丁 亮

（南通遠洋船舶配套有限公司，江蘇 南通 226001）

0 引言

隨著船舶運輸行業(yè)的快速發(fā)展，船舶岸電系統(tǒng)的作用愈發(fā)突顯船舶到港后，其自身的電力系統(tǒng)將會關閉，內(nèi)部各類設施的運轉交由碼頭設置的陸地電力系統(tǒng)進行能源供應。船舶岸電系統(tǒng)可分為港口岸電系統(tǒng)與船舶岸電系統(tǒng)，港口想要實現(xiàn)岸電系統(tǒng)建設，需要對港口供電設施進行改造與擴容，從而使其具備為到港船舶提供有效電力服務的能力。岸電系統(tǒng)需要為到港船舶提供其內(nèi)部設施運轉所需的全部電力需求，如船舶生產(chǎn)設施、生活設備以及各類安全保障輔助設備等。

1 國內(nèi)外船舶岸電系統(tǒng)技術發(fā)展與標準現(xiàn)狀

1.1 船舶岸電系統(tǒng)技術發(fā)展現(xiàn)狀

船舶岸電系統(tǒng)是實現(xiàn)船舶運輸體系節(jié)能減排的重要手段，在國際上已普遍應用。早在2004年，西方發(fā)達國家就開始對港口進行改造，全面推行船舶岸電系統(tǒng)，因經(jīng)濟條件良好，技術積累充足，船舶岸電系統(tǒng)發(fā)展十分迅猛。同時，為進一步推動船舶運輸業(yè)節(jié)能減排工作的發(fā)展，能源供應環(huán)節(jié)也在逐步加大清潔能源的占比，并已取得相對較好的成效。

進入21世紀以來，我國社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，各類船務公司與港口碼頭在獲取足夠資金保障后，也在探尋船舶岸電系統(tǒng)建設，并積極開展相關技術研究工作，岸電系統(tǒng)工程應用實踐廣泛展開。經(jīng)過大量前期技術積累，2010年，我國開始實施船舶岸電系統(tǒng)應用試點工作，這些試點工程的實施為后續(xù)岸電系統(tǒng)的發(fā)展與優(yōu)化積累大量經(jīng)驗，并對我國后續(xù)船舶岸電系統(tǒng)的大規(guī)模建設奠定良好基礎。經(jīng)過大量技術驗證與前期改造，我國自2014年開始對國內(nèi)大型港口實施船舶岸電系統(tǒng)建設工作，船舶停靠期間的大氣污染物排放量大幅削減。我國港口年吞吐量極為龐大，大量船只穿梭于各個港口之間，這就使岸電系統(tǒng)工程建設面臨一定困難，電力系統(tǒng)改建與擴容成為難點，為保證能源供應的穩(wěn)定性，我國部分港口在其內(nèi)部設置可移動船舶岸電系統(tǒng)電力供應點，寧波港、天津港、上海港、廈門港、秦皇島港等眾多港口已初步完成岸電系統(tǒng)建設工作，后續(xù)擴容以及優(yōu)化調整工作仍在繼續(xù)[1]。

1.2 船舶岸電系統(tǒng)技術標準

船舶岸電系統(tǒng)自引進以來，我國行業(yè)技術人員在原有的技術條件基礎上，針對我國港口運營發(fā)展現(xiàn)狀，實施一系列技術攻關與研究，相關部門也在這一基礎上制定相對完善的應用標準，并以國家標準、行業(yè)標準、企業(yè)標準等形式進行推廣。

港口船舶岸電系統(tǒng)技術標準體系形成依托于岸電系統(tǒng)的實踐與應用，行業(yè)工作者借助各類技術手段，針對船舶岸電應用領域中存在的各類注意事項進行具體說明，針對實踐環(huán)節(jié)得到的數(shù)據(jù)，對建設實施的各項指標參數(shù)做出規(guī)定。因此，船舶岸電系統(tǒng)技術標準體系是岸電應用領域中具有內(nèi)在聯(lián)系的一系列標準組成的結構體，其自身帶有很高的靈活性，是現(xiàn)代港口技術標準體系的重要內(nèi)容之一，也是我國交通運輸行業(yè)標準體系下的一類末端子集。

岸電系統(tǒng)標準體系覆蓋岸電設計、岸電建設與使用、岸電維護與檢測等諸多環(huán)節(jié)，并對各項工作作出具體規(guī)定，可分為現(xiàn)行標準與計劃制修訂標準。因此，港口船舶岸電系統(tǒng)技術標準體系的發(fā)展以技術研究以及實踐應用為基礎，而針對岸電系統(tǒng)的實際需求，逐步形成系統(tǒng)的、先進的、協(xié)調的、科學合理的標準體系框架更是關系到標準體系自身的應用價值。

港口船舶岸電系統(tǒng)建設與應用時，工程人員應重點關注工程安全保障性、對惡劣環(huán)境的抵御能力以及系統(tǒng)實施后在環(huán)境保護、公共利益、人民群眾生命財產(chǎn)安全等層面所表現(xiàn)出的社會價值。近些年，國家電網(wǎng)、中國電力企業(yè)聯(lián)合會、中國電器工業(yè)協(xié)會等諸多電力企事業(yè)單位針對港口船舶岸電系統(tǒng)建設需求，計劃實施《岸電設施技術規(guī)范》，而規(guī)范內(nèi)設置的各項標準與內(nèi)容在實踐應用中不斷調整與優(yōu)化，已取得大量成果，這對于我國船舶岸電系統(tǒng)工程建設與使用標準的發(fā)展意義重大。國家標準層面對港口岸電系統(tǒng)的技術要求、系統(tǒng)標準以及建設規(guī)范進行初步編制，如《靠港船舶岸電系統(tǒng)技術條件》《碼頭船舶岸電設施工程技術規(guī)范》等。行業(yè)標準層面，我國船舶運輸各監(jiān)管單位共同發(fā)布《港口船舶岸基供電系統(tǒng)技術條件》《港口船舶岸基供電系統(tǒng)操作技術規(guī)范》以及《碼頭船舶岸電設施建設規(guī)范》等一系列建設與實施指南。隨著智能技術的快速發(fā)展，我國電力行業(yè)企事業(yè)單位也同樣編制出《智能電網(wǎng)船舶岸電系統(tǒng)》等企業(yè)標準，這些標準的推進與落實，標志著我國港口船舶岸電系統(tǒng)標準化建設與發(fā)展進入全新階段。

依照最新的《標準體系表編制原則和要求》，港口船舶岸電系統(tǒng)標準實施應建立在目標明確、全面配套、層次分明、劃分清楚的基礎原則之上，而標準體系的發(fā)展，也要同步關注結構的合理性、專業(yè)的配套性、層次分明與劃分明確，而在這些基礎規(guī)范與指標的保障下，我國港口船舶岸電標準工作得到進一步完善。

在《標準體系表編制原則和要求》指導下，岸電系統(tǒng)標準體系的創(chuàng)建與發(fā)展應同步關注以下工作細節(jié)：

1）縱向層次的劃分

縱向層面應依照標準等級的高低以及適用范圍的不同，設置縱向層次梯級，梯級設置基礎應涵蓋岸電系統(tǒng)結構構成、電氣設備與核心技術等諸多方面。

2）橫向層次的劃分

岸電系統(tǒng)標準體系橫向層次應注重岸電系統(tǒng)工程在實際應用環(huán)節(jié)的社會影響，對標準作用下的社會經(jīng)濟活動機器所屬技術領域中的作用，以行業(yè)、專業(yè)、門類等為基礎進行橫向劃分，因此，標準的橫向類別劃分通常會對應電力、通信、控制、機械與船舶等諸多不同行業(yè)。

2 港口船舶岸電系統(tǒng)的標準化建設

2.1 船舶岸電系統(tǒng)供電并網(wǎng)切換處理

岸電系統(tǒng)實施環(huán)節(jié)，系統(tǒng)自身應保證與船舶輔機并網(wǎng)，實現(xiàn)電力能源的無縫切換，確保船舶內(nèi)部各類設施不會中斷其運轉。并網(wǎng)切換環(huán)節(jié)需使用到變頻電源，而變頻電源通常可分為主動并網(wǎng)切換與被動并網(wǎng)切換。

1）主動并網(wǎng)切換

變頻電源是實現(xiàn)船舶岸電系統(tǒng)與船舶自身供電系統(tǒng)相互切換的基礎，是作用于整個電網(wǎng)層面，針對整個電網(wǎng)切換過程中的主體變頻。供電切換環(huán)節(jié)，系統(tǒng)內(nèi)部需對船舶上主機電源信息進行主動采集，如電壓與電流，而這些信號在被變頻電源獲取后，電壓信號將作為變頻輸出電壓標準。

主動并網(wǎng)切換體系實現(xiàn)環(huán)節(jié)，變頻電源獲取到的船舶電源電流信息將會作用在變頻控制器上，根據(jù)船舶電力系統(tǒng)發(fā)動機輸出功率，同步調節(jié)岸電系統(tǒng)的輸出功率，切換過程并不是瞬間完成，而是逐步調節(jié)，直到船舶發(fā)電機上的負載完全轉移到變頻電源負載，船舶自帶電力系統(tǒng)將不再供電，而是完全交由岸電系統(tǒng)進行。

主動并網(wǎng)切換技術模式較為先進，技術體系依舊處于完善與發(fā)展階段，實際應用相對較少。但是，主動并網(wǎng)切換的優(yōu)勢極為明顯，其實現(xiàn)切換過程的智能化，可將船舶電氣設備供電環(huán)節(jié)從船舶電動機平穩(wěn)轉移至岸電系統(tǒng)，而這對于岸電系統(tǒng)自身的負載調節(jié)以及船舶電氣設備使用而言極為有利。此外，主動并網(wǎng)切換采取船舶電源信息主動獲取的方式，信息數(shù)據(jù)在岸電系統(tǒng)之中自動完成應用，從而實現(xiàn)電力供應的一鍵切換，切換的中間過程自動化。但是，主動并網(wǎng)切換處理技術應用對船舶電力系統(tǒng)要求較高，港口在實施岸電系統(tǒng)工程建設環(huán)節(jié)，船舶自身的電力供應體系也要進行相應地改造，否則變頻電源將難以獲取到船舶發(fā)電機的各項數(shù)據(jù)，技術實現(xiàn)受臨船舶產(chǎn)業(yè)自身的限制，缺少通用性[2]。

2）被動并網(wǎng)切換

變頻電源為相對穩(wěn)定電源，這一系統(tǒng)可根據(jù)具體需求調節(jié)輸出電壓、負載與頻率，借助船舶配備的同期柜，變頻電源可實現(xiàn)能源在電網(wǎng)與船舶之間的轉移，而這種被動式并網(wǎng)切換的具體實現(xiàn)方式如下：

變頻電源首先需要獲取到輸出電壓與頻率，因此，岸電系統(tǒng)被動式并網(wǎng)切換需輔以輸出濾波、隔離變、接口箱、船上進線柜等裝置，在這些電氣設備的輔助下，電力能源可從電網(wǎng)系統(tǒng)直接傳送到船載變頻電源并網(wǎng)柜。船載變頻電源并網(wǎng)柜需要對采集的電源信息進行顯示，如電源的相續(xù)、頻率、幅值與相位等，這些信息顯示在并網(wǎng)柜終端，系統(tǒng)需自動完成并網(wǎng)條件判斷。此外，船載變頻電源并網(wǎng)柜可完成對發(fā)電機發(fā)電信息的調整，當確定發(fā)電機各項輸出數(shù)據(jù)符合并網(wǎng)條件后，將變頻電源接入到船舶供電系統(tǒng)。此時，岸電系統(tǒng)將逐步接替船舶發(fā)電機完成供電，工作人員在確定并網(wǎng)操作完成后，可逐步減小船載發(fā)電機的輸出功率，提高岸電系統(tǒng)的電力供應占比，船舶電力需求負載逐步向岸電系統(tǒng)岸用電源供電方向轉移，當岸電系統(tǒng)供應負載完全滿足船舶各類系統(tǒng)運行標準后，船載發(fā)電機將停止工作。

與主動并網(wǎng)切換相比，被動并網(wǎng)切換不需要船舶對發(fā)電機進行改造，系統(tǒng)實用性較高，發(fā)展前景良好，可廣泛適用于各類大中型港口岸電系統(tǒng)建設工程。

2.2 逆功率處理

岸電系統(tǒng)經(jīng)常存在逆功率現(xiàn)象，為避免逆功率對岸電系統(tǒng)使用的影響，變頻電源應主動完成頻率與相位的調節(jié)，并依照系統(tǒng)內(nèi)部設置的算法，主動生成逆功率，在四象變頻器的輔助下，可實時完成對逆功率的對沖。

逆功率處理通常在并網(wǎng)的瞬間完成，其過程可能會消耗幾秒鐘，因此，控制策略的不同也會直接影響到逆功率的處理效果。若采取四象變頻器，四象限方案，逆功率處理的可靠性處于正常水平，而整流環(huán)節(jié)則需要借助IGBT，而IGBR整流故障率要比整流橋高出很多，此外，控制邏輯的穩(wěn)定性處于正常等級，但是AFE整流控制相對復雜，技術應用難度相對較大，因此，處理環(huán)節(jié)的硬件成本投入較大。若采用電阻吸收的處理方式，系統(tǒng)可靠性相對較低，處理過程對控制邏輯的依賴性較高，而邏輯實現(xiàn)又很復雜，控制效果不夠理想，但是，系統(tǒng)整體的硬件成本投入相對較低。若采用變頻調節(jié)方案，整流環(huán)節(jié)使用二極管，可靠性較高，硬件成本增幅不大，控制邏輯實現(xiàn)難度可控，且逆功率的控制效率較為良好。

2.3 港口船舶岸電系統(tǒng)連接段系統(tǒng)降壓解決措施

1）隔離變壓器降壓

港口船舶岸電系統(tǒng)工程應用時，不同的船舶類別對應的電力供應負載存在很大差異，而復雜的變化，也會直接影響到隔離變壓器降壓效果。通常情況下，船舶電力系統(tǒng)負載越高，隔離變壓器降壓幅度越大。因此，為保證隔離變壓器降壓環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性，技術工作者通常會采用2種解決方案：①技術人員可使用變頻電源，實時采集隔離變壓器輸出側電壓信號，而這一信號數(shù)據(jù)將會被傳送至變頻主控系統(tǒng)之中，而主控系統(tǒng)通過對閉環(huán)的控制，實現(xiàn)隔離變壓器穩(wěn)定處理，其實施過程的控制精準度很高。②變頻控制邏輯程序需借助隔離變壓器阻抗值，通過邏輯控制，對隔離變壓器的壓將進行補償，整個過程實現(xiàn)難度很低，但是精準度與前者相比相對較差。

2）輸出電纜的壓將問題解決

港口船舶岸電系統(tǒng)使用的電纜長度會直接影響到壓將幅度，因此，工程建設期間，技術人員可采取電壓微調的方式，針對輸出電纜的壓將問題進行處理，后續(xù)具體控制過程可借助終端設備完成，控制人員在終端屏幕上對電壓進行調節(jié)，從而避免輸出電纜壓將現(xiàn)象對港口船舶岸電系統(tǒng)應用帶來的負面影響[3]。

2.4 三相輸出電壓平衡控制技術

根據(jù)港口船舶岸電系統(tǒng)建設經(jīng)驗，變頻電源的負載與變頻器電機類負載存在很大差異，如果技術人員只是對船舶電力系統(tǒng)某項單項負載進行控制，很可能導致三相間負載分配無法實現(xiàn)平衡狀態(tài)，而這種現(xiàn)象也會直接影響到不同相之間壓將控制工作，這對于船舶靠岸后的電力負載轉移工作的順利實施極為不利。針對這一問題，工程技術人員可借助三相電壓平衡控制技術，重點落實三相輸出電壓閉環(huán)控制，從而保證船舶內(nèi)部各類電氣設備的供電電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 結語

港口船舶岸電系統(tǒng)的廣泛實施與應用，是推動交通運輸產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排的重要手段，因此，交通運輸部門應不斷加大港口船舶岸電系統(tǒng)技術研究與應用分析工作，針對應用環(huán)節(jié)的實際特點，制定相應的體系標準，以構建生態(tài)文明為基本思想，輔以完善的技術控制與建設機制，大力推動我國港口污染防治工作。監(jiān)管部門可借助法律、技術以及各類行政手段，鼓勵相關企業(yè)與單位不斷落實港口船舶岸電系統(tǒng)，讓電力企業(yè)、地方政府以及相關碼頭公司共同參與到岸電系統(tǒng)領域完善環(huán)節(jié)，最終實現(xiàn)我國港口發(fā)展與建設的低碳環(huán)保。