一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置製造方法

2023-09-23 13:09:55

一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置，包括：移相變壓器、功率單元、混合型濾波裝置和接線箱，混合型濾波裝置包括有源濾波器和無源濾波器，且有源濾波器通過電抗器與無源濾波器相連；移相變壓器的一次側與外部的母線相連，移相變壓器的二次側依次通過功率單元、混合型濾波裝置與接線箱相連。該具有新型濾波功能的船舶岸電裝置既克服了單獨使用聯有源濾波裝置和無源濾波裝置的不足，又可以有效降低並聯有源濾波裝置的成本和容量；同時可以有效降低高壓變頻器對電網的諧波汙染，並實現降壓隔離。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及電力技術用電領域，特別涉及一種屬於船舶岸基供電電源的具有 新型濾波功能的船舶岸電裝置。 一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置

【背景技術】
[0002] 大型船舶特別是油船和貨櫃船靠港時通常採用燃油製品（多為重油和柴油）發 電，來滿足船舶用電需求。重油和柴油等燃油製品在燃燒過程中產生大量硫化物和氮氧化 物，對周圍環境造成嚴重汙染，汙染後通過氣流作用可以傳播到數百公裡以外的地區。而且 國內外很多港區都集中在市區，到港船舶停靠港口產生汙染與中心城區環境保護的矛盾已 經越來越突出。如果採用陸地電網對靠港船舶供電，對於保護港區環境、建設清潔宜人的綠 色港口，無疑具有十分重要的意義。
[0003] 由於我國港口碼頭供電系統電網頻率為50Hz，而國內外很多大型輪船均採用 60Hz的船舶電器，如果採用陸地電網供電，港口和船舶供電電制的不同勢必對船舶電氣設 備造成嚴重影響。
[0004] 全球石油資源日漸枯竭，石油價格一路飆升，船舶發電成本也在一直增長，採用岸 電技術不但可以減少環境汙染，同時可以為船舶發電降低成本，為港口增加效益。岸電技術 的運用可以達到節能、減排、降噪的效果，可以創造很高的經濟效益，因此在今後一個時期 船舶岸電技術將得到快速的發展，眾多的港口將配置船舶岸電設施。
[0005] 目前，世界上利用岸電為船舶供電的港口，都是港口電網向船舶電網同頻率直接 供電，主要包括低壓供電和高壓供電兩種方式，其中低壓供電佔岸電的90%以上。由於我國 港口碼頭供電系統電網頻率為50Hz，而國內外很多大型輪船均採用60Hz的船舶電器，不能 直接使用50Hz的交流電，為此需要調頻，將電網頻率調整為60hz，再向船舶供電。且我國船 舶岸電系統電網接入項目較少，技術經驗還較為欠缺，沒有太多可以參考的案例。
[0006] 隨著電力電子技術的不斷發展，變頻裝置越來越多地應用在船舶岸電系統中，由 此引發的船舶岸電諧波汙染問題日顯突出，促使工程技術人員高度關注船舶岸電濾波技術 及其應用的研究。
[0007] 對於大型船舶而言，船上各種電氣設備對負荷需求較大，以3000KV為例，為滿足 陸地電網對靠港船舶的供電需求，有人提出了一種低壓大功率岸電電源方案，其原理是把 電網三相50Hz的高壓電先採用變壓器降壓為380v/50Hz，然後輸入低壓岸電電源，經低壓 逆變系統整流逆變為60Hz輸出，然後再經電力變壓器升壓至高壓60Hz後，給靠港船舶供 電。這種低壓岸電技術存在著下述缺點：
[0008] 1.在低壓岸電技術中，大功率逆變電源都採用小功率逆變電源模塊並聯的方式 實現，對於容量高達數兆瓦的岸電電源而言，要求並聯的逆變模塊眾多，任何一個模塊的故 障，都使得岸電電源必須降額使用，甚至停機。而且因為船舶負載的複雜性，經常需要帶大 功率電機直接啟動，對電源衝擊性強，因此，低壓逆變方案可靠性大大降低；
[0009] 2.低壓岸電電源技術中，電源輸入側需要降壓變壓器降壓，逆變後需要正弦波濾 波，最後還要經過升壓變壓器升壓後才能得到高電壓，而升、降壓變壓器一般採用電力變壓 器，其效率最高為95%，正弦波濾波器效率90%，使得電源整機效率最高為85%，大大降低 了系統效率；
[0010] 3.低壓逆變技術一般採用6脈衝整流，輸入功率因數低，對電網將形成較大汙染；
[0011] 4.低壓岸電技術中，對於容量高達數兆瓦的岸電電源來說，其額定輸入電流為數 千安培，給輸入輸出側配電設計帶來了很多困難。
[0012] 船舶岸電傳統的濾波方法是採用基於諧振原理的無源濾波器（LC power filter)， 它只能濾除設定次數的諧波，且易與電網產生串、並聯諧振。有源濾波器（Active power filter，APF)能動態治理各次諧波，具有無源濾波裝置所不具備的巨大技術優勢，但是單一 的並聯有源濾波器其成本較高，功率損耗較大。 實用新型內容
[0013] 本實用新型的目的是公開一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置，用於克服傳統 船舶岸電易與電網產生諧振、功率損耗大的缺陷。
[0014] 本實用新型實施例公開的一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置，包括：移相變 壓器、功率單元、混合型濾波裝置和接線箱，混合型濾波裝置包括有源濾波器和無源濾波 器，且有源濾波器通過電抗器與無源濾波器相連；移相變壓器的一次側與外部的母線相連， 移相變壓器的二次側依次通過功率單元、混合型濾波裝置與接線箱相連。
[0015] 在上述技術方案中，無源濾波器包括：多組不同調諧頻率的單調諧濾波器和高通 濾波器。
[0016] 在上述技術方案中，有源濾波器為並聯型有源濾波器。
[0017] 在上述技術方案中，還包括：電纜絞車、降壓變壓器和併網櫃；降壓變壓器的一次 側通過電纜絞車與接線箱相連，降壓變壓器的二次側與併網櫃相連。
[0018] 在上述技術方案中，接線箱通過航空插頭與電纜絞車相連。
[0019] 在上述技術方案中，功率單元包括整流器和逆變器；逆變器採用獨立電源。
[0020] 在上述技術方案中，接線箱的輸出為6. 6kV/60Hz或6kV/50Hz。
[0021] 在上述技術方案中，移相變壓器為多繞組移相變壓器。
[0022] 本實用新型實施例提供的一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置，通過移相變壓 器可以有效降低高壓變頻器對電網的諧波汙染，不會對電網造成超過國家標準的諧波幹 擾，並實現降壓隔離；逆變器的控制電源採用獨立於高壓之外的低壓不間斷供電技術，增強 了系統的高壓主迴路與控制器光纖通訊，抗幹擾能力強，安全可靠；採用混合型濾波裝置既 克服了單獨使用聯有源濾波裝置和無源濾波裝置的不足，又可以有效降低並聯有源濾波裝 置的成本和容量，具有良好的性價比。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是本實用新型實施例中船舶用電裝置的第一結構圖；
[0024] 圖2是本實用新型實施例中混合型濾波裝置的拓撲結構圖；
[0025] 圖3是本實用新型實施例中功率單元的電路示意圖；
[0026] 圖4是本實用新型實施例中船舶用電裝置的第二結構圖。

【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖，對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細描述，但應當理解本實用 新型的保護範圍並不受【具體實施方式】的限制。
[0028] 本實用新型實施例提供的一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置，參見圖1所 示，包括：移相變壓器10、功率單元20、混合型濾波裝置30和接線箱40 ;其中，移相變壓器 10的一次側與外部的母線相連，移相變壓器10的二次側依次通過功率單元20、混合型濾波 裝置30與接線箱40相連。該外部的母線具體為陸上變電站的10kV母線。移相變壓器10、 功率單元20和混合型濾波裝置30組合成高壓變頻器。
[0029] 具體的，參見圖2所示，該混合型濾波裝置30包括有源濾波器301和無源濾波器 302,且有源濾波器301通過電抗器L1與無源濾波器302相連。其中，無源濾波器302包括 N組不同調諧頻率的單調諧濾波器和高通濾波器，承擔主要的諧波抑制任務，N為需要抑制 的諧波的總數；比如混合型濾波裝置30需要抑制3、5、7、9次四種諧波，則N = 4 ;而有源濾 波器301採用並聯型有源濾波器，該並聯型有源濾波器補償剩餘的諧波，可以有效的降低 並聯有源濾波器的容量，減少成本，改善整個系統的電能質量。採用混合型濾波裝置30既 克服了單獨使用聯有源濾波裝置和無源濾波裝置的不足，又可以有效降低並聯有源濾波裝 置的成本和容量，具有良好的性價比。該混合型濾波裝置30設置於變頻器的輸出側、接線 箱40的前端，與變頻器集成在一起。
[0030] 本實用新型實施例中，該移相變壓器10採用多繞組移相變壓器。移相變壓器10 的一次側直接接入高壓電網，二次側有多個三相繞組。通過移相變壓器，可以有效消除諧波 (理論上可以消除6n-l次以下的諧波，η為單元級數），使得輸入電流波形接近正弦波，總 的諧波失真低於3%，不會對電網造成超過國家標準的諧波幹擾，有效降低高壓變頻器對電 網的諧波汙染，並實現降壓隔離。
[0031] 功率單元20包括整流器和逆變器，且該逆變器採用獨立電源。功率單元20的電 路示意圖具體參見圖3所示，功率單元20是由二極體整流橋、並聯在直流母線上的大容 量儲能電容C、並聯在這些電容C上的均壓電阻R和Η橋逆變器組成，其中，二極體整流橋 由整流二極體Τ1-Τ6組成，Η橋逆變器由絕緣柵雙極型電晶體（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)Q1-Q4組成。功率單元20用於實現頻率變換，且通過功率單元20的串 聯實現高壓（比如6. 6KV)的輸出；逆變器的控制電源採用獨立於高壓之外的低壓不間斷供 電技術，增強了系統的高壓主迴路與控制器光纖通訊，抗幹擾能力強，安全可靠。
[0032] 優選的，參見圖4所示，本實用新型實施例提供的一種具有新型濾波功能的船舶 岸電裝置還包括：電纜絞車50、降壓變壓器60和併網櫃70 ;降壓變壓器60的一次側通過 電纜絞車50與接線箱40相連，降壓變壓器60的二次側與併網櫃70相連。具體的，接線箱 40通過航空插頭與電纜絞車50相連，方便連接或斷開電路。
[0033] 該具有新型濾波功能的船舶岸電裝置的具體工作過程如下：船舶岸電裝置的電源 採用路上變電站提供的10kV/50Hz輸入，經過移相變壓器10和功率單元20的變頻變壓處 理後、以及混合型濾波裝置30的濾波處理後，輸出6. 6kV/60Hz或6kV/50Hz的交流電；該交 流電經過電纜絞車50和降壓變壓器60後，降為低壓電源，進而可以為船舶上的用電設備供 電。其中，降壓變壓器60-般採用船載變壓器^.0KV/0.4kV)。該具有新型濾波功能的船 舶岸電裝置的輸入功率因數接近於1，符合GB/T14549-2002及IEEE519-1992對電壓、電流 諧波失真嚴格的要求，不需要增加功率因數補償設備。
[0034] 本實用新型實施例提供的一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置，通過移相變壓 器可以有效降低高壓變頻器對電網的諧波汙染，不會對電網造成超過國家標準的諧波幹 擾，並實現降壓隔離；逆變器的控制電源採用獨立於高壓之外的低壓不間斷供電技術，增強 了系統的高壓主迴路與控制器光纖通訊，抗幹擾能力強，安全可靠；採用混合型濾波裝置既 克服了單獨使用聯有源濾波裝置和無源濾波裝置的不足，又可以有效降低並聯有源濾波裝 置的成本和容量，具有良好的性價比。
[0035] 以上公開的僅為本實用新型的具體實施例，但是，本實用新型並非局限於此，任何 本領域的技術人員能思之的變化都應落入本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種具有新型濾波功能的船舶岸電裝置，其特徵在於，包括：移相變壓器、功率單 元、混合型濾波裝置和接線箱，所述混合型濾波裝置包括有源濾波器和無源濾波器，且所述 有源濾波器通過電抗器與所述無源濾波器相連； 所述移相變壓器的一次側與外部的母線相連，所述移相變壓器的二次側依次通過所述 功率單元、所述混合型濾波裝置與所述接線箱相連。
2. 根據權利要求1所述的船舶岸電裝置，其特徵在於，所述無源濾波器包括：N組不同 調諧頻率的單調諧濾波器和高通濾波器，N為需要抑制的諧波的總數。
3. 根據權利要求1所述的船舶岸電裝置，其特徵在於，所述有源濾波器為並聯型有源 濾波器。
4. 根據權利要求1或3所述的船舶岸電裝置，其特徵在於，還包括：電纜絞車、降壓變 壓器和併網櫃； 所述降壓變壓器的一次側通過所述電纜絞車與所述接線箱相連，所述降壓變壓器的二 次側與所述併網櫃相連。
5. 根據權利要求4所述的船舶岸電裝置，其特徵在於，所述接線箱通過航空插頭與所 述電纜絞車相連。
6. 根據權利要求1或3所述的船舶岸電裝置，其特徵在於，所述功率單元包括整流器和 逆變器； 所述逆變器採用獨立電源。
7. 根據權利要求1或3所述的船舶岸電裝置，其特徵在於，所述接線箱的輸出為 6.6kV/60Hz 或 6kV/50Hz。
8. 根據權利要求1或3所述的船舶岸電裝置，其特徵在於，移相變壓器為多繞組移相變 壓器。
【文檔編號】H02J3/00GK203883472SQ201420323467
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月17日 優先權日:2014年6月17日
【發明者】王金旺, 胡世琳, 郭佳賀, 王明旭, 周磊 申請人:國家電網公司, 北京南瑞智芯微電子科技有限公司