试和港口现场测试结果均表明，样机能够满足设计要求，可广泛用在我国船厂和具有冷藏集装箱的港口和码头等需要60HZ供电的场合。由于越来越多的船舶将停靠在我国的各大港口，这种大容量的岸电电源的研制意义重大。由于非线性负载的
7、存在而产生电力谐波。谐波会增加电力设施负荷，降低系统功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率；引起无功补偿电容器谐振和谐波放大，导致电容器因过电流或过电压而损坏或无法投入运行等等。谐波治理措施主要有三种一是主动治理，即从谐波源本身出发，通过改进用电设备，使其不产生或少产生谐波二是受端治理，即从受到谐波影响的设备或系统出发，提高它们抗谐波千扰能力三是被动治理，即通过安装电力滤波器，阻止谐波源产生的谐波注入电网，或者阻止电力系统的谐波流人负载端【7】。由于谐波源的广泛性和复杂性，主动治理方法受设备结构、效率、成本、可靠性等因素影响，只能解决部分问题，受端治理方法和被动治理方法仍是目前治理
8、电力谐波问题的主要方法。例如通过串联失谐电抗器抑制无功补偿电容器导致的谐波共振放大，通过在系统中安装无源电力滤波器和有源电力滤波器进行滤波等等。方柳【8】等研究人员在整流装置谐波抑制方法一文中指出有源滤波技术和PWM技术的发展受检测技术、控制技术和开关器件的制约较大,其控制复杂、价格昂贵。无源滤波器由电容、电感,有时候还包括电阻组成。滤波器对整流装置谐波的抑制主要是通过改变电网的阻抗频率特性实现的。因此,滤波器安装处系统的阻抗频率特性对滤波器的滤波效果会产生很大的影响,这是无源滤波器的一大缺点。因此将各种治理谐波的方法结合使用，采用结构简单、安全可靠成本低的抑制措施是必要的。例如袁庆林【1】等
9、研究人员在港口船舶岸电供电技术的研究与应用中采用输入侧接入EMI滤波器，输入侧还接入交流限流电抗器，变频电源设计为12脉冲整流，变频电源输出侧采用无源正弦滤波器，在正弦滤波器还不能达到很理想的效果的情况下，需要分析谐波来源、负载情况、周边用电的环境以及各次谐波的比例和含量，分开滤波的措施，较理想的对谐波的危害起到了抑制作用。三、岸基船用供电技术在我国的发展趋势我国的岸电变频技术的采用和推广还刚刚开始。我认为开发合理的大功率变频电源并进行有效地谐波抑制仍是重点，另外对有为桥吊运行配备高压电箱的集装箱码头，可选用码头富余的高压电箱进行变频变压，无需对现有的集装箱码头进行改造。虽然在实用经济性方面还
10、存在很大的提升空间，但是基于节能减排和建设绿色港口的需要，岸基供电技术的发展和推广是必要的趋势。参考文献1袁庆林，黄细霞，张海龙港口船舶岸电供电技术的研究与应用J上海造船，2010（2）35372包起帆上海港岸基船舶供电系统研究与实践J上海节能，2010（7）493周金博，章国宝大功率岸电电源的研制J电力电子技术2010（4）93944王浚龙,关于用大功率变频变压电源作为船舶岸电电站的研究和应用,中国修船，2006S10016035林晓宇张小敏,基于DDS技术变频电源的研制,电力电子，2004年第12期6郑诗程,周谦之,武卫华,曹小虎,朱虹,一种新颖的单相交交变频原理研究及实现,高电压技术,2
11、009102503067李建明,电力谐波抑制与无源电力滤波技术,谐波治理，200902一0021一088方柳,何伊妮,阳丽,整流装置谐波抑制方法,电器开关，2010030005039王正潘高强,三相SPWM逆变电源输出电压的谐波抑制综合方法,电气技术，2010年第1期10周振南,船舶连接岸电系统简介,船舶电气，20070200640311MDNURUNNABIMOLLAH,NEMAICKARMAKAR,JEFFREYSFUC,UNIFORMCIRCULARPHOTONICBANDGAPSTRUCTURESPBGSSFORHARMONICSUPPRESSIONOFABANDPASSFILTER，200871772412ALERICHTER,MARTINPUSTKA,PAVELRYDLO,MILANKOLR,ULTRASONICPIEZOCERAMICMOTORTHECOMPUTATIONOFTRAVELINGWAVEVELOCITYONTHESTATORSURFACEANDEXCITATIONBYPWMMODULATIONWITHHIGHERHARMONICSUPPRESSION,200418571861
