TWI606358B - Line voltage drop estimation system for ship shore connection - Google Patents
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Description
本發明創作係關於一種估測系統，尤指一種船舶岸電連接之線路電壓降估測系統。
按，一般船舶(如貨櫃船、散裝船及郵輪)在靠港期間，為了滿足船舶的用電需求，常會使用劣質燃油來進行發電以降低成本。而這些劣質燃油在燃燒過後會大量排放出有毒物質(硫化物(SOx)、氮氧化物(NOx)及懸浮微粒(PM)等)，而對環境造成極大影響，不僅如此，發電機在運轉過程會產生大量噪音，亦對周遭生活品質產生影響。 為解決上述之問題，目前已有人提出利用發電廠所提供的電源來讓船舶於靠港時使用，此種手段稱之為岸電(Shore Power)，又稱為”替代性海事電力”(Alternative Maritime Power, AMP），也被稱為“冷熨燙”(Cold-Ironing)，其它的名稱還包括岸邊電力（Shoreside Electricity）、岸上供電(Onshore Power Supply, OPS，歐洲用語）。國際標準組織(International Organization for Standardization, ISO)發展的國際標準使用的用語是”高電壓岸上連接系統”(High Voltage Shore Connection, HVSC) System。 此種岸電系統在輸送電力的過程中會產生電壓降，即負載端的工作電壓會小於輸出端的輸出電壓，此電壓降對於船舶內之電感性負載（即馬達、整流器等）而言，在低於其額定電壓下工作會過熱從而縮短設備的工作壽命、增加成本、及造成維護的不便。低壓較為敏感的負載，如各式主輔機設備電腦、無線通訊設備、航海儀器等，也可能容易導致設備當機或突然失去電源從而導致資料數據的遺失，其將增加維護成本和可能造成設備故障。電阻性負載（加熱器、白熾燈照明），在低電壓情況下，將無法提供預期的額定功率操作與輸出。 再加上，電壓降問題牽涉到港埠建設硬體設計與一次性建置投資成本，即包含碼頭土建、開挖埋管、電纜拉設與供電電壓等級的決定，不像其他短路故障及諧波電流，若有問題透過更換器具或變更設定值即可。因此，電壓降問題必須在岸電系統建置前進行審慎的評估、規畫，爰此，本發明創作者認為應有一種估測系統得以在岸電系統建置前得知其電壓降是否滿足需求、或規定等。
有鑑於先前技術所述不足之處，本發明創作係關於一種船舶岸電連接之線路電壓降估測系統，包括： 一輸入端： 該輸入端係可供輸入一功率因數資料、一電纜線長度資料、一負載耗電量資料、一輸入電壓資料；且該輸入端可供選擇性輸入一變壓器轉換電壓資料、一變壓器額定容量資料、及一變壓器阻抗資料。 一處理器： 該處理器係電性連接該輸入端、及一輸出端，該處理器寫有一電流估算程式、一電纜線線徑及阻抗估算程式、一電纜線電壓降估算程式、一變壓器電壓降估算程式、及一總電壓降估算程式；該電流估算程式可供該處理器執行：若該輸入端輸入該變壓器轉換電壓資料、該變壓器額定容量資料及該變壓器阻抗資料，則根據該功率因數資料、該負載耗電量資料、該輸入電壓資料、該變壓器轉換電壓資料、及該變壓器阻抗資料估算出一岸電系統電流資料；若該輸入端未輸入該變壓器轉換電壓資料、該變壓器額定容量資料及該變壓器阻抗資料，則根據該功率因數資料、該負載耗電量資料、及該輸入電壓資料估算出該岸電系統電流資料；該電纜線線徑及阻抗估算程式可供該處理器執行：根據該岸電系統電流資料依序估算出一電纜線線徑資料、及一電纜線阻抗資料；該電纜線電壓降估算程式可供該處理器執行：根據該電纜線阻抗資料、該岸電系統電流資料、該電纜線長度資料、及該功率因數資料估算出一電纜線電壓降估算值；該變壓器電壓降估算程式可供該處理器執行：當該輸入端輸入該變壓器轉換電壓資料、該變壓器額定容量資料、及該變壓器阻抗資料時，則根據該輸入電壓資料、該變壓器轉換電壓資料、該變壓器阻抗資料、及該功率因數資料估算出一變壓器電壓降估算資料；該總電壓降估算程式可供該處理器執行：當該輸入端輸入該變壓器轉換電壓資料、該變壓器額定容量資料、及該變壓器阻抗資料時，則根據該變壓器電壓降估算資料、及該電纜線電壓降估算資料估算出一岸電系統電壓降估算資料，反之，則將該電纜線電壓降估算資料作為該岸電系統電壓降估算資料，且控制該輸出端輸出該岸電系統電壓降估算資料。 透過本發明創作，在岸電系統建置前可先收集各影響電壓降之參數，利用該些參數便可得知電壓降大小，藉此令建置者得以根據電壓降之需求、規定事先調整各參數，直到電壓降大小滿足預期結果為止，之後便可根據該參數來建置岸電系統。
以下藉由圖式之輔助，說明本發明創作之構造、特點與實施例，俾使貴審查人員對於本發明創作有更進一步之瞭解。 本發明創作係關於一種船舶岸電連接之線路電壓降估測系統，包括： 一輸入端(1)： 請參閱第一圖所示，該輸入端(1)係可供輸入一功率因數資料、一電纜線長度資料(L)、一負載耗電量資料、一輸入電壓資料。且該輸入端(1)可供選擇性輸入一變壓器轉換電壓資料、一變壓器額定容量資料、及一變壓器阻抗資料，其中該變壓器阻抗資料包括一變壓器電阻資料(R
TR)、及一變壓器電抗資料(X
TR)。 一處理器(2)： 請參閱第一圖所示，該處理器(2)係電性連接該輸入端(1)、及一輸出端(3)，該處理器(2)寫有一電流估算程式(21)、一電纜線線徑及阻抗估算程式(22)、一電纜線電壓降估算程式(23)、一變壓器電壓降估算程式(24)、及一變壓器阻抗資料(25)。 首先，該電流估算程式(21)可供該處理器(2)執行：若該輸入端(1)輸入該變壓器轉換電壓資料、該變壓器額定容量資料及該變壓器阻抗資料，則根據該功率因數資料、該負載耗電量資料、該輸入電壓資料、該變壓器轉換電壓資料、及該變壓器阻抗資料估算出一岸電系統電流資料；若該輸入端(1)未輸入該變壓器轉換電壓資料、該變壓器額定容量資料及該變壓器阻抗資料，表示岸電系統中並無變壓器存在，則本系統僅針對電纜線之電壓將進行估算，而根據該功率因數資料、該負載耗電量資料、及該輸入電壓資料估算出該岸電系統電流資料。 然後，該電纜線線徑及阻抗估算程式(22)可供該處理器(2)執行：根據該岸電系統電流資料依序估算出一電纜線線徑資料、及一電纜線阻抗資料。其中，該電纜線阻抗資料包括一電纜線電阻資料(R
L)、及一電纜線電抗資料(X
L)。 接著，該電纜線電壓降估算程式(23)可供該處理器(2)執行：根據該電纜線阻抗資料、該岸電系統電流資料(I)、該電纜線長度資料(L)、及該功率因數資料，由於岸電系統係為三相三線的電力系統，因此，根據，
估算出一電纜線電壓降估算值。 由於岸電系統中，電流通過變壓器的阻抗也會產生電壓降，其等效電路請參閱第二圖所示，其中第二圖右側方塊為負載，左側則為電源輸入。如果在二次側加負載，則此電流通過變壓器的阻抗將產生電壓降，通常並聯激磁分路因阻抗甚大，對電壓降計算影響極微小，故可以忽略不計。若變壓器的一、二次側阻抗再予以轉換合併，則其等效電路轉換請參閱第三圖所示(其中右側方塊為負載，左側則為電源輸入)，這就與計算線路電壓降的等效電路相同了。 接著，該變壓器電壓降估算程式(24)可供該處理器(2)執行：當該輸入端(1)輸入該變壓器轉換電壓資料、該變壓器額定容量資料、及該變壓器阻抗資料時，則根據該輸入電壓資料、該變壓器轉換電壓資料、該變壓器阻抗資料、及該功率因數資料依據
估算出一變壓器電壓降估算資料。其中，額定容量大的變壓器，其R
TR(%)值比X
TR(%)小很多，故可忽略不計，而以變壓器提供的Z
TR(%)值，直接代入X
TR(%)計算。 然後，該總電壓降估算程式(25)可供該處理器(2)執行：當該輸入端(1)輸入該變壓器轉換電壓資料、該變壓器額定容量資料、及該變壓器阻抗資料時，則根據該變壓器電壓降估算資料、及該電纜線電壓降估算資料估算出一岸電系統電壓降估算資料，反之(如前述表示岸電系統中無設置變壓器)，則將該電纜線電壓降估算資料作為該岸電系統電壓降估算資料，且控制該輸出端(3)輸出該岸電系統電壓降估算資料。其中，該輸出端(3)較佳為一顯示器或一列印機，以供使用者可得知其估算結果。 爰此，透過本發明創作，在岸電系統建置前可將收集各影響電壓降之參數，利用該些參數便可得知電壓降大小，藉此令建置者得以根據電壓降之需求、規定事先調整各參數，直到電壓降滿足預期結果為止，之後便可根據該參數來建置岸電系統。 由於影響電壓降之因素為線路之阻抗、功率因數及負載電流等等，其中以線路之阻抗值大小影響最大，負載電流其次而功率因數的影響最小，為令電壓降結果符合相關規定，若電壓降結果不如預期時，可以透過以下幾點方式進行改善 1. 設計或更換線徑較大(較粗)之電纜電線導線，使線路X
L、R
L值減小。 2. 提升或改善功率因數，可減少線路電流。 3. 規劃設計提高電力系統電壓，可減少線路電流。 上述線路阻抗包括電纜電線及變壓器兩部份，線路阻抗隨的電纜距離越長而累加，與電纜長度成正比，雖可利用加大加粗電纜線之線徑或增加電纜條數，來降低線路阻抗進而改善電壓降；但過大過粗的電纜反而會造成建設成本增加，過大的電纜容量甚至影響到整體碼頭區岸電供電的電氣配置及土木結構，故其設計規劃不可不慎。另一方面變壓器阻抗的改變，過多則會造成變壓器電壓降的損失，過少則導致短路電流變大，不利選用適當且較低價的低短路電流容量值之電氣設備，故適當的變壓器阻抗值訂製，必須考慮到整體陸上電網及船上電網的短路電流計算分析，以利保護協調曲線的規劃及應用。 另一最重要的是提升供電電壓，目前IEC/ISO/IEEE 80005-1規範以6.6kV為主，郵輪甚至可高達11kV以上，這高壓的電壓等級使得負載電流大幅降低，已足以改善以往船舶岸電使用AC450V或更低的電壓所產生的電壓降。 此外，為令使用者得以清楚得知岸電系統之輸出電壓，本案還可以實施為：該處理器(2)更寫有一岸電系統輸出電壓值估算程式(26)，該岸電系統輸出電壓值估算程式(26)可供該處理器(2)執行：根據該岸電系統電壓降估算資料、及該輸入電壓資料估算出一岸電系統輸出電壓值資料；該輸出端(3)可供輸出該岸電系統輸出電壓值資料。 再者，為令使用者清楚得知岸電系統之電壓降比例是否滿足需求或法規，本案進一步還可以實施為：該處理器(2)更寫有一岸電系統電壓降百分比估算程式(27)，該岸電系統電壓降百分比估算程式(27)可供該處理器(2)執行：根據該岸電系統輸出電壓值資料、及該輸入電壓資料估算出一岸電系統電壓降百分比估算資料；該輸出端(3)可供輸出岸電系統電壓降百分比估算資料。 由於相關法規有規定岸電系統之電壓降比例之限制，也因此，本案更進一步還可以自動調整部分影響電壓降參數，藉以令電壓降比例得以滿足法規或自身需求，爰此，本案亦可實施為：該處理器(2)寫有一電壓降改善程式(28)，該電壓降改善程式(28)可供該處理器(2)執行：當該岸電系統電壓降百分比估算資料之值大於一預設值時，則改變該電纜線線徑資料所代表的值、及一電纜線阻抗資料所代表的值，再令該處理器(2)重新依序執行該電纜線電壓降估算程式、該變壓器電壓降估算程式、該總電壓降估算程式、該岸電系統輸出電壓值估算程式、及該岸電系統電壓降百分比估算程式。 綜上所述，本發明創作確實符合產業利用性，且未於申請前見於刊物或公開使用，亦未為公眾所知悉，且具有非顯而易知性，符合可專利之要件，爰依法提出專利申請。 惟上述所陳，為本發明創作在產業上一較佳實施例，舉凡依本發明創作申請專利範圍所作之均等變化，皆屬本案訴求標的之範疇。
(1)‧‧‧輸入端
(2)‧‧‧處理器
(21)‧‧‧電流估算程式
(22)‧‧‧電纜線線徑及阻抗估算程式
(23)‧‧‧電纜線電壓降估算程式
(24)‧‧‧變壓器電壓降估算程式
(25)‧‧‧變壓器阻抗資料估算程式
(26)‧‧‧岸電系統輸出電壓值估算程式
(27)‧‧‧岸電系統電壓降百分比估算程式
(28)‧‧‧電壓降改善程式
(3)‧‧‧輸出端
(2)‧‧‧處理器
(21)‧‧‧電流估算程式
(22)‧‧‧電纜線線徑及阻抗估算程式
(23)‧‧‧電纜線電壓降估算程式
(24)‧‧‧變壓器電壓降估算程式
(25)‧‧‧變壓器阻抗資料估算程式
(26)‧‧‧岸電系統輸出電壓值估算程式
(27)‧‧‧岸電系統電壓降百分比估算程式
(28)‧‧‧電壓降改善程式
(3)‧‧‧輸出端
第一圖係本發明創作各元件連結示意圖 第二圖係實施方式內說明變壓器電壓降之等效電路圖一 第三圖係實施方式內說明變壓器電壓降之等效電路圖二
(1)‧‧‧輸入端
(2)‧‧‧處理器
(21)‧‧‧電流估算程式
(22)‧‧‧電纜線線徑及阻抗估算程式
(23)‧‧‧電纜線電壓降估算程式
(24)‧‧‧變壓器電壓降估算程式
(25)‧‧‧變壓器阻抗資料估算程式
(26)‧‧‧岸電系統輸出電壓值估算程式
(27)‧‧‧岸電系統電壓降百分比估算程式
(28)‧‧‧電壓降改善程式
(3)‧‧‧輸出端
Claims (5)
- 一種船舶岸電連接之線路電壓降估測系統，包括： 一輸入端：可供輸入一功率因數資料、一電纜線長度資料、一負載耗電量資料、一輸入電壓資料；且該輸入端可供選擇性輸入一變壓器轉換電壓資料、一變壓器額定容量資料、及一變壓器阻抗資料； 一處理器：電性連接該輸入端、及一輸出端，該處理器寫有一電流估算程式、一電纜線線徑及阻抗估算程式、一電纜線電壓降估算程式、一變壓器電壓降估算程式、及一總電壓降估算程式；該電流估算程式可供該處理器執行：若該輸入端輸入該變壓器轉換電壓資料、該變壓器額定容量資料及該變壓器阻抗資料，則根據該功率因數資料、該負載耗電量資料、該輸入電壓資料、該變壓器轉換電壓資料、及該變壓器阻抗資料估算出一岸電系統電流資料；若該輸入端未輸入該變壓器轉換電壓資料、該變壓器額定容量資料及該變壓器阻抗資料，則根據該功率因數資料、該負載耗電量資料、及該輸入電壓資料估算出該岸電系統電流資料； 該電纜線線徑及阻抗估算程式可供該處理器執行：根據該岸電系統電流資料依序估算出一電纜線線徑資料、及一電纜線阻抗資料；該電纜線電壓降估算程式可供該處理器執行：根據該電纜線阻抗資料、該岸電系統電流資料、該電纜線長度資料、及該功率因數資料估算出一電纜線電壓降估算值；該變壓器電壓降估算程式可供該處理器執行：當該輸入端輸入該變壓器轉換電壓資料、該變壓器額定容量資料、及該變壓器阻抗資料時，則根據該輸入電壓資料、該變壓器轉換電壓資料、該變壓器阻抗資料、及該功率因數資料估算出一變壓器電壓降估算資料；該總電壓降估算程式可供該處理器執行：當該輸入端輸入該變壓器轉換電壓資料、該變壓器額定容量資料、及該變壓器阻抗資料時，則根據該變壓器電壓降估算資料、及該電纜線電壓降估算資料估算出一岸電系統電壓降估算資料，反之，則將該電纜線電壓降估算資料作為該岸電系統電壓降估算資料，且控制該輸出端輸出該岸電系統電壓降估算資料。
- 如申請專利範圍第1項所述船舶岸電連接之線路電壓降估測系統，其中該處理器更寫有一岸電系統輸出電壓值估算程式，該岸電系統輸出電壓值估算程式可供該處理器執行：根據該岸電系統電壓降估算資料、及該輸入電壓資料估算出一岸電系統輸出電壓值資料；該輸出端可供輸出該岸電系統輸出電壓值資料。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述船舶岸電連接之線路電壓降估測系統，其中該處理器更寫有一岸電系統電壓降百分比估算程式，該岸電系統電壓降百分比估算程式可供該處理器執行：根據該岸電系統輸出電壓值資料、及該輸入電壓資料估算出一岸電系統電壓降百分比估算資料；該輸出端可供輸出岸電系統電壓降百分比估算資料。
- 如申請專利範圍第3項所述船舶岸電連接之線路電壓降估測系統，其中該處理器寫有一電壓降改善程式，該電壓降改善程式可供該處理器執行：當該岸電系統電壓降百分比估算資料之值大於一預設值時，則改變該電纜線線徑資料所代表的值、及一電纜線阻抗資料所代表的值，再令該處理器重新依序執行該電纜線電壓降估算程式、該變壓器電壓降估算程式、該總電壓降估算程式、該岸電系統輸出電壓值估算程式、及該岸電系統電壓降百分比估算程式。
- 如申請專利範圍第4項所述船舶岸電連接之線路電壓降估測系統，其中該輸出端為一顯示器或列印機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW105114630A TWI606358B (zh) | 2016-05-12 | 2016-05-12 | Line voltage drop estimation system for ship shore connection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| TW105114630A TWI606358B (zh) | 2016-05-12 | 2016-05-12 | Line voltage drop estimation system for ship shore connection |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI606358B true TWI606358B (zh) | 2017-11-21 |
| TW201810094A TW201810094A (zh) | 2018-03-16 |
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ID=61023465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| TW105114630A TWI606358B (zh) | 2016-05-12 | 2016-05-12 | Line voltage drop estimation system for ship shore connection |
Country Status (1)
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| TW (1) | TWI606358B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102255517A (zh) * | 2011-06-11 | 2011-11-23 | 台州富凌电气有限公司 | 一种船舶用岸电电源 |
| CN103532138A (zh) * | 2013-10-21 | 2014-01-22 | 安徽天沃电气技术有限公司 | 一种码头智能型高压船用岸电系统 |
| CN104968563A (zh) * | 2012-12-11 | 2015-10-07 | C-林西普有限公司 | 可潜式清洁系统 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102255517A (zh) * | 2011-06-11 | 2011-11-23 | 台州富凌电气有限公司 | 一种船舶用岸电电源 |
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| CN103532138A (zh) * | 2013-10-21 | 2014-01-22 | 安徽天沃电气技术有限公司 | 一种码头智能型高压船用岸电系统 |
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| TW201810094A (zh) | 2018-03-16 |
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