港口船舶岸电供电计量系统设计

魏同胜，张 维，孙 盼

应用研究

港口船舶岸电供电计量系统设计

魏同胜1，张 维2，孙 盼2

（1. 北部战区海军保障部军事设施建设处，青岛 266000；2. 海军工程大学电气工程学院，武汉 430000）

针对某港口船舶岸电供电计量系统信息化、自动化程度不高的问题，结合码头供水、供气等高效精准保障需求，通过船舶保障卡、通用控制器及综合计量软件设计港口船舶岸电供电计量系统，实现船舶码头靠泊时水、电、气等消耗的自动统计汇总，为港口保障的信息化、智能化提供技术基础。

港口 岸电 计量系统

0 引言

世界上大多数船舶使用燃油发电机发电，发电过程中排放大量污染物，对港口带来了很大污染。船舶码头靠泊通过接入岸电来替代船舶辅机发电，能够实现靠港船舶大气污染物零排放，可以有效降低对码头的环境污染[1]。

2016年国家电网公司颁布了企业标准Q/GDW 11466-2016，要求船舶靠港期间，停止使用船舶发电机，改由岸电系统向靠港船舶供电。根据港口大小和停靠船舶类型，港口岸电供电可以采取高压或低压岸电供电模式[2]。

码头岸电供电计量系统是准确计量船舶码头靠泊期间电能消耗及结算费用的重要工具[3]。本文主要针对某码头原有岸电供电计量系统进行研究，结合码头供水、供气的应用需求，构建设计智能化、通用化、信息化码头岸电供电计量系统，提高码头岸电供电计量系统的准确性、便捷性及综合保障能力。

1 船舶岸电供电计量

1.1 岸电供电系统

某码头现有船舶岸电供电系统采用低压岸电供电模式，将码头电网10 kV/50 Hz高压，由码头配电站变压为400 V/50 Hz低压电源，再由码头岸电箱接入码头停靠船舶，供船舶设备使用。

图1 码头岸电供电系统框图

1.2 岸电供电计量

由于某码头岸电供电服务对象均为系统内船舶，其岸电消耗和结算采用统一结算模式[4]。船舶码头停靠时，船舶岸电管理人员通过专用计量卡、岸电箱内布置的电能表及码头岸电管理软件，与码头岸电管理人员协调，可在系统内不同码头靠泊时开卡供电并结算。专用计量卡成为计量表与管理软件的信息转换传递桥梁。

图2 码头岸电供电计量系统关系框图

原码头岸电供电计量系统由于采用机械仪表，人工抄表，其自动化程度不高，存在误抄、漏抄现象。且由于系统信息化程度不高，电能消耗数据查询效率低，不能实现有效数据汇总上报与结算。面对码头船舶供电之外的供水、供气等其它需求，也需要整合相关的计量系统，形成一套通用系统，以提高码头整体的管理服务水平。

2 供电计量系统方案

根据某码头船舶岸电供电、供水、供气等消耗综合计量的需要，重点针对码头船舶岸电供电计量系统改造实际要求，提出船舶码头岸电供电计量系统设计方案，兼顾码头供水、供气等综合使用需求，论述改造后系统结构、软硬件组成及实现功能。

2.1 系统组成

图3 码头岸电供电计量系统组成框图

系统主要由船舶保障卡、通用控制器、综合计量软件系统三部分组成。船舶保障卡主要存储船舶信息和水、电、等消耗数据，作为船舶用户识别唯一载体；通用控制器用于船舶用户与岸电、淡水、蒸汽等计量仪表、控制设备自动绑定，实现自动控制和自动计量；综合计量系统软件用于港口范围内统一发卡，一卡通用，统一结算，可汇总上报船舶消耗数据。

3 硬件设计

3.1 通用控制器

通用控制器由STM32F407控制芯片、能源计量表、能源传感器、高精度时间模块、刷卡器模块、SD读写卡模块、按键、彩色显示屏、CAN模块、强电控制模块、网口及RS485模块组成，可实现用户识别、供应控制、数据记录及存储、状态显示及反馈、抄表与配置、安全监控等功能。

图4 通用控制器硬件组成框图

3.2 船舶保障卡

为满足保障卡存储至少一年操作记录的要求，采用FM1280 CPU卡芯片作为供电卡核心器件。该芯片具备非接触式接口，支持ISO/IEC 14443A通信协议，内置Triple-DES、SSF33、SM1等安全算法，自带EEPROM数据存储器，满足数据擦写和存储需求。

船舶保障卡经USB接口连接读卡器，实现综合计量软件系统与控制器内数据的交互，并可将相关消耗数据由综合计量软件系统对相关数据进行获取、分类、整理、入库、擦除与写入；可通过网络接口对控制器进行初始化配置及计量控制设备状态的实时监控。

4 软件设计

4.1 通用控制器软件

基于通用控制器码头供电、供水、供气等应用场景，采用KeiluVision4嵌入式软件开发实现程序逻辑，可以实现对电路、水路、供气等的控制回路的操作，并由存储于FLASH内的相关变量判断控制器实际运行时选取的逻辑。

嵌入式软件控制逻辑需要综合通用控制器的电路控制主体需求，实现各片外元器件的综合调度；各输入输出接口间的逻辑处理；通用控制器间的联合控制以及异常情况处理逻辑。

4.2 综合计量软件系统

综合计量软件系统还具备用户管理及权限管理功能，可适应码头管理系统中不同层级使用；实现对入库数据的统计、分析、交互，并生成统计、分析报表；还可将数据汇总打包生成向港口上下级传递的加密数据包。系统具有高可靠性、安全性、便捷性。

图5 综合计量软件系统架构图

5 结束语

本文所设计的港口船舶岸电供电计量系统利用岸电供电卡和通用控制、计量设备及管理软件，实现船舶码头靠泊时水电气等消耗的自动统计汇总，便于码头管理部门为船舶靠泊提供准确的保障服务，也为港口保障的信息化、智能化提供技术基础。

[1] 毕长生, 尚亚男, 赵志远, 等. 船用岸电技术综述[J]. 交通节能与环保, 2017, 13(02): 16-20.

[2] 刘杜, 孙佳星, 乔康恒, 徐健超. 港口船舶岸电电源系统研究综述[J]. 船电技术, 2021, 41(06): 29-34.

[3] 吴振飞, 叶小松, 邢鸣. 浅谈船舶岸电关键技术[J]. 电气应用, 2013(06): 22-26.

[4] 魏茂苏. 国际航运碳排放核查规则下的船舶燃油流量计计量[J]. 舰船科学技术, 2018.

[5] 王金波, 胡学忠, 颜明东, 等. 港口船舶岸电综合监控系统设计与实现[J]. 港口科技, 2015(09): 1-4+34.

Design of power metering system for harbor shore power

Wei Tongsheng1, Zhang Wei2, Sun Pan2

（1. Construction Department of Military Installations, Naval Security Department, Northern Theater Command, Qingdao 266000, China; 2. College of Electrical Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China）

U665

A

1003-4862（2023）02-0033-02

2022-05-18

魏同胜(1981-)，男，工程师。研究方向：军港管理保障。E-mail: 1966317919@qq.com