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岸电无缝接入与解列船舶电网相关问题的研究

岸电无缝接入与解列船舶电网相关问题的研究

作者：曹鑫巍东南大学

学位级别：硕士

近年来,随着世界贸易的快速增长和我国“一带一路”战略的有效推动,包括我国在内的世界航运业,普遍呈现出欣欣向荣的发展趋势。与此同时,船舶靠港所带来的环境问题也日益显著,引起了世界范围内各港口国家的关注。在此背景下,船舶岸电技... 详细信息

近年来,随着世界贸易的快速增长和我国“一带一路”战略的有效推动,包括我国在内的世界航运业,普遍呈现出欣欣向荣的发展趋势。与此同时,船舶靠港所带来的环境问题也日益显著,引起了世界范围内各港口国家的关注。在此背景下,船舶岸电技术应运而生,该技术不仅能够使靠港船舶的污染物排放接近于零,还能够给港口带来可观的经济效益,减小船舶靠港的电能损耗与成本投入。目前,港口岸电的换流系统可以为船舶提供幅值可调的50/60Hz双频交流电压,其中,针对低压岸电换流器的拓扑研究和稳态运行控制已经较为成熟。相比之下,高压岸电换流器的拓扑结构选择更加丰富,控制策略也更加复杂,相关的体系研究还未获得大规模成熟的商业实践,亟待完善。另外,为了避免船舶靠岸时供电中断带来的经济损失,岸电平滑接入与解列船舶电网也一直是学界与业界重点解决的关键问题。针对上述问题,本文开展了如下工作:(1)围绕低压岸电换流系统展开研究。针对传统低压岸电换流系统普遍采用的双PWM变换器“背靠背”结构,建立两电平电压源型PWM整流器(Voltage Source Rectifier,VSR)和电压源型PWM逆变器(Voltage Source Inverter,VSI)的详细数学模型,结合网侧、直流侧以及负载侧的性能要求,对网侧滤波器、直流侧电容以及负载侧滤波器等主电路参数进行设计。在dq坐标系中,采用PI控制器,实现电压外环电流内环的双闭环控制策略,进而实现受控电压/电流的快速跟踪和无静差控制,满足岸侧整流器的单位功率因数运行要求和负载侧输出电压的高电能质量要求。通过仿真对低压岸电换流器的拓扑和稳态运行情况下的控制策略进行了有效性验证。(2)围绕高压岸电换流系统展开研究。选取模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为换流拓扑,分析MMC的基本工作原理,建立MMC的等效数学模型,完成包括桥臂电感、滤波电感和子模块电容在内的主电路参数设计,并确定MMC整流侧与逆变侧的双闭环控制策略。通过对多种调制策略工作原理、谐波水平以及适用场合等的分析对比,选择子模块数较少时谐波水平较低的载波移相调制方法;同时,分别采用二倍频环流抑制策略和子模块电容电压排序算法实现MMC内部环流抑制和子模块电容电压平衡控制。通过仿真对基于MMC的高压岸电换流系统拓扑结构和控制策略进行了有效性验证。(3)围绕岸电无缝接入与解列船舶电网的平滑切换技术展开研究。分析同步旋转坐标系下的锁相环基本原理,基于锁相环的精确锁相,实现岸电换流器输出电压与船舶电网间的相位同步。以岸电,船舶柴油发电机和船舶负载构成的电能供需系统为分析对象,针对船舶靠港、离港时负载被迫断电的痛点,分析岸电和船舶柴油发电机短时并联运行的数学模型,提出了一种基于相电压参考值的负载转移算法,实现船舶负载电源在岸电与船舶发电机之间连续、平滑的切换。通过仿真对控制算法的有效性进行了验证。(4)搭建以DSP TMS320F28069M和PLECS RT BOX为核心的硬件在环仿真平台,RT BOX用来实现硬件系统的半实物模拟,DSP用来实现半实物模型的实时采样与开关控制信号的产生,通过仿真平台对本文所提出的结构与控制策略进行了进一步验证。

关键词：岸电模块化多电平负载转移平滑切换

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适用于内河船舶的岸电供电系统研究

重庆交通大学学报（自然科学版） 2017年第8期36卷 63-69页

作者：刘震宇朱思颖糜长军黄堃董海涛无锡市航道管理处江苏无锡214023 江苏苏科畅联科技有限公司江苏南京210017 国电南瑞科技股份有限公司江苏南京211106

船舶在靠港期间开启船舶发动机发电,引发港口污染的问题已经引起了广泛的关注。现有的岸电技术主要针对大型海港码头的远洋船舶提供岸边电源,在内河航道上仍然处于一片空白。围绕着无锡新安水上服务区建设的内河船舶岸电系统,详细阐述... 详细信息

船舶在靠港期间开启船舶发动机发电,引发港口污染的问题已经引起了广泛的关注。现有的岸电技术主要针对大型海港码头的远洋船舶提供岸边电源,在内河航道上仍然处于一片空白。围绕着无锡新安水上服务区建设的内河船舶岸电系统,详细阐述了设备构成、通信传输方式、电力供应方式等,并分析了系统的经济效益、社会效益,以及应用和推广过程中存在的问题。研究表明:内河岸电供电系统作为社会公益性的服务举措,提供安全洁净的能源,改善内河船户的生活质量,提升内河航道空气质量,对于建设绿色航道有着重要意义。

关键词：航道工程内河航道岸电供电系统

分时电价下考虑岸电船舶优先的泊位岸桥联合动态调度

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科学技术与工程 2024年第29期24卷 12763-12772页

作者：郑捷航钟慧玲华南理工大学电子商务系广州510006

为研究岸电船舶优先靠泊和分时电价政策对船舶泊位和岸桥调度的影响,构建一个以最小化船舶总成本和最小化碳排放量为目标的泊位岸桥联合动态调度非线性混合整数规划模型。通过双种群协同进化和自适应交叉、变异算子改进基于非支配排序... 详细信息

为研究岸电船舶优先靠泊和分时电价政策对船舶泊位和岸桥调度的影响,构建一个以最小化船舶总成本和最小化碳排放量为目标的泊位岸桥联合动态调度非线性混合整数规划模型。通过双种群协同进化和自适应交叉、变异算子改进基于非支配排序的遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)算法进行求解,并验证算法有效性。结果表明:改进NSGA-Ⅱ的求解效果优于NSGA-Ⅱ;分时电价下,岸电船舶靠泊优先政策能有效降低岸电船舶成本,提高非岸电船舶改造和使用岸电的积极性;峰谷电价差越大则调度方案的岸电船舶成本越大、非岸电船舶成本越小、所有船舶的碳排放量越小,同时更多岸电船舶为了减少高峰用电而选择不优先靠泊。研究结果可为在岸电船舶优先靠泊和分时电价政策下制定合理的调度方案提供科学依据。

关键词：岸电泊位岸桥联合调度动态调度靠泊优先分时电价改进NSGA-Ⅱ

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到港船舶使用岸电的环境效益和经济效益研究

到港船舶使用岸电的环境效益和经济效益研究

作者：俞晓复旦大学

学位级别：硕士

随着全球海运业务的持续增长,由海洋运输工具造成的环境污染问题日益严重。因此,研究减少与控制由海运所带来的污染物排放的方法和技术对我国进一步可持续发展有着相当重要的意义。现有研究结果表明,2010年上海港船舶对上海市大气污染... 详细信息

随着全球海运业务的持续增长,由海洋运输工具造成的环境污染问题日益严重。因此,研究减少与控制由海运所带来的污染物排放的方法和技术对我国进一步可持续发展有着相当重要的意义。现有研究结果表明,2010年上海港船舶对上海市大气污染物总量的贡献主要集中在SO2、NOx,分别为12.0%、9.0%,对全市PM2.5的直接排放分担率为5.3%。远洋船是船舶排放的首要来源,其SO2、NOx和PM2.s排放量对全市排放清单的分担率分别达到11.59%、8.4%和5.1%。其中,远洋船的排放一半以上来自集装箱船。岸电技术是港口节能减排的有效措施。用城市电力对靠港船舶直接供电,对建设“资源节约型、环境友好型”港口具有重要意义。文章通过查阅大量国内外文献资料和对上海港靠港船舶实施岸电的情况进行调研和考察的基础上,着重介绍上海港目前所使用在集装箱码头的岸电技术。文中具体阐述了岸电技术的基本概念、关键技术和具体实施过程,并对集装箱船接用岸电的经济效益和环境效益进行计算和分析。结果表明,集装箱船使用岸电的经济效益与油价、电价息息相关。当重油(IF0380)价高于5092.59元/吨时,使用岸电的成本将低于使用重油发电的成本;当电价低于0.83元/kWh时,使用岸电的成本也将低于使用重油发电的成本。船舶使用岸电的环境效益十分明显,可以有效减少船舶辅机发电所产生的二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳。据计算,一艘4250 TEU集装箱船停港期间如使用岸电可减少SOx排放1239.84kg/年,减少NOx排放2340kg/年,减少C02排放122940kg/年。2012年,上海港到港国际航行船舶达21030艘,其中30%为集装箱船,约有6309艘。如这些远洋集装箱船型都是4250TEU的集装箱船,停靠上海港期间停止使用辅机改用岸电,则这些集装箱船将减少SOx排放7822.2吨/年,减少NOx排放14763吨/年,减少C02排放775628.5吨/年,并且这些大气污染物并未从港区向电厂转移。文章最后,作者提出上海港推广使用岸电的优势以及需要解决的问题,并指出在全球应对气候变化、减少大气污染物排放的背景下,岸基船用供电技术的应用前景非常广阔。

关键词：港口船舶岸电环境效益经济效益

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复杂条件下的船舶岸电系统研究

水运工程 2023年第12期 70-74页

作者：易琛长江三峡通航管理局湖北宜昌443000

针对目前三峡坝区待闸船舶对岸电设备使用率不高的问题,通过分析其原因,对已有岸电设备进行改进,设计一种T形接口箱及趸船专用智能电缆收放系统、一种适合于船舶丁靠系泊供电的岸电接口箱以及一套适应水位变化的船舶岸基供电系统,解决... 详细信息

针对目前三峡坝区待闸船舶对岸电设备使用率不高的问题,通过分析其原因,对已有岸电设备进行改进,设计一种T形接口箱及趸船专用智能电缆收放系统、一种适合于船舶丁靠系泊供电的岸电接口箱以及一套适应水位变化的船舶岸基供电系统,解决了供电电缆搬运难以及因水位变化较大致使停靠船舶从岸上取电难的问题。该岸电系统在三峡坝区的投入使用,调动船舶使用岸电的积极性,显著提高岸电设备的使用效率,减少大气污染物的排放。

关键词：船舶岸电靠船墩趸船电缆

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低压岸电系统及其效益分析

发电技术 2019年第2期40卷 196-200页

作者：潘玉松张鹏黄荣国电泰州发电有限公司江苏省泰州市225327 北京国电智深控制技术有限公司北京市昌平区102200

岸电系统对于电厂尤其是下水煤电厂的环保工作具有重要意义。在保证安全环保可靠的基础上,提出了一种适合电厂码头实际运行需要的系统结构;与传统的岸电相比,提出了变频及并网的概念,并可同时兼容400V/50 Hz、440 V/60 Hz这2种制式的船... 详细信息

岸电系统对于电厂尤其是下水煤电厂的环保工作具有重要意义。在保证安全环保可靠的基础上,提出了一种适合电厂码头实际运行需要的系统结构;与传统的岸电相比,提出了变频及并网的概念,并可同时兼容400V/50 Hz、440 V/60 Hz这2种制式的船舶靠港对接。分析了电缆收放系统以及并网存在的主要问题,最后对成本及收益进行了分析,指出这样的结构会使系统的成本大大降低,同时利用电厂在电价方面的优势,低压岸电系统可以在下水煤电厂得到大规模的推广应用。

关键词：岸电低压并网下水煤电厂

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重庆—三峡游轮岸电技术应用实践

水运工程 2021年第9期 76-80,100页

作者：胡军毅顾群刘倩国网重庆市电力公司重庆400014 交通运输部水运科学研究院北京100088

为解决岸基条件复杂、水位落差大的内河港口岸电应用技术问题,以重庆地区游轮码头为应用对象,研发了基于双供电浮趸式、悬挂导缆钢索的岸电系统,解决了游轮停靠码头时由于大水位落差引起船岸供电距离变化大的问题。此外还研发了人机协... 详细信息

为解决岸基条件复杂、水位落差大的内河港口岸电应用技术问题,以重庆地区游轮码头为应用对象,研发了基于双供电浮趸式、悬挂导缆钢索的岸电系统,解决了游轮停靠码头时由于大水位落差引起船岸供电距离变化大的问题。此外还研发了人机协同电控插拔装置、滚轴式电缆桥架、一体化云管理等应用技术,提高了岸电应用的安全性和便捷性。这些技术已经在长江重庆—三峡游轮航线中朝天门、巫山游轮中心、神女溪等多个游轮码头成功应用。

关键词：岸电供电浮趸岸电预制舱导缆钢索

基于NARMA-L2的岸电并网电压控制策略研究

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计算机仿真 2021年第7期38卷 83-88页

作者：乔森杨奕飞江苏科技大学电子信息学院江苏镇江212003 江苏科技大学海洋装备研究院江苏镇江212003

岸电并网控制技术是船舶岸电的核心技术之一,能够实现岸侧对靠港船舶的不间断和稳定供电。针对传统岸电控制策略在并网瞬间和负载变换时电压产生较大波动的问题,提出了一种基于神经NARMA-L2自校正模型的岸电并网V/F控制策略,使岸电控制... 详细信息

岸电并网控制技术是船舶岸电的核心技术之一,能够实现岸侧对靠港船舶的不间断和稳定供电。针对传统岸电控制策略在并网瞬间和负载变换时电压产生较大波动的问题,提出了一种基于神经NARMA-L2自校正模型的岸电并网V/F控制策略,使岸电控制器具有更强的动态响应能力和控制精度,在岸电合闸之前使用预同步控制技术对岸侧电源进行调节,减少并网时刻产生的电流冲击。通过仿真表明,基于神经自校正改进的V/F控制策略相比传统的V/F控制策略,能够明显提升并网时刻和负载切换时刻的电压稳定性,减少船舶电网的电压波动。

关键词：岸电并网控制非线性自回归滑动平均模型恒压频比控制

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浅谈船舶岸电关键技术

电气应用 2013年第6期32卷 22-26,60页

作者：吴振飞叶小松邢鸣江苏镇安电力设备有限公司

介绍了船舶供电系统特点及其发展，对岸电技术供电电源不匹配、供电制式不统一的问题进行分析。以及对现有船舶岸电改造方案存在的问题提出意见。对各种岸电技术进行比较，建议采用兼容TN和IT制式的新型岸电技术。

关键词：船舶供电系统电技术岸电供电制式供电电源改造方案不匹配