一站式全流程智能岸电系统和管理平台建设.pdf

0引言2019 年，交通运输部等 6 部门联合印发 关于进一步共同推进船舶靠港使用岸电工作的通知，要求进一步加大船舶靠港使用岸电协同推进力度，统一岸电标准，促进岸电规范化建设，完善供售电机制，推动岸电可持续发展，坚决打好污染防治攻坚战，打赢蓝天保卫战。自 2021 年 3月 1 日 中华人民共和国长江保护法 实施以来，船舶岸电已成为港口污染防治和绿色发展的重点、难点工作之一。随着海事、交通执法部门强力监管并要求“不接受污染物、不接岸电，不作业”，南京港龙潭集装箱有限公司（以下简称“龙集公司”）已有的 10 套非国标低压工频岸电设施无法满足单泊位多艘船舶用电和海船高压用电的需求，加上岸电操作人员人力不足，严重影响岸电服务时效，龙集公司与船方岸基接电服务的供需矛盾日益突出。在此背景下，龙集公司大力推进岸电建设，2021 年，在 2 310 m 码头岸线上新建 24 套智能岸电桩，实现码头每隔 90 m 就有 1 套智能岸电供电设施，通过一站式全流程智能岸电系统为靠港船舶提供自助式、零接触、全流程、智慧化的岸电服务，且均具备与港区中控管理平台远程数据传输功能。智能岸电系统的岸电数据由龙集公司统计、管理、分析，同时与江苏省岸电监管平台（船 E 行）进行数据对接，便于海事部门对靠港船舶岸电接电情况进行实时监管。1建设意义智能岸电系统以提升船舶岸电服务能力为宗旨，可为包括海船在内的所有靠港船舶提供岸电服务，实现自助扫码接电、自动停送电、自动记录用电详情、用电情况动态监测、自助结算、电子账单等功能，同时将所有岸电数据实时自动上传至主管部门指定的岸电监管平台。（1）有效提升岸电服务效率。船方通过扫码式自助接电，船舶等待时间由 30 min 缩短至 10 min，解决岸电操作人员人力不足、船舶靠港等待时间过长等问题，大幅提高船舶作业效率。（2）提升船舶使用岸电的安全性和可靠性。智能系统管理代替传统的人工巡查管理，实现码头一站式全流程智能岸电系统和管理平台建设摘要：为解决传统岸电操作人员人力不足、船舶靠港等待时间过长、使用数据采集困难、码头设备作业效率低等问题，提出一站式全流程智能岸电系统解决方案，构建智能岸电系统和管理平台，实现船舶靠港自助式使用岸电。以岸电服务全流程为切入点，从岸电设备、管理平台、人机交互、费用结算等方面进行设计和建设，并实现数据接口全面对接，使岸电系统与港口生产系统、政府监管平台实现数据集成和共享。智能岸电系统及管理平台已应用于南京港多个港区，累计服务船舶 2 万余艘次，供电超100 万 kW h，实现靠泊期间污染物零排放。关键词：港口；岸电设施；智能岸电系统；管理平台邱志超，覃远危（南京港龙潭集装箱有限公司，江苏南京210058）港口科技 绿色港口19靠港船舶使用岸电设备的全程监控、信息管理、设备控制，有效提高岸电使用安全性。（3）大幅降低港口生产成本。原岸电操作人员专班每月需投入大量资金维持，同时因计量等原因，不收取船方岸电使用费，公司每月需补贴大量电费。智能岸电系统投用后，系统精确计量、自动生成账单、实时结算、微信线上支付，每年可降低成本近 100 万元。（4）发挥较好的环保效应。建设前，因岸电设施不足，部分船舶停泊期间仍然使用柴油发电机维持运转，排放出大量有毒有害物质，如硫化物、碳氧化物、PM2.5等，且排放较为集中，对周围地区空气质量和水下生物造成不良影响。智能岸电系统建设后，靠港船舶岸电应接尽接，污染物的排放大幅减少。2建设方案2.1建设目标岸电供电设备满足国家标准，具备电压和频率可选择功能，实现恒压恒频输出，对岸上电网和船舶内网无谐波干扰影响具备缺相、短路、连锁、过载、抗冲击、逆功率等各种保护，能够与国内、国际船舶进行可靠、安全、规范连接。岸电系统设计操作简单，维护方便，符合节能、环保、安全等要求。同时，系统具备岸电电源进线和出线计量功能以及与江苏省岸电监管平台（船 E 行）、交通运输部岸电监管平台数据对接的功能。2.2智能岸电装置龙集公司岸电设备按照规格可分为高压变频、低压工频等 2 大类。智能高低压变频岸电设备可提供 6 600 V/60 Hz、6 000 V/50 Hz、440 V/60 Hz和 400 V/50 Hz 等 4 种电源，智能低压工频岸电设备可提供 400 V/50 Hz 电源。连接船舶用的连接件额定载流量主要分为 63 A、125 A、250 A 和 350 A等 4 种规格，均按国家最新标准建设。智能岸电设备从外观上看体积小巧，能够在码头前沿安放，既保证岸侧维护人员和船舶操作人员的安全，又不妨碍码头设备的运行。岸电设备外观见图 1。智能岸电装置（含高压）采用模块化设计，由嵌入式单片机控制，具有屏幕显示、扫码支付管理、充电接口管理、电能计量、安全保护等功能，集监控、计量、计费、支付、保护功能于一体，为船舶靠泊后提供安全可控的交流电源。岸电桩自带显示系统，具备扫码供电（高压需人工介入）、记录接电船舶、接电时间、断电时间、用电时长、用电量和支付结算等相关功能，并通过 4G 物联网模块进行数据实时传输，利用岸电管理系统实时在线显示。智能岸电设备框架组成示意图见图 2。图 1岸电设备外观图 2智能岸电设备框架组成示意图交流输入 AC显示屏管理平台负载设备控制板接触器检测交流接触器交流接触器（输出）控制电表数据交流电能表无线终端防雷保护器输入空开港口科技 绿色港口202.2.1高压变频岸电高压变频变压电源系统主要由输入移相变压器和变频功率单元等组成。系统采用功率单元串联技术，解决器件耐压的问题，级间 SPWM 信号移相叠加，提高输出电压谐波性能、降低输出电压的电压上升率；通过移相整流技术降低输入侧谐波，减小对电网的谐波污染；主控制器以双数字信号处理器（DSP）、超大规模集成电路可编程器件（CPLD 和 FPGA）为核心，配合数据采集、单元控制和光纤通信回路以及内置的可编程逻辑控制器等构成系统控制部分。1变频电源受电网电压的波动影响较小，在10%电网电压波动范围内仍可满载输出，对电压瞬变进行实时调节，抑制电网的电压扰动。在实施与船舶电源连接、退出和转换过程中船舶无须断电即可实现无缝切换，由船侧实现负载转移和同步并网。同时，高压变频变压电源系统具有逆功率处理功能，采用整流、逆变和软件控制等手段完全抑制逆功率的产生。系统采用低噪声设计，在距离岸电电源 1 m 的范围内任意方向进行测试，所测得的岸电电源噪声均不超过 85 dB。在过载能力方面以 500 kVA 输出容量的额定输出电流计算，110%的额定输出电流时系统可运行 60 min，120%的额定输出电流时系统可运行10 min，150额定输出电流时系统可运行 1 min。变频电源分为 6.6 kV/6 kV 和 0.44 kV/0.4 kV，2 个输出回路采用电气和机械互锁确保高压、低压 2 个输出回路不同时供电，输出能根据实际接驳船舶的用电需求进行切换。岸电插座箱的操作也采用机械连锁保护，确保操作安全。变频电源具备三相电压不平衡自适应能力,容许三相不平衡运行。变频电源的不平衡度满足船用岸电相关标准，三相负载不平衡度高于 25%时仍可稳定输出，且输出电压的三相不平衡度小于 3%。2.2.2低压工频岸电龙集公司低压工频岸电装置为立式岸电接线箱，供电参数为 400 V、50 Hz、三相四线+PE，接口采用可防水插座（防护等级不低于 IP67）。根据现场泊位需求，配有 63 A、125 A、250 A 等 3 种插座，单个岸电箱配备 2 个插座，采用接触器互锁确保 2 个插座间的电气隔离，确保空余不使用的插座保持断电状态。低压岸电设施配备专用岸电隔离变压器来满足电气隔离和船侧供电系统的要求，相关设备符合现行国家和行业标准。隔离变压器严格按照所在处所要求进行布置，满足通风散热、安全距离、电气五防、消防等要求。低压岸电箱具有短路、缺相、过欠压、过流、防雷等保护功能，配有电源、运行、故障等指示灯和急停按钮，同时具备船岸的电气联锁功能，实现插头位置检测，当安全回路或供电电缆因任何原因断开时，能够立即断电。2.2.3人机交互功能考虑到码头和船舶岸电使用方便，增设微信小程序“扫码”自助服务功能。岸电操作人员可通过手机关注“南京港龙潭集装箱有限公司”微信公众号，查看码头岸电设备使用情况，提前预付相关费用，预约指定泊位使用岸电，能够有效缓解原有船舶排队等接岸电的状况。码头前沿智能岸电设备能够收集并实时查看数据，解决码头传统手工统计不准确等问题，保证数据的准确性。智能岸电系统具备友好的人机界面，数据显示内容全面，可同时在线显示用电岸电泊位、设备位置、用电开始时间、船舶名称、船舶识别码等，1套设备同时具备向 2 艘船舶供电的功能；智能岸电设备通过物联网通信终端进行信号采集和数据传输，通过智能岸电管理平台进行数据统计、对用电船舶信息进行管理和支付用电费用。2.3岸电管理平台的搭建目前，国内部分港口也建设有岸电管理平台，但系统功能单一，仅具备采集数据的功能。龙集公司结合岸电的利用管理情况，进行技术攻关，按照需要建立完善的岸电管理平台，解决当前岸电平台的技术瓶颈。龙集公司依托现有信息采集、传输和其他相关技术，在现有智慧港口平台的基础上自主开发岸电智能管理平台模块，实现岸电数据与港口作业系统数据相互融合，同时打通与相关职能部门监管平台之间的数据联接，形成南京港集团首个岸电智能管理平台。智能岸电管理平台利用计算机技术和互联网技术，通过 GPS 定位关联数据以图标形式标识全港岸电设施，主要包括岸电桩正在使用、岸电桩正常处于待机闲置、岸电桩处于故障暂停使用、岸电桩网络处于离线等 4 种状态，点击平台树状菜单还可显示该岸电设施的参数和用电动态数据。岸港口科技 绿色港口21电实时状态界面截图见图 3。除在线监测外，平台还具备强大的智能统计功能，由点至面全面展现港区岸电系统的使用情况，实时展示码头岸电使用数据、自定义时段用电统计情况、数据采集终端情况、船舶用电历史数据查询和接电记录统计分析情况等信息。图 3岸电实时状态界面截图区别于传统管理平台，智能岸电管理平台采用大数据可视化技术，利用图形、图像处理、计算机视觉等视觉形式，以最直观的方式将所有功能演示和智能分析结果融合展示在同一个界面上，用户无须烦琐的操作，只需 1 个屏幕即可获取所需信息，真正做到“一屏尽显、一目了然”，实现岸电可视化管理。2.3.1管理平台架构平台架构设计分为数据层、网络层、平台层、应用层、展示层。现场设施通过智能感知终端进行数据采集，通过智能通信模块，把感知数据上传至平台，平台提供存储、运算、分析等数据服务，以小程序等形式呈现相应的业务服务和应用。管理平台架构见图 4。2.3.2系统部署龙集公司岸电系统采用分布式部署，服务器、数据库、岸电管理平台系统安装在港区控制中心，与港区信息化系统共用同一网络，保证系统安全性。在网络规划方面，在控制中心部署 1 套核心交换机，核心交换机通过网络安全服务器连接互联网，为岸电平台信息监控系统提供外网服务，方便用户随时随地访问。2.3.3岸电系统与港区业务系统对接智慧岸电管理平台主要分为 4 个模块，分别是数据采集模块、数据和接口管理模块、应用展示模块和第三方接口对接模块。（1）数据采集模块。整个系统采用以太网的网络通信结构，各系统之间传输数据可采用HTTP 协议、TCP/IP 协议、串口协议、数据库等多种方式实现数据互通。数据、分析决策信息由数据采集和第三方接口将数据汇集到数据感知平台，由感知平台进行分析处理，形成可视化、图形化的展示。（2）数据和接口管理模块。主要是数据输入接口和数据输出接口，数据格式以 Socket 通信、WebService、MessageQueue、Database 等多种方式输入或输出数据平台。（3）应用展示模块。通过大屏或手持 App等多岸电管理系统 V1.0欢迎你，操作员diaodu南京港龙潭集装箱看板电站电桩管理用户管理运营统计龙潭港岸电管理系统本年用电总量178 948kW h本月用电总量22 915kW h今日用电总量200kW h本年用电艘次3 145艘/次本月用电艘次595艘/次今日用电艘次艘/次8当前用户总数646个LTG-01806-406#LTG-02806-410#LTG-04807-419#LTG-03807-415#LTG-05807-416#LTG-06808-428#LTG-07808-432#LTG-08808-436#LTG-0809-44LTG-10809-445#LTG-11809-449#LTG-12809-454#LTG-13810-458#LTG-14810-462#LTG-15801-04#LTG-16801-09#LTG-17802-13#LTG-18802-18#LTG-19802-22#LTG-20803-27#LTG-21803-31#LTG-22804-36#LTG-804-100 m过滤：电箱名称LTG-05安装位置807-416#用户账号137船舶名称和泰通 2开始时间2023-05-24 11：51：09已充时间22 h 0 min已充电量1 413.08 kW h港口科技 绿色港口22图 4管理平台架构种方式展示数据，主要是数据监控和信息管理。其中：系统数据监控主要是分为岸电信息监控、能耗监控、船舶数据监控；信息管理主要是对汇集的数据进行统计和分析。（4）第三方接口对接模块。与 EMS 对接，将岸电能耗数据实时上报，用于整体能耗统计分析；与 CMS 对接，将岸电使用状态、故障状态进行反馈，利于设备维修人员快速准确处理岸电桩故障；与 TOS 对接，获取 TOS 的船舶动态用于实时状态显示，将岸电操作作为杂项反馈给 TOS；与财务系统对接，将船舶消耗的岸电电量反馈给财务系统，用于计费，实现在线开票等功能；与监管平台对接，实时传输船舶接电数据，方便政府职能部门对船舶进行远程监管。3岸电使用情况自 2021 年 11 月系统上线以来，龙集公司累计为 23 706 艘次船舶提供智能岸电服务，累计用电 104.24 万 kW h。船舶岸电服务时间从原来的约 30 min/艘次缩短到不足 10 min/艘次，等待时间减少 67%以上。智能岸电系统的投用不仅可以为船舶提供全天候、不间断的安全高质量岸电服务，而且系统操作便捷，船员可自行完成接电、扫码等全部工作。4结语龙集公司智能岸电系统和管理平台建设项目作为长江流域港口智能岸电先行示范点，是长江港口船舶岸电服务的典型应用案例。通过智慧岸电管理平台的建设，形成标准化的数据采集平台，为码头后续的运营、功能升级打好基础，也能够基于此平台方便地接入码头的其他设备感知数据，为码头的智慧化建设奠定基础。参考文献1 葛修军.国产高压变频器在火电厂凝结水泵上的应用J.内江科技,2011(11):121-122.展示层微信小程序应用层项目管理账户信息管理通知方案电价管理电桩管理计费方案管理设备管理业务访问 Web预付费管理预付费操作开销户管理数据异常通知账单管理远程分合闸账单费用统计业后台监控程序平台管理项目设置权限设置预警设置平台层数据处理层服务层协议层数据预处理通信服务协议封装数据校验审查 规约、加密解析数据服务设备服务消息列队数据存储层消息服务权限服务历史数据库报文解析实时数据文件缓存业务流程引擎服务报文处理网络层数据层预付费电能表智能通信管理机4G/GPRS数据采集终端移动支付港口科技 绿色港口23