CN103107537B - 一种岸基供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种岸基供电系统，包括高压进线柜、进线变压器、变频电源进线柜、变频电源、变频电源出线柜、出线变压器、高压出线柜和前沿接电箱；所述高压进线柜的进线端与岸侧供电电网电性连接；高压进线柜、进线变压器、变频电源进线柜、变频电源、变频电源出线柜、出线变压器、高压出线柜和前沿接电箱依次电性连接；前沿接电箱的出线端与船舶电网电性连接；所述变频电源，用于将50HZ的电网频率转换为0到60HZ的可调频率，包括多路变频单元电路，每个变频单元电路包括串联连接的AC-DC整流桥电路和DC-AC逆变桥电路，多路变频单元电路并联设置且互为冗余。该岸基供电系统，有效地降低了供电中断的概率。

Description

一种岸基供电系统

技术领域

本发明涉及岸基供电技术领域，尤其是涉及一种岸基供电系统。

背景技术

大多数船舶采用燃油发电机组作为电力来源，船舶在靠港停泊后，船上辅助燃油发电机继续运转，继续为船舶负荷供电。而燃油在其能量转换过程中会产生较多的有害气体和燃烧颗粒物，而这些排放物会对环境造成污染，影响空气质量、并产生大量的噪音。

因此，为向船舶提供电力，港口需要设置岸基供配电系统。而现有的港口岸基供配电系统一般包括：高压进线柜、串级结构变频电源、正选波滤波器、高压出线柜和接电箱。而串级结构变频电源的一个单元故障时，系统必须停机维修，造成供电中断。

综上所述，现有技术中的岸基供电系统，存在变频器的一个单元故障就会导致供电中断的技术问题。

发明内容

本发明提出了一种岸基供电系统，降低由于变频单元故障而导致供电中断的概率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种岸基供电系统，包括高压进线柜、进线变压器、变频电源进线柜、变频电源、变频电源出线柜、出线变压器、高压出线柜和前沿接电箱；所述高压进线柜的进线端与岸侧供电电网电性连接；所述高压进线柜、所述进线变压器、所述变频电源进线柜、所属变频电源、所述变频电源出线柜、所述出线变压器、所述高压出线柜和所述前沿接电箱依次电性连接；所述前沿接电箱的出线端与船舶电网电性连接；所述变频电源，用于将50HZ的电网频率转换为0到60HZ的可调频率，包括多路变频单元电路，每个变频单元电路包括串联连接的AC-DC整流桥电路和DC-AC逆变桥电路，多路变频单元电路并联设置且互为冗余。

其中，所述AC-DC整流桥电路和所述DC-AC整流桥电路均为IGBT整流桥电路。

其中，在所述变频电源进线柜和所述多路变频单元电路之间连接有接触器，所述接触器在所述计算机监控系统的控制下控制各变频单元电路的通断。

其中，还包括计算机监控系统，所述计算机监控系统包括交换机、人机界面系统和逻辑控制系统；

所述人机界面系统，用于接收用户的操作指令并显示所述岸基供电系统的运行信息；

所述人机界面系统通过所述交换机与所述逻辑控制系统电性连接。

其中，还包括自动并网电路；

所述自动并网电路集成于所述变频电源内，用于在所述计算机监控系统的控制下完成岸基供电系统与船舶供电系统的自动并网。

其中，所述人机界面系统包括两台监控计算机；两台所述监控计算机相互冗余。

其中，所述计算机监控系统还包括岸电信息管理系统，用于岸基供电系统的历史数据的存储和数据共享，与所述交换机电性连接；

所述岸电信息管理系统包括打印机和相互冗余的两台服务器。

其中，还包括用于对所述岸基供电系统进行视频监控的工业电视系统，所述工业电视系统与所述交换机连接；

所述工业电视系统包括摄像头、发送光端机、接受光端机、视频分配器、硬盘录像机、视频矩阵以及显示屏；所述摄像头、所述发送光端机、所述接受光端机以及所述视频分配器依次连接；所述硬盘录像机以及所述视频矩阵均与所述视频分配器连接；所述显示屏与所述视频矩阵连接。

其中，所述逻辑控制系统为可编程控器。

其中，还包括保护系统，所述保护系统，包括冗余保护、设备自身的欠压保护装置、短路保护装置、过载保护装置、过压保护装置、过流保护装置、接地保护装置和缺相保护装置。

可见，本发明至少具有如下的有益效果：

本发明的一种岸基供电系统，包括高压进线柜、进线变压器、变频电源进线柜、变频电源、变频电源出线柜、出线变压器、高压出线柜和前沿接电箱；所述变频电源，包括多路变频单元电路，每个变频单元电路包括串联连接的AC-DC整流桥电路和DC-AC逆变桥电路，多路变频单元电路并联设置且互为冗余，这样，当一个变频单元电路由于故障而无法工作时，则自动将其切除，其它变频单元继续供电，不会造成整个系统的供电中断；

进一步地，所述变频单元电路为IGBT整流桥电路，IGBT可实现有源整流，并且可保证网侧功率因数为1；

进一步地，本发明的岸基供电系统还设有自动并网电路，可实现船舶接入岸电时岸侧供电系统与船舶供电系统的自动并网；

进一步地，本发明的岸基供电系统还设有计算机监控系统和安全保护系统，对岸基供电系统进行数据管理和监控，并保护设备的正常运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的岸基供电系统的一个实施例的电气单线示意图；

图2为本发明的变频电源的一个实施例的模块示意图；

图3为AC-DC整流桥电路的示意图；

图4为DC-AC逆变桥电路的示意图；

图5为自动并网电路的模块示意图；

图6为本发明的岸基供电系统的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种岸基供电系统，参见图1所示，包括高压进线柜1、进线变压器2、变频电源进线柜3、变频电源4、变频电源出线柜5、出线变压器6、高压出线柜7和前沿接电箱8。

所述高压进线柜1的进线端与岸侧供电电网电性连接；所述高压进线柜1、所述进线变压器2、所述变频电源进线柜3、所述变频电源4、所述变频电源出线柜5、所述出线变压器6、所述高压出线柜7和所述前沿接电箱8依次电性连接且均与所述计算机监控系统电性连接；所述前沿接电箱8的出线端与船舶电网电性连接。

所述进线端，是以电能从岸侧流至船舶侧的方向为基准，靠近岸侧的一端为进线端，靠近船舶侧的一端为出线端。

供电电网接入高压进线柜1，通过电缆连接至进线变压器2；进线变压器2将电压调整至和变频电源4相匹配的进线电压，通过电缆与变频电源进线柜3连接；变频电源进线柜3对变频电源4的供电通断控制，对进线变压器2起到保护作用，通过电缆与变频电源4进线侧连接；变频电源4将电网频率调整为与供电船舶相一致的频率，根据指令调整功率输出，自动实现并网转移负载，超出负载阀值时保护停止供电，变频电源4出线侧通过电缆连接至变频电源出线柜5；变频电源出线柜5对变频电源4的输出进行通、断控制，对出线变压器6起到保护作用，通过电缆与出线变压器6连接；出线变压器6将变频电源4出线电压调整为与船舶相匹配的电压，并起到与船舶设备的电隔离作用，通过电缆连接至高压出线柜7；高压出线柜7控制岸电的末端通断，计量船舶的用电负荷，对船舶用电起到过载保护作用，通过电缆连接至前沿接电箱8；前沿接电箱8是岸侧电网与船舶电网的唯一连接装置，配置快速插拔装置便于岸电的快速连接和断开。

所述变频电源4，用于将50HZ的电网频率转换为0到60HZ的可调频率，包括多路变频单元电路，参见图2所示，每个变频单元电路包括串联连接的AC-DC整流桥电路和DC-AC逆变桥电路，多路变频单元电路并联设置且互为冗余。

优选地，所述多路变频单元电路互为后备冗余。

优选地，在本发明实施例中，所述AC-DC整流桥电路和所述DC-AC逆变桥电路均采用IGBT器件。

其中，所述AC-DC整流桥电路参见图3所示，DC-AC逆变桥电路参见图4所示。

现有技术中的串级结构变频电源4采用二极管整流，对电网谐波污染较大且仅能单向整流。而IGBT器件，可以实现双向有源整流，网侧功率因数可达到1，对电网没有无功损耗。

优选地，在所述变频电源进线柜3和所述多路变频单元电路之间连接有接触器，所述接触器在所述变频电源4主控板的控制下控制各变频单元电路的通断。

现有技术中的串级结构变频电源4内置降压变压器副边有18个绕组，结构较为复杂，故障率高，造价高，且串级结构变频电源4某单元故障时，系统必须停机维修，造成供电中断。而本发明的供电系统，由于采用变频单元并联结构，且各变频单元电路之间为相互冗余，这样某一路变频单元电路出现故障时，则变频电源4主控板即可将其切除，其他变频单元继续供电，不会造成系统供电中断。

除此之外，现有技术中的配电系统没有配置出线侧隔离变压器，无法有效防止负载侧的短路故障，不符合岸电标准。而本发明的进线变压器2和出线变压器6对岸基供电电网以及船舶电网均有隔离作用，可有效防止岸侧和负载侧的短路故障对岸电设备的损坏。

优选地，所述逻辑控制系统为可编程逻辑控制(Programmable LogicController，简称PLC)系统。

在本发明实施例中，该系统还包括自动并网电路，参见图5所示。

所述自动并网电路集成于所述变频电源4内，用于在所述计算机监控系统9的控制下完成岸基供电系统与船舶供电系统的自动并网。

该自动并网电路，包括与变频电源4的变频单元电性连接的主控模块和同步电压检测装置，变频单元的DC-AC逆变电路的U、V、W三相输出与输出接触器输入端连接，输出接触器输出端与船舶电网母线连接，同步电压检测装置的L1、L2、L3三相检测输入信号与发电机接触器输入端连接，发电机接触器的输出端与船舶电网的母线连接，发电机接触器和输出接触器受主控模块的控制在同步条件具备时选择二者其中的一个闭合与船舶电网母线连接。

在接入岸电过程中，逐级控制岸电开关将船侧电压引致岸侧变频电源4低压输出开关的出线端，设置在变频电源4内部的并网电路将自动检测低压输出开关上、下端的电压是否同步，如果不同步将自动调整变频电源4输出使之同步，同步瞬间控制开关闭合，完成自动并网。自动并网成功后，自动控制变频电源4加大输出实现船舶负载转移至岸侧电源。

岸基供电系统需要与船舶岸电系统连接成一个整体系统才能完成对船舶的岸基供电。因此需要岸侧、船侧的通讯和联锁控制，也就对岸基供电系统提出了需要配置控制系统的必然要求。同时，作为一个工业电力系统，为满足系统自动化操作、运行的要求，也必然需要配置相应的计算机监控系统。

现有技术中没有配置计算机监控系统，因此本岸基供电系统配置有计算机监控系统。参见图6所示。

该计算机监控系统包括：人机界面系统11、岸电信息管理系统13、工业电视系统10、船岸数据通讯系统和计量系统等，均与PLC控制系统14连接。

所述人机界面系统11，用于接收用户的操作指令并显示所述岸基供电系统的运行信息；所述人机界面系统11通过所述交换机12与所述PLC控制系统14电性连接。

所述人机界面系统11包括两台监控计算机；两台所述监控计算机相互冗余。

其中，人机界面系统11用于岸基供电系统的人员交互，操作人员可以在计算机界面上监视岸电系统的工作状态、故障报警，可以方便的对岸电系统进行操作、参数设置、报表打印等。设置一台操作员站、一台工程师站，系统装载监控软件。

所述岸电信息管理系统13，用于岸基供电系统的历史数据的存储和数据共享，与所述交换机12电性连接；所述岸电信息管理系统13包括打印机和相互冗余的两台服务器。

所述工业电视系统10用于对所述岸基供电系统进行视频监视，所述工业电视系统10与所述交换机12连接。在码头前沿和岸电变电站内设置工业电视监视系统，用于操作人员监视设备间和码头前沿的实际情况，对现场情况可以有更直接、更逼真的效果。该系统画面可以远传之港区监控中心。

所述工业电视系统10包括摄像头、发送光端机、接受光端机、视频分配器、硬盘录像机、视频矩阵以及显示屏；所述摄像头、所述发送光端机、所述接受光端机以及所述视频分配器依次连接；所述硬盘录像机以及所述视频矩阵均与所述视频分配器连接；所述显示屏与所述视频矩阵连接。

逻辑控制系统，采用PLC逻辑控制器为主要部件，由于岸基供配电系统设备比较多，彼此之间要求具有一定的逻辑关系，采用PLC系统进行逻辑编程控制，可以使岸电系统实现自动化控制和管理，可以满足现场无人值守。同时可以方便的与船舶岸电PLC进行通讯，通讯过程，由无线通讯装置9来完成，实现岸、船数据共享。

该计算机监控系统，还包括船岸数据通讯系统。当船舶靠岸后，岸侧需要知道船舶相应供电参数，才能输出与之相匹配的电制，在系统运行时船舶设备工作状态也需要告知岸侧，因此本岸电系统采用光纤通讯网络实现岸、船的通讯，网络的两端是岸侧、船侧PLC，PLC采集岸侧、船侧岸电设备数据，通过光纤网络相互传输，使岸、船成为一个整体，从而保证岸基供电系统安全、高效的运行。

该计算机监控系统，还包括计量系统。由于岸基供电系统是用于岸侧向船舶供应电力的，所以港口需要向船方收取电费，因此本岸基供电系统配置了电力计量系统。电力计量系统设置于岸电系统的进线高压柜和高压出现柜上。

由于岸基供电系统是用于船舶靠港期间的电力输送的，可靠性要求较高，而系统运行中一旦故障造成停止供电，将对船舶造成严重影响。因此本岸基供电系统考虑了相应的保护措施，主要包括：设备本体保护系统、系统冗余保护系统、信号联锁保护系统、操作规程保护系统。

其中，本岸基供电系统中，设置设备本体保护系统，即进、出线高、低压柜均具有欠压保护装置、短路保护装置、过载保护装置、过压保护装置、过流保护装置、接地保护装置和缺相保护装置，具有防止过压、欠压、过流、过载、缺相、短路、接地等功能。变频电源4具有以下保护功能：过压、欠压、过流、过温、缺项、短路、接地；进、出线变压器具有过温保护功能。

还设置系统冗余保护系统，变频电源4故障冗余保护、PLC双机冗余保护、网络冗余保护、服务器冗余保护、计算机人机界面冗余保护，以上冗余保护当运行机故障时可以自动切换至备用机，从而保证系统继续运行。

信号联锁保护系统，在各设备之间设有安全条件互锁保护，当某设备不具备运行条件时系统就不能投入运行。包括：进出线高压柜互锁信号、进出线低压柜互锁信号、变频电源4互锁信号、前沿插电箱手把开关互锁信号、岸侧高压出线柜7与船侧高压进线柜互锁信号、变频电源4与岸侧高压出线柜7互锁信号、紧急停车互锁信号、手动/自动互锁信号、岸操/船操互锁信号、通讯正常互锁信号、电缆正常互锁信号、环境条件(温度、湿度)互锁信号。

操作规程保护系统：本岸基供电系统为防止人工误操作造成故障，设有岸电操作规程，操作人员必须严格按照操作规程操作岸电，否则系统不予执行。

优选地，岸电系统可配置多个泊位的输出回路，能独立或同时向一个或多个泊位提供岸基供电，每个泊位能根据船舶电制要求输出相应匹配的电制。且根据船舶通讯信号，设定岸电系统保护阀值。

本发明采用上述技术方案，能够达到如下的技术效果：岸电电源设备具有故障时降容继续使用，不间断供电的功能；负载变化时，输出电压稳压率<2.5％。电压突变恢复到额定输出电压时间<0.1秒；输出电压总谐波畸变率THD<4％变频电源4装置IGBT可控整流桥，网侧功率因数可为1；具有单相输出供电功能；内置并网电路，可以实现岸侧、船侧双向并网转移负载；保护功能齐全：具有设备本体保护系统、系统冗余保护系统、信号联锁保护系统、操作规程保护系统；且提供计量功能：可对输出电源的频率、三相电压平均值、三相电流平均值、三相线(相)电压、三相线电流、三相不平衡度、有功功率、无功功率、功率因素等参数显示及计量，具有智能化信息管理系统，历史数据记录功能；具有计算机人机界面，便于操作和控制，具有工业电视监视系统，可适时监视现场。

本发明进出线变压器6采用普通电力变压器，结构简单、价格低廉、宜维护，变频电源4采用低压并联冗余结构，具有可靠性高、故障时可以自动切除故障单元，系统不会断电，可以继续降容使用；变频电源4采用可控四相限整流；系统配置出线隔离变压器，除了起到调节电压的作用，还可以起到电隔离的作用，在负载侧出现短路时可以对系统进行保护。同时可实现同步切换，针对岸基供电系统要求与船舶电网进行自动并网转移负载的工艺要求，本专利技术系统内置了同步并网电路，接到并网指令后，系统在不超过5秒的时间内即可自动完成并网，实现负载转移。配置了计算机监控系统，可以实现系统自动化运行及信息数字化管理，操作人员在控制室即可对全系统进行监视和控制；系统故障时可以直接将故障点显示于计算机界面上，方便故障的查询和处理，提高维护效率；系统运行数据可以记录存储，数据可以远端共享。配置综合保护系统，可以确保系统安全运行，防止人为误操作造成的故障和人身伤害。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种岸基供电系统，其特征在于，包括高压进线柜、进线变压器、变频电源进线柜、变频电源、变频电源出线柜、出线变压器、高压出线柜和前沿接电箱；其中，所述变压器为电力变压器；

所述高压进线柜的进线端与岸侧供电电网电性连接；

所述高压进线柜、所述进线变压器、所述变频电源进线柜、所属变频电源、所述变频电源出线柜、所述出线变压器、所述高压出线柜和所述前沿接电箱依次电性连接；所述前沿接电箱的出线端与船舶电网电性连接；

所述变频电源，用于将50HZ的电网频率转换为0到60HZ的可调频率，包括多路变频单元电路，每个变频单元电路包括串联连接的AC-DC整流桥电路和DC-AC逆变桥电路，多路变频单元电路并联设置且互为冗余；其中，变频电源采用可控四相限整流，且所述AC-DC整流桥电路和所述DC-AC逆变桥电路均采用IGBT器件；

其中，供电电网接入高压进线柜，通过电缆连接至进线变压器；进线变压器将电压调整至和变频电源相匹配的进线电压，通过电缆与变频电源进线柜连接；变频电源进线柜对变频电源的供电通断控制，对进线变压器起到保护作用，通过电缆与变频电源进线侧连接；变频电源将电网频率调整为与供电船舶相一致的频率，根据指令调整功率输出，自动实现并网转移负载，超出负载阀值时保护停止供电，变频电源出线侧通过电缆连接至变频电源出线柜；变频电源出线柜对变频电源的输出进行通、断控制，对出线变压器起到保护作用，通过电缆与出线变压器连接；出线变压器将变频电源出线电压调整为与船舶相匹配的电压，并起到与船舶设备的电隔离作用，通过电缆连接至高压出线柜；高压出线柜控制岸电的末端通断，计量船舶的用电负荷，对船舶用电起到过载保护作用，通过电缆连接至前沿接电箱；前沿接电箱是岸侧电网与船舶电网的唯一连接装置，配置快速插拔装置便于岸电的快速连接和断开。

2.根据权利要求1所述的岸基供电系统，其特征在于，所述AC-DC整流桥电路和所述DC-AC整流桥电路均为IGBT整流桥电路。

3.根据权利要求1所述的岸基供电系统，其特征在于，在所述变频电源进线柜和所述多路变频单元电路之间连接有接触器，所述接触器在计算机监控系统的控制下控制各变频单元电路的通断。

4.根据权利要求1所述的岸基供电系统，其特征在于，还包括计算机监控系统，所述计算机监控系统包括交换机、人机界面系统和逻辑控制系统；

所述人机界面系统，用于接收用户的操作指令并显示所述岸基供电系统的运行信息；

所述人机界面系统通过所述交换机与所述逻辑控制系统电性连接。

5.根据权利要求4所述的岸基供电系统，其特征在于，还包括自动并网电路；

所述自动并网电路集成于所述变频电源内，用于在所述计算机监控系统的控制下完成岸基供电系统与船舶供电系统的自动并网。

6.根据权利要求4所述的岸基供电系统，其特征在于，所述人机界面系统包括两台监控计算机；两台所述监控计算机相互冗余。

7.根据权利要求4所述的岸基供电系统，其特征在于，所述计算机监控系统还包括岸电信息管理系统，用于岸基供电系统的历史数据的存储和数据共享，与所述交换机电性连接；

所述岸电信息管理系统包括打印机和相互冗余的两台服务器。

8.根据权利要求5所述的岸基供电系统，其特征在于，还包括用于对所述岸基供电系统进行视频监控的工业电视系统，所述工业电视系统与所述交换机连接；

所述工业电视系统包括摄像头、发送光端机、接受光端机、视频分配器、硬盘录像机、视频矩阵以及显示屏；所述摄像头、所述发送光端机、所述接受光端机以及所述视频分配器依次连接；所述硬盘录像机以及所述视频矩阵均与所述视频分配器连接；所述显示屏与所述视频矩阵连接。

9.根据权利要求4-8任一项所述的岸基供电系统，其特征在于，所述逻辑控制系统为可编程控器。

10.根据权利要求1所述的岸基供电系统，其特征在于，还包括保护系统，所述保护系统，包括冗余保护、设备自身的欠压保护装置、短路保护装置、过载保护装置、过压保护装置、过流保护装置、接地保护装置和缺相保护装置。