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摘要：岸电技术成为建设绿色港口的重要技术之一，国内诸多沿江沿海码头已上马岸电项目。且随着船舶大型化，大容量高压岸电变频电源越来越受关注。本文基于珠海某沿海大型散货码头2MW高压岸电项目，在大容量高压岸电变频电源连船时，针对岸基电源距离码头电缆过长可能出现的压降问题，不同负荷类型的船载并网冲击问题，谐波治理问题提出了解决思路。
关键词大容量高压岸电变频电源；无缝并网；谐波治理
1引言
当前环境问题已成为影响国家可持续发展的重要因素。节能减排，协调发展已成为国家发展的重大战略，交通运输作为国家能源消费和温室气体排放的重点行业，是国家节能减排的重要领域。低碳港口作为低碳交通运输体系的重要组成部分，是未来港口发展的重要方向，港口岸电作为低碳港口建设的主要环节，对港口节能减排起到重要作用。
2港口岸电系统及原理
港口岸电系统分为三个部分：岸基供电系统、船舶受电系统和船岸连接设备（其中包括配套的二次设备）。
对于高压上船模式，变频电源系统包含输入开关柜、输入变压器、变压变频电源、输出隔离变压器、输出开关柜等。其中，输入开关柜对进线进行分断控制；输入变压器将6kV电压转变为变频器单元的工作电压690V；690V经变频电源进行变压变频后将转变为690V/60Hz；变频电源内部包含低压输入断路器和输出断路器；输出隔离变压器将变频电源输出的690V电压转变为6.6kV。
2MW岸电变频器电路由船侧断路器、LCR滤波器、船侧变流器、直流母线电路、网侧变流器、LCL滤波器、网侧断路器、预充电回路等组成。变频器选用IGBT为开关元件，为提高电压利用率，采用空间矢量调制方式进行控制，将平稳直流变换为PWM输出交流，该交流基波频率为所需电源输出频率。主电路基于直接串联电压型，二电平逆变器拓扑，其技术成熟，效率高，动态性能好，过载能力强。可实现四象限运行，对负载绝缘无影响，电缆长度无限制。
3变频器连船关键技术
3.1船压降自适应补偿
由于珠海某港路基岸电室至码头接电箱实际距离在1.2千米，输入输出变压器也有一定压降，实际连船后存在一定大小的压降。对于不同的码头泊位，在未知电缆长度时，就要求变频器具备压降自适应补偿功能。
2MW岸电电源采用下垂跟踪控制，以闭环PI控制为基础，根据直流电压、模块电流等实际值，结合运行模式，产生相应的输出电压值，将被控对象调节至给定值。
船侧控制原理图如上，船侧电压的幅值由内环控制器的参考压U确定。在没有船舶通信将电压值反馈给变频电源的情况下，根据不同线路长度计算线路等效阻抗，拟定补偿曲线。在有船舶通信将电压值反馈给变频电源的情况下，船侧输出采用双闭环设计，船舶通信反馈电压与给定输出基值作为调节外环，输出开关侧反馈电压与给定输出基值作为调节内环。外环调节设置较慢，可以抵消通信延迟时间。在通信异常时，切断外环，内环由于有基值给定亦不会产生剧烈波动。此种方法可以保持输出电压稳定又可以有足够的动态调节性能。
3.2无缝并网
为实现船岸无缝并网，减少并网过程船载负荷对电网的影响，系统考虑基于柔性并网与负荷调控相结合的方法来实现并网过程。如下图所示，船载负荷主要根据并网需要考虑的因素分为不可中断负荷、冲击负荷和可中断负荷。不可中断负荷包括集装箱船的冷藏柜负荷，游轮的空调负荷等等；冲击负荷包括了船载水泵等；可中断负荷包括停船时可以停止的电动机等负荷。
部分冲击负荷的运行状态是可控的，比如水泵的启停。并网时，系统首先检测电网并网条件，如果电网处于高峰状态对功率进行限值，则进行负荷调控，中断可中断负荷以及冲击负荷。如果电网处于平稳运行状态，没有特殊的限值，则按照停船后的负荷情况实施并网过程。待物理连接完成后，船岸通过系统控制器进行同期并网；待并列稳定运行后，岸电系统向船载电力系统发送停机指令；船载电源在收到停机指令后，逐步停止发电机，在这过程岸电电源采用下垂跟踪控制，调节岸电电源出力，逐步增大功率输出；待船载电源停止后，岸电电源对冲击性负荷进行解锁。这样完成并网全过程。在这过程中，避免并网过程冲击负荷的影响。
3.3谐波处理
由于高频元器件IGBT的使用，网侧变流器交流侧会产生高次谐波分量，从而给电网注入了谐波污染，影响电网上其他设备的运行，所以需要在网侧变流器的交流进线处串联滤波器来减小变流器带来的电网谐波污染。正弦波设计基于载波频率进行设计，如果在载波频率下不同的频点上有谐波电压，则可能引起谐波震荡。震荡通过阻尼进行消除，阻尼的大小与谐波电压有关。
4实际波形
实际测量，在变频器运行至额定工况，变频器侧（未经过隔离变压器）输出电压总谐波失真度THD<3％，输入电流总谐波失真度（额定容量下）THD<3％。
5结论
为了保证船舶电源的稳定性和电压稳定性，本文提出了一种船侧压降解决思路，并介绍了无缝并网和船侧同期锁相的具体方案。该方案对实际工程应用有一定的参考价值，基于此种方案研制的大容量变频电源已运用于珠海某码头，该现场自投运以来，运行稳定，取得了预期效果。
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