内河高桩靠泊船舶岸电接入系统及方法与流程

本发明涉及船舶电力系统自动化领域，特别适用于内河高桩靠泊船舶的岸电接入，属于电力系统自动化技术领域。

背景技术：

随着经济社会的发展，内河货运船舶数目增长迅速。日益增长的内河货运船舶数目与当前港口基础设施能力不足产生矛盾。高桩靠泊停靠方式能很好的补充港口基础设施的不足。因此，高桩靠泊成为了一种重要的靠泊方式。旺盛的船舶靠泊需求也带来了许多问题，如能源消耗、有害气体排放以及噪音污染等。高桩岸电接入系统可以很好的解决以上问题。

目前，在世界范围内尚未有高桩岸电系统投入实际使用。近年来，随着控制，电机，通信技术的发展，这使得实现高桩岸电的接入成为了可能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种内河高桩靠泊船舶岸电接入系统及方法。本发明可以在高桩水域环境符合岸电接入的要求时工作，通过控制旋转导轨平台的旋转，将电缆送至受电船舶，并在船上工作人员将电缆接入船舶受电装置后对船舶输送岸电。

本发明所采用的技术方案是：内河高桩靠泊船舶岸电接入系统，包括岸基电源装置、船岸交互装置和船舶受电装置，岸基电源装置设置在岸上，船岸交互装置设置在靠岸高桩上，船舶受电装置设置在船舶上，并且岸基电源装置通过电缆与船岸交互装置相连，当船舶接电成功时船岸交互装置和船舶受电装置也通过电缆相连；所述船岸交互装置包括旋转导轨平台，旋转导轨平台可在靠岸高桩上旋转，旋转导轨平台内设导轨，电缆穿过导轨，电缆上还接有电缆收放装置。

进一步地，所述船岸交互装置还包括控制单元和通信单元，通信单元、旋转导轨平台以及电缆收放装置与控制单元通信连接；所述岸电接入系统还包括服务器和监控中心，通信单元与服务器通信连接，服务器与监控中心通信连接。

进一步地，所述岸电接入系统还包括客户端，服务器与客户端通信连接。

进一步地，所述通信单元、旋转导轨平台以及电缆收放装置与控制单元之间通过Modbus协议串口进行通信，通信单元与服务器之间通过无线网络进行通信。

进一步地，所述旋转导轨平台内部装有电动机，并接有减速器；电缆收放装置内安装有与电缆相连的伺服电机；控制单元采用可编程逻辑控制器。

进一步地，所述旋转导轨平台包括旋转装置，旋转装置通过旋转平台底座安装在靠岸高桩上，导轨包括单数或复数条轨道，轨道内的电缆包括有动力电缆和通信电缆。

进一步地，所述导轨靠近旋转平台底座一侧接有配重装置，动力电缆穿过导轨上的开口后接有电缆接头，当船舶接电成功时电缆接头与船舶受电装置相连。

进一步地，当所述动力电缆为复数条时，相应每条动力电缆穿过的开口也为复数个，各开口之间皆有间距，导轨上还接有超声波传感器。

进一步地，所述岸基电源装置包括电制转换装置和配电柜，配电柜通过电制转换装置接至电缆；所述船舶受电装置为包含相序检测装置以及受电插座的船舶岸电箱，相序转换装置接至船舶主配电板，当船舶接电成功时受电插座与电缆相连。

内河高桩靠泊船舶岸电接入方法，其步骤包括：

S1)监控中心实时监测环境是否符合使用该岸电接入系统的条件，并上传至服务器；控制单元实时监测该岸电接入系统各模块是否工作正常，并将数据上传至服务器；当以上两点均符合使用条件时，服务器处于待机状态，接受用户使用申请；此时，当船舶需要高桩靠泊并接入岸电时，船员通过客户端向服务器发送岸电使用申请；

S2)船舶通过绳索拴在靠岸高桩上，服务器接受到使用申请的信号后，通过超声波传感器监测船舶与导轨的高度差，根据不同情况选取下述三种控制方式的一种，调整接入岸电的模式：

a)旋转导轨平台短距离旋转

当靠岸高桩水域水位较低，导轨没有与船舶上层建筑碰撞的危险时，旋转导轨平台直接按最短距离旋转至船舶受电装置上方，并由电缆收放装置释放动力电缆，直至电缆接头送至船舶受电装置；

b)旋转导轨平台长距离旋转

当靠岸高桩水域水位较高，旋转导轨平台有可能与船舶上层建筑碰撞时，服务器通过控制单元控制旋转导轨平台按与步骤a)相反的长距离方向旋转至船舶受电装置上方，并由电缆收放装置释放动力电缆，直至电缆接头送至船舶受电装置；

c)旋转导轨平台手动遥控模式

当靠岸高桩水域水位较高，旋转导轨平台有可能与船舶上层建筑碰撞，且江面情况较为复杂时，服务器切换为手动遥控方式，由监控中心的工作人员对旋转导轨平台进行旋转操作，并由电缆收放装置释放动力电缆，直至电缆接头送至船舶受电装置；

S3)当电缆接头送至船舶受电装置后，由船员手动将电缆接头上的插接件连接至船舶受电装置的受电插座；

S4)控制单元控制电缆收放装置，保持对动力电缆的恒张力控制，以保证电缆不受船舶横摇和纵倾的影响；

S5)待船舶受电装置检测到电缆接头已完成与船舶受电装置的稳定物理连接，且柴油发电机组已从船舶电网中切除时，该岸电接入系统开始为船舶供电，从而完成整个岸电接入的过程。

本发明与现有技术相比具有以下主要优点：

1.内河高桩靠泊船舶使用高桩岸电接入系统可以最大程度的替代燃油发电，实现靠泊船舶燃油零消耗和废气零排放。

2.现有的岸电接入系统使用不便，并且有安全隐患导致船员使用积极性不高，岸电使用率极低。本发明实现岸电的自动接入，解决了以上问题。

3.高桩岸电接入系统无需人员值守，节约人力成本。

4.高桩岸电系统在不使用时不影响航道通行。

附图说明

图1是本发明内河高桩靠泊船舶岸电接入系统的结构示意图。

图2是本发明用于内河高桩靠泊船舶的高桩岸电接入系统的旋转导轨平台的主视图。

图3是本发明用于内河高桩靠泊船舶的高桩岸电接入系统的旋转导轨平台的俯视图。

图4是本发明用于内河高桩靠泊船舶的高桩岸电接入系统的待机模式示意图。

图5是本发明用于内河高桩靠泊船舶的高桩岸电接入系统的工作模式示意图。

图中：1.旋转平台底座；2.电缆接头；3.动力电缆；4.导轨；5.配重装置；6.开口；7.船舶；8.绳索；9.靠岸高桩；10.船舶上层建筑；11.船舶岸电箱。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明所提出的系统和方法适用于散货船，集装箱船，汽车滚装船等。船舶岸电的接入使得高桩靠泊船舶避免柴油发电机组的使用，从而实现靠泊船舶燃油零消耗和废气零排放。

本发明提供的内河高桩靠泊船舶岸电接入系统，其包括岸基电源装置、船岸交互装置、船舶受电装置、监控中心、客户端以及服务器；所述服务器分别与监控中心、客户端以及船岸交互装置通信连接；所述岸基电源装置、船岸交互装置与船舶受电装置(接电成功时)通过动力电缆连接；所述船岸交互装置包括控制单元、3G通信模块、旋转导轨平台以及电缆收放装置，其中3G通信模块、旋转导轨平台以及电缆收放装置分别通过串口(Modbus协议)与控制单元通信连接。

当监控中心监测得到的高桩水域的环境符合靠泊船舶接入岸电条件时，系统处于待机状态，一旦用户发送使用请求信息，高桩岸电接入系统立刻启动；一旦不符合使用条件，系统自动屏蔽一切使用请求信息。

当系统正常工作时，岸基电源装置中的电制转换装置将转换电制后的电能从配电柜馈送至船岸交互装置。

所述船舶受电装置的作用是通过其相序转换模块校正三相交流电的相序后，将电能馈送至船舶电网。船舶受电装置直接与电缆连接，并具有电缆是否连接好、柴油发电机组是否切离船舶电网等检测。

所述船岸交互装置用于将电缆自动分配给高桩靠泊船舶。

所述船岸交互装置由控制单元、3G通信模块、电缆收放装置以及旋转导轨平台组成，其中：所述3G通信模块通过无线网络与服务器通信连接；所述控制单元通过串口(Modbus协议)分别与电缆收放装置与导轨旋转平台通信连接。

所述船岸交互装置的控制单元可以为可编程逻辑控制器(PLC)。所述PLC通过3G通信模块与服务器交换信息确定工作状态；所述PLC通过串口(Modbus协议)通信实现电缆收放装置与导轨旋转平台的控制。其中：所述电缆收放装置由伺服电机驱动，所述PLC通过从监控中心获取的高桩水域水位信息判断释放电缆的长度，并在船舶成功接入岸电后对电缆保持恒张力控制，保证电缆不受船舶横摇和纵倾的影响；导轨旋转平台由大功率电机驱动，所述PLC通过从监控中心获取的受电船舶的位置信息控制电机旋转，电机通过减速器以一定的角速度将导轨旋转至船舶受电装置的正上方。在必要时，系统可切换为手动操作模式，由监控中心工作人员远程控制。

所述旋转导轨平台由旋转装置以及固定在旋转装置上的导轨组成。所述导轨拥有数条轨道，每条轨道带有一个开口，每个开口相距10米。电缆接头通过开口穿过导轨。系统工作时，伺服电机释放电缆，电缆通过电缆接头的重力缓慢降落至受电船舶。因此，该系统可同时为数艘船舶提供岸电。此外，所述导轨上安装有超声波传感器，可实时监测导轨是否有碰撞的可能，并将数据传送给控制单元。

所述电缆收放装置带有动力电缆以及通信电缆。所述动力电缆带有大电流插头，与所述船舶受电装置带有的大电流插座配合使用。所述通信电缆用于将船舶受电装置与船岸交互装置通信连接。所述动力电缆与通信电缆封装于同一电缆套管内，共同收放。

所述内河高桩靠泊船舶岸电接入系统用于高桩靠泊船舶接入岸电，关停柴油发电机组，从而实现靠泊船舶燃油零消耗和废气零排放。

所述的内河高桩靠泊船舶岸电接入系统，其用途是为高桩靠泊船舶提供岸电，所述船舶包括散货船、集装箱船和汽车滚装船等。

所述的内河高桩靠泊船舶岸电接入系统，其用途是尽可能少的改变船舶原有电网结构，安全可靠的为船舶提供岸电。系统工作时，将根据高桩水位的情况采取不同的控制策略，其具体运行过程：高桩岸电接入系统不工作时处于待机状态。系统工作时发出工作指令，并通过超声波传感器测定受电船舶上层建筑与导轨的距离。当高桩水域水位不高，受电船舶上层建筑与导轨的距离大于5米，则系统控制旋转导轨平台以一定的速度逆时针旋转至船舶受电装置上方并开始释放电缆至受电船舶。该控制策略所需时间最短，消耗的电能最少。当高桩水域水位较高，系统通过超声波传感器测定受电船舶上层建筑与导轨的距离不足5米，导轨平台有可能与上层建筑碰撞时，则系统控制旋转导轨平台以一定的速度顺时针旋转至船舶受电装置上方并开始释放电缆至受电船舶。该控制策略可以避免导轨与船舶上层建筑发生碰撞。当系统通过超声波传感器监测到旋转导轨平台旋转路径上有其他障碍物时，系统自动切换到手动工作模式，由监控中心的工作人员对现场进行调度，并对旋转导轨平台进行操作，避免事故的发生。无论哪种情况，系统最终将处于工作状态。

一套系统可同时为数艘船舶提供岸电(具体数目由高桩码头环境决定，本说明书以5条为例)。停靠船舶将由与高桩的距离由近及远编为1-5号。同时，导轨上的5条电缆也依据开口与高桩的距离由近及远编为1-5号。系统为船舶提供同编号的电缆，便于管理。待电缆释放至船舶后，船上工作人员将电缆手动连接至船舶受电装置。船舶受电装置将检测电缆接头是否接好以及柴油发电机组是否从离船舶电网中切除。如检测结果显示电缆接头已接好且柴油发电机组已被船舶电网切除，船舶受电装置会将此信息通过动力电缆内的通信电缆传送至所述PLC，控制系统开始对船舶供电。

本发明可以在安全可靠的前提下向高桩靠泊船舶提供稳定的岸电，实现靠泊船舶燃油零消耗和废气零排放，改善水域大气质量。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供内河高桩靠泊船舶岸电接入系统，其结构如图1所示，包括岸基电源装置、船岸交互装置、船舶受电装置、监控中心、客户端以及服务器；所述服务器分别与监控中心、客户端以及船岸交互装置通信连接；所述岸基电源装置、船岸交互装置与船舶受电装置(接电成功时)通过电缆连接；所述船岸交互装置用于将电缆自动分配给高桩靠泊船舶，并根据水位自动调整电缆长度，其包括控制单元、通信模块(例如2G/3G/4G无线通信方式)、旋转导轨平台以及电缆收放装置，其中3G通信模块、旋转导轨平台以及电缆收放装置分别通过串口(Modbus协议，一种串行通信协议，是Modicon公司于1979年为使用PLC通信而发明)与控制单元通信连接。所述旋转导轨平台由旋转装置以及固定在旋转装置上的导轨4组成(如图2、3所示)，所述导轨拥有数条轨道，具体数目由高桩码头具体情况决定。

所述岸基电源装置包括：电制转换装置以及配电柜。

所述电制转换装置的功能是将码头所用的带保护线的三相四线制(TN-S)转换为船舶使用的三相三线制(IT)。

所述船舶受电装置为包含相序检测装置以及受电插座的船舶岸电箱11。

所述相序转换装置的功能是检测岸电相序是否与船舶电网一致，如果不一致则自动将三相电的相序转换为一致的相序，并将电能馈送到船舶主配电板。

所述控制单元、旋转导轨平台以及电缆收放装置通过串口(Modbus协议)通信连接，从而控制并监控这些模块的运行状态；控制单元通过串口(Modbus协议)与3G通信模块通信连接；3G通信模块与服务器通过无线网络通信并连接并交换数据。

旋转导轨平台内部装有大功率电机，并采用与减速器连接的结构，用于带动导轨平台的旋转；电缆收放装置内安装有伺服电机用于控制电缆3的收放以及在电缆3工作时维持电缆的张力。

本发明提供的高桩岸电接入系统，其在船舶电力系统中的应用，所述船舶包括散货船，集装箱船，汽车滚装船。

下面以某汽车滚装船为例，说明本高桩岸电接入系统在该滚装船的应用。

本发明中，电缆接头采用上海嘉铠电子科技有限公司生产的大电流插头插座JAB 004-002，该装置防护等级达IP67，且使用寿命达100000次，符合高桩岸电接入的要求；3G通信模块采用巨控科技生产的GRM500系列；控制单元采用西门子公司生产的S7 300 PLC；岸基电源装置中的配电柜、电制转换装置以及船舶岸电箱11可采用现有技术。

应用时，监控中心实时监测环境是否符合使用高桩岸电系统的条件(如遭遇8级以上大风，暴雪、大雾、冰雹、冰冻等灾害性气象则不符合高桩岸电系统接入条件，无灾害性气候则符合高桩岸电接入系统条件)，并上传至服务器；控制单元实时监测该高桩岸电系统各模块是否能正常工作，并将数据上传至服务器。当以上两点均符合使用条件时，系统接受用户使用申请。此时，当该滚装船需要高桩靠泊并接入岸电时，船员可通过客户端向服务器发送岸电使用申请。

如图4、图5所示，实施例中的靠岸高桩9位于船舶7右侧，船头朝向与导轨4朝向相同。系统接受到使用信号后监测申请使用高桩岸电系统的船舶与导轨平台的高度差，根据不同情况采取三种控制方式，调整接入岸电的模式：

(1)导轨平台逆时针旋转

当高桩水域水位较低，导轨平台没有与船舶上层建筑10碰撞的危险时导轨平台直接逆时针旋转至船舶受电装置上方，并释放电缆3。此种控制方式最为简单，旋转的角度最小，对能源的消耗以及系统的磨损也最小。

(2)导轨平台顺时针旋转

当高桩水域水位较高，导轨平台有可能与船舶上层建筑10碰撞时，系统控制导轨平台顺时针旋转至船舶受电装置上方，并释放电缆3。此种控制方式可以避免导轨平台与船舶上层建筑10碰撞，发生危险。

(3)手动遥控模式

当高桩水域水位较高，导轨平台有可能与船舶上层建筑10碰撞，且江面情况较为复杂时，系统切换为手动遥控方式，由监控中心的工作人员对导轨平台进行操作，确保安全。

当电缆送至高桩靠泊船舶后，由船员手动将电缆3连接至船舶受电装置。待系统检测到电缆3已完成与船舶受电装置的物理连接，且柴油发电机组已从船舶电网中切除时，系统开始为高桩靠泊船舶供电，从而完成整个岸电接入的过程。