广东阳江港港务股份有限公司 陈智杰

1 靠港船舶使用岸电供电方案的优势

基于我国港口建设数量不断增多，强化绿色化、低碳化港口建设具有重要的战略意义。由于船舶靠港会带来污染问题，为降低污染程度、加快生态建设，需使用清洁能源代替柴油，提升节能、低碳效果。同时为加快推进绿色化港口建设进程，需优化改进船舶靠港供电方式，实践研究中发现岸电技术可解决上述问题。岸电电源供电方式具有绿色、环保、节能、低碳优势，可避免船舶靠港产生大气污染，在岸电技术支持下能提升岸电电源供电的稳定性。具体优势表现在：低排放、噪音小、低碳、增强船员体验感，与可持续发展理念相吻合，符合环保要求，社会效益和经济效益显著。

交通部《深入推进绿色港口建设行动方案（2018—2022年）》中提出：到2020年长三角、珠三角等水域靠港船舶带来的污染物要减少到一定范围内，规定了主要的靠港船舶要使用岸电，进而降低经济成本，提升节能减排效果；同时，在岸电技术支撑下可优化改造港口相关设备建设，实现对靠港船舶供电方式的改造，进而满足靠港泊船污染物排放要求，更好彰显低碳、绿色、环保理念[1]。提升靠港船舶岸电电源供电稳定性，需加强无缝并网控制技术的应用。

2 船舶岸电无缝并网关键技术

船舶岸电无缝并网关键技术采用不断电的方式进行供电，保证船舶照明系统、相关设备正常运行，可解决船舶岸电并网后发电机平稳退出问题，在短时间内可限制船舶岸电在并网过程中产生冲击电流，为此可将岸电技术应用在改善低压船舶岸电并网控制中，可保证无缝并网的可靠性。

就靠港船舶岸电无缝并网过程看，当船舶靠港后，需仔细检查船舶与岸电电源电缆接地，避免产生静电电势差；同时要反复确认岸电和船舶电网连接头连接情况，确保船舶电网供电稳定性。当岸电与船舶用电电压同步后需断开船舶负载供电，将船舶柴油发电机关闭。岸电电源在供电过程中借助船舶岸电系统进行实时监控，加强接地故障、线路短路等故障的识别和判断[2]。当船舶离港时，可通过打开船舶辅机引擎调节柴油发电机，进而保证岸电电源与并网同步。

岸电并网过程中以岸电电源为基础，并在并网过程中实时调节柴油发电机参数；确保满足并网条件后将船舶电网与岸电电源进行并网。为保证岸电电源供电稳定性，需将电源连接到船舶上，由并网装置发送调节信号，岸电电源接收信号后实时进行供电，保证同步调节效果，有效规避对船舶负载的影响。就并网控制原理看，在智能装置控制下，调整岸电电源电压、频率与船舶电源同步。结合无缝并网关键技术，需做好并网合闸前的准备工作，加强对合闸条件的判断，利用并网装置实时获取岸电电源幅值差、相位差等信号；确认发电机相关参数满足并网要求时可进行合闸操作；并对岸电电源进行调整。

3 探究岸电对接靠港船舶无缝供电控制方法的改进措施

为实现靠港船舶无缝连接供电，需科学应用无缝并网关键技术；实践调查研究中发现，岸电逆变双输出无缝供电与船舶发电机对接过程中，受船舶发电机自身不确定因素的因素会引发特殊的变化；其不稳定因素来源与船舶柴油机调速器自身属性有关；同时由于船用发电机调压器类型存在一定的差异性，会采用调差精度较高的调压器；就船舶负载情况看会加剧实际并网难度，甚至引发逆变器过流保护跳闸现象，因此相关研究人员认为，有必要就岸电对接靠港船舶无缝供电控制方法进行改进，确保解决船舶电源与岸电电源并网问题。

3.1 岸控逆变器双输出港船无缝供电

岸控逆变器双输出港船无缝供电的实现，是基于下垂特性基础上将虚拟调速器和虚拟的励磁器引入其中，促使逆变器双输出供电频率与电源惯性保持一致性，利用逆变器双输出供电虚拟同步发电机辅助改进。船用柴油发电机与岸控逆变双输出虚拟同步发电机各自的特性存在一定差异性；要想实现船舶负载转移目标，当船舶靠港后需控制柴油发电机速度，确保控制在合理的功率范围内，关闭船用发电机后可完成负载转移。

岸控逆变器双输出港船无缝连接供电系统，主要通过对逆变器供电方式和过渡变压器供电方的改变，实现对岸控逆变器双输出港船无缝连接供电系统的控制[3]。针对于50Hz船舶无缝对接岸电无需进行限流控制；可采取更换60Hz逆变装置供电的方式，实现对50Hz逆变供电方式的转变，进而实现直接供电目标，避免在并网供电过程中引发冲击电流现象。通过改变电网控制频率可均匀分配船舶的负载，支持逆变器自动分配荷载，为功率控制提供便利，确保船用发电机与逆变器荷载分配效果。

3.2 虚拟同步发电机控制方法

传统的发电机主要以电源形式将岸电输送到电网内，并在岸控逆变器辅助下促使船用发电机与岸电电源并网，最终可保证船舶荷载有效转移，整个负载自动分配、转移过程中，不需要改变船舶电站控制方式，优化了岸电电源与船舶电源无缝对接，进而提升岸电电源供电稳定性。

在本环节研究中，建立逆变双输出虚拟同步发电机模型，根据垂性原理将虚拟调速器和虚拟励磁器引入其中，进而实现模型评估分析。结合虚拟调速器和虚拟励磁器应用原理看，虚拟同步发电机控制方法具有实际应用和实践的可行性，赋予了逆变器垂特性，确保逆变器与船用发电机属性相似。在此基础上提出了同步发电机机电暂态模型的新型微网逆变电源，并将发电机惯量和输出阻抗等相关特性引入到逆变器中进行控制，发挥了虚拟同步发电机控制作用，保证并网效果。

通过并网模型的建立，搭建了小信号模型化并网模式和自治模式，优化了并网工作模式，实现对有功功率和无功功率的传输；通过引入VSG进行控制，实现对虚拟电机转轴的控制，支持对同步发电机转轴减速方式和加速方式的调控，进而保证控制器电势频率的控制，确保电势频率具有一定的惯性特点；同时可利用虚拟励磁器控制电气惯量，避免出现电势幅值变化的情况，从根本上保证虚拟同步发电机控制方法的应用效果，实现船舶无缝供电控制目标。

3.3 并网仿真实验分析

3.3.1 相序检测和调整方法

船舶电动机逆转会出现相序接错的现象，基于此有必要加强对相序接错问题的控制，提升逆变自动调整水平，进而更好保证相序与外部接线连接效果，降低相序接线错误率，进而降低施工接线工作量。

3.3.2 并网条件检测方法

频差检测单元。频差检测单元检测原理：变换电压正弦波方式，确保转变为矩形方波，根据检测结果判断方波周期频率，确保推导出船用发电机和未并网岸电的电源频率值，并在此基础上求差，根据频差绝对值进行判断，保证检测结果的准确性。

相角差检测单元。在计算相角差过程中，可根据待并网岸电电源电压波形，经过0点的时间差进行推算，即计算时间差的方式最终可得出相角差检测值。研究发现，通过控制时间节点，可科学设置岸电无缝并网时间，进而实现对并网时间的把控，保证船舶电源与岸电电源并网的可行性，提升无缝并网供方式实际应用效果。在实验过程中，需要具体结合并网条件检测方法进行考量，确保岸电电源主开关合闸后，与船舶电网进行并网供电，进而保证靠港船舶供电效率，实现节能减排目标，减少靠港船舶带来的污染，推动绿色港口建设。

3.3.3 相位角预同步方法

为实现岸电对接靠港船舶无缝供电控制效果，有研究人员提出了岸电逆变器相位角预同步控制策略，通过实验验证，认为岸电逆变器相位角预同步控制具有可行性。在此策略控制下，促使岸电逆变器输出电压与船舶电网电压保持同步，为岸电并网提供了可行性依据，保证最终的并网效果。在相位角预同步过程中，运用到三相软件锁相环技术（SPLL）。

在此项技术支撑下可更精准地获取到船舶电网电压的相位，为保证船舶电网电压相位信息有效应用，在获取电压相位过程中需根据三相软件锁相环技术应用原理进行。三相SPLL可自动跟踪输入信号频率，实现对相位闭环系统的控制，最终可得到锁相环输出相位角与输入信号同步的结果，进而对电网电压进行精准锁相。基于此，在岸电电源并网操作过程中，需要以船舶电网为基准，确保岸电电源与船舶电源并网。通过验证分析证实相位角预同步方法可行。

综上，岸电在船舶港口中的应用趋势显著，岸电本身的应用前景十分广阔，基于环保、低碳、绿色化港口建设角度，相关港口必须积极践行交通部《深入推进绿色港口建设行动方案（2018—2022年）》等相关政策，加大岸电技术在岸电并网中的应用，不断加强对岸电对接靠港船舶无缝供电控制方法进行改进和优化，切实优化船舶电源与岸电电源并网方式，扩大岸电覆盖和应用范围。