CN203883472U - 一种具有新型滤波功能的船舶岸电装置 - Google Patents

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胡世琳
郭佳贺
王明旭
周磊
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Abstract

本实用新型公开了一种具有新型滤波功能的船舶岸电装置，包括：移相变压器、功率单元、混合型滤波装置和接线箱，混合型滤波装置包括有源滤波器和无源滤波器，且有源滤波器通过电抗器与无源滤波器相连；移相变压器的一次侧与外部的母线相连，移相变压器的二次侧依次通过功率单元、混合型滤波装置与接线箱相连。该具有新型滤波功能的船舶岸电装置既克服了单独使用联有源滤波装置和无源滤波装置的不足，又可以有效降低并联有源滤波装置的成本和容量；同时可以有效降低高压变频器对电网的谐波污染，并实现降压隔离。

Description

一种具有新型滤波功能的船舶岸电装置
技术领域
本实用新型涉及电力技术用电领域，特别涉及一种属于船舶岸基供电电源的具有新型滤波功能的船舶岸电装置。
背景技术
大型船舶特别是油船和集装箱船靠港时通常采用燃油制品(多为重油和柴油)发电，来满足船舶用电需求。重油和柴油等燃油制品在燃烧过程中产生大量硫化物和氮氧化物，对周围环境造成严重污染，污染后通过气流作用可以传播到数百公里以外的地区。而且国内外很多港区都集中在市区，到港船舶停靠港口产生污染与中心城区环境保护的矛盾已经越来越突出。如果采用陆地电网对靠港船舶供电，对于保护港区环境、建设清洁宜人的绿色港口，无疑具有十分重要的意义。
由于我国港口码头供电系统电网频率为50Hz，而国内外很多大型轮船均采用60Hz的船舶电器，如果采用陆地电网供电，港口和船舶供电电制的不同势必对船舶电气设备造成严重影响。
全球石油资源日渐枯竭，石油价格一路飙升，船舶发电成本也在一直增长，采用岸电技术不但可以减少环境污染，同时可以为船舶发电降低成本，为港口增加效益。岸电技术的运用可以达到节能、减排、降噪的效果，可以创造很高的经济效益，因此在今后一个时期船舶岸电技术将得到快速的发展，众多的港口将配置船舶岸电设施。
目前，世界上利用岸电为船舶供电的港口，都是港口电网向船舶电网同频率直接供电，主要包括低压供电和高压供电两种方式，其中低压供电占岸电的90％以上。由于我国港口码头供电系统电网频率为50Hz，而国内外很多大型轮船均采用60Hz的船舶电器，不能直接使用50Hz的交流电，为此需要调频，将电网频率调整为60hz，再向船舶供电。且我国船舶岸电系统电网接入项目较少，技术经验还较为欠缺，没有太多可以参考的案例。
随着电力电子技术的不断发展，变频装置越来越多地应用在船舶岸电系统中，由此引发的船舶岸电谐波污染问题日显突出，促使工程技术人员高度关注船舶岸电滤波技术及其应用的研究。
对于大型船舶而言，船上各种电气设备对负荷需求较大，以3000KV为例，为满足陆地电网对靠港船舶的供电需求，有人提出了一种低压大功率岸电电源方案，其原理是把电网三相50Hz的高压电先采用变压器降压为380v/50Hz,然后输入低压岸电电源，经低压逆变系统整流逆变为60Hz输出，然后再经电力变压器升压至高压60Hz后，给靠港船舶供电。这种低压岸电技术存在着下述缺点：
1.在低压岸电技术中，大功率逆变电源都采用小功率逆变电源模块并联的方式实现，对于容量高达数兆瓦的岸电电源而言，要求并联的逆变模块众多，任何一个模块的故障，都使得岸电电源必须降额使用，甚至停机。而且因为船舶负载的复杂性，经常需要带大功率电机直接启动，对电源冲击性强，因此，低压逆变方案可靠性大大降低；
2.低压岸电电源技术中，电源输入侧需要降压变压器降压，逆变后需要正弦波滤波，最后还要经过升压变压器升压后才能得到高电压，而升、降压变压器一般采用电力变压器，其效率最高为95％，正弦波滤波器效率90％，使得电源整机效率最高为85％，大大降低了系统效率；
3.低压逆变技术一般采用6脉冲整流，输入功率因数低，对电网将形成较大污染；
4.低压岸电技术中，对于容量高达数兆瓦的岸电电源来说，其额定输入电流为数千安培，给输入输出侧配电设计带来了很多困难。
船舶岸电传统的滤波方法是采用基于谐振原理的无源滤波器(LC powerfilter)，它只能滤除设定次数的谐波，且易与电网产生串、并联谐振。有源滤波器(Active power filter,APF)能动态治理各次谐波，具有无源滤波装置所不具备的巨大技术优势，但是单一的并联有源滤波器其成本较高，功率损耗较大。
实用新型内容
本实用新型的目的是公开一种具有新型滤波功能的船舶岸电装置，用于克服传统船舶岸电易与电网产生谐振、功率损耗大的缺陷。
本实用新型实施例公开的一种具有新型滤波功能的船舶岸电装置，包括：移相变压器、功率单元、混合型滤波装置和接线箱，混合型滤波装置包括有源滤波器和无源滤波器，且有源滤波器通过电抗器与无源滤波器相连；移相变压器的一次侧与外部的母线相连，移相变压器的二次侧依次通过功率单元、混合型滤波装置与接线箱相连。
在上述技术方案中，无源滤波器包括：多组不同调谐频率的单调谐滤波器和高通滤波器。
在上述技术方案中，有源滤波器为并联型有源滤波器。
在上述技术方案中，还包括：电缆绞车、降压变压器和并网柜；降压变压器的一次侧通过电缆绞车与接线箱相连，降压变压器的二次侧与并网柜相连。
在上述技术方案中，接线箱通过航空插头与电缆绞车相连。
在上述技术方案中，功率单元包括整流器和逆变器；逆变器采用独立电源。
在上述技术方案中，接线箱的输出为6.6kV/60Hz或6kV/50Hz。
在上述技术方案中，移相变压器为多绕组移相变压器。
本实用新型实施例提供的一种具有新型滤波功能的船舶岸电装置，通过移相变压器可以有效降低高压变频器对电网的谐波污染，不会对电网造成超过国家标准的谐波干扰，并实现降压隔离；逆变器的控制电源采用独立于高压之外的低压不间断供电技术，增强了系统的高压主回路与控制器光纤通讯，抗干扰能力强，安全可靠；采用混合型滤波装置既克服了单独使用联有源滤波装置和无源滤波装置的不足，又可以有效降低并联有源滤波装置的成本和容量，具有良好的性价比。
附图说明
图1是本实用新型实施例中船舶用电装置的第一结构图；
图2是本实用新型实施例中混合型滤波装置的拓扑结构图；
图3是本实用新型实施例中功率单元的电路示意图；
图4是本实用新型实施例中船舶用电装置的第二结构图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
本实用新型实施例提供的一种具有新型滤波功能的船舶岸电装置，参见图1所示，包括：移相变压器10、功率单元20、混合型滤波装置30和接线箱40；其中，移相变压器10的一次侧与外部的母线相连，移相变压器10的二次侧依次通过功率单元20、混合型滤波装置30与接线箱40相连。该外部的母线具体为陆上变电站的10kV母线。移相变压器10、功率单元20和混合型滤波装置30组合成高压变频器。
具体的，参见图2所示，该混合型滤波装置30包括有源滤波器301和无源滤波器302，且有源滤波器301通过电抗器L1与无源滤波器302相连。其中，无源滤波器302包括N组不同调谐频率的单调谐滤波器和高通滤波器，承担主要的谐波抑制任务，N为需要抑制的谐波的总数；比如混合型滤波装置30需要抑制3、5、7、9次四种谐波，则N＝4；而有源滤波器301采用并联型有源滤波器，该并联型有源滤波器补偿剩余的谐波，可以有效的降低并联有源滤波器的容量，减少成本，改善整个系统的电能质量。采用混合型滤波装置30既克服了单独使用联有源滤波装置和无源滤波装置的不足，又可以有效降低并联有源滤波装置的成本和容量，具有良好的性价比。该混合型滤波装置30设置于变频器的输出侧、接线箱40的前端，与变频器集成在一起。
本实用新型实施例中，该移相变压器10采用多绕组移相变压器。移相变压器10的一次侧直接接入高压电网，二次侧有多个三相绕组。通过移相变压器，可以有效消除谐波(理论上可以消除6n-1次以下的谐波，n为单元级数)，使得输入电流波形接近正弦波，总的谐波失真低于3％，不会对电网造成超过国家标准的谐波干扰，有效降低高压变频器对电网的谐波污染，并实现降压隔离。
功率单元20包括整流器和逆变器，且该逆变器采用独立电源。功率单元20的电路示意图具体参见图3所示，功率单元20是由二极管整流桥、并联在直流母线上的大容量储能电容C、并联在这些电容C上的均压电阻R和H桥逆变器组成，其中，二极管整流桥由整流二极管T1-T6组成，H桥逆变器由绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)Q1-Q4组成。功率单元20用于实现频率变换，且通过功率单元20的串联实现高压(比如6.6KV)的输出；逆变器的控制电源采用独立于高压之外的低压不间断供电技术，增强了系统的高压主回路与控制器光纤通讯，抗干扰能力强，安全可靠。
优选的，参见图4所示，本实用新型实施例提供的一种具有新型滤波功能的船舶岸电装置还包括：电缆绞车50、降压变压器60和并网柜70；降压变压器60的一次侧通过电缆绞车50与接线箱40相连，降压变压器60的二次侧与并网柜70相连。具体的，接线箱40通过航空插头与电缆绞车50相连，方便连接或断开电路。
该具有新型滤波功能的船舶岸电装置的具体工作过程如下：船舶岸电装置的电源采用路上变电站提供的10kV/50Hz输入，经过移相变压器10和功率单元20的变频变压处理后、以及混合型滤波装置30的滤波处理后，输出6.6kV/60Hz或6kV/50Hz的交流电；该交流电经过电缆绞车50和降压变压器60后，降为低压电源，进而可以为船舶上的用电设备供电。其中，降压变压器60一般采用船载变压器(6.0KV/0.4kV)。该具有新型滤波功能的船舶岸电装置的输入功率因数接近于1，符合GB/T14549-2002及IEEE519-1992对电压、电流谐波失真严格的要求，不需要增加功率因数补偿设备。
本实用新型实施例提供的一种具有新型滤波功能的船舶岸电装置，通过移相变压器可以有效降低高压变频器对电网的谐波污染，不会对电网造成超过国家标准的谐波干扰，并实现降压隔离；逆变器的控制电源采用独立于高压之外的低压不间断供电技术，增强了系统的高压主回路与控制器光纤通讯，抗干扰能力强，安全可靠；采用混合型滤波装置既克服了单独使用联有源滤波装置和无源滤波装置的不足，又可以有效降低并联有源滤波装置的成本和容量，具有良好的性价比。
以上公开的仅为本实用新型的具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有新型滤波功能的船舶岸电装置，其特征在于，包括：移相变压器、功率单元、混合型滤波装置和接线箱，所述混合型滤波装置包括有源滤波器和无源滤波器，且所述有源滤波器通过电抗器与所述无源滤波器相连；
所述移相变压器的一次侧与外部的母线相连，所述移相变压器的二次侧依次通过所述功率单元、所述混合型滤波装置与所述接线箱相连。
2.根据权利要求1所述的船舶岸电装置，其特征在于，所述无源滤波器包括：N组不同调谐频率的单调谐滤波器和高通滤波器，N为需要抑制的谐波的总数。
3.根据权利要求1所述的船舶岸电装置，其特征在于，所述有源滤波器为并联型有源滤波器。
4.根据权利要求1或3所述的船舶岸电装置，其特征在于，还包括：电缆绞车、降压变压器和并网柜；
所述降压变压器的一次侧通过所述电缆绞车与所述接线箱相连，所述降压变压器的二次侧与所述并网柜相连。
5.根据权利要求4所述的船舶岸电装置，其特征在于，所述接线箱通过航空插头与所述电缆绞车相连。
6.根据权利要求1或3所述的船舶岸电装置，其特征在于，所述功率单元包括整流器和逆变器；
所述逆变器采用独立电源。
7.根据权利要求1或3所述的船舶岸电装置，其特征在于，所述接线箱的输出为6.6kV/60Hz或6kV/50Hz。
8.根据权利要求1或3所述的船舶岸电装置，其特征在于，移相变压器为多绕组移相变压器。
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