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Wireless power transfer technology for shore-to-ship applications
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The continuous growth of maritime transportation has driven the demand for more sustainable and efficient solutions for supplying energy to ships while docked at port. Conventional shore-to-ship power systems rely on heavy cable connections that are complex to handle, prone towear, and require frequent maintenance. Thiswork presents the development and implementation of a wireless power transfer (WPT) system for shore-to-ship applications, with the goal of increasing safety, flexibility, and reliability in port electrification. The proposed system integrates a power electronic converter composed of a three-level neutral point clamped (3LNPC) rectifier, a three-level inverter connected to the wired interface, and a high-frequency H-bridge inverter associated with the inductive power transfer (IPT) link. The design focuses on scalability, efficiency, and galvanic isolation between the shore grid and the ship, ensuring compliance with maritime safety standards. Communication between the control platform and the power stage is achieved through optical fiber, providing robust, low-latency signal transmission immune to electromagnetic interference. Experimental validation was carried out on a laboratory-scale prototype, demonstrating both the wired connection and wireless power transfer. The results confirm the feasibility of applying IPT technology in maritime environments, paving the way for cleaner, safer, and more convenient shore connection systems.
O crescimento continuo do transporte marítimo tem impulsionado a procura por soluções mais sustentáveis e eficientes para o fornecimento de energia aos navios atracados em portos. Os sistemas convencionais de alimentação “shore-to-ship” baseiam-se em ligações com cabos pesados, de manuseamento complexo, sujeitos a desgaste e que exigem manutenção frequente. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e implementação de um sistema de transferência de energia sem fios (Wireless Power Transfer) para aplicações “shore-to-ship”, com o objetivo de aumentar a segurança, flexibilidade e fiabilidade na eletrificação portuária. O sistema proposto integra um conversor eletrónico de potencia composto por um retificador NPC de três nível (3LNPC), um inversor de três níveis, associado a ligação com fios e um inversor em ponte H (H-bridge) de alta frequência, associado a ligação de transferência indutiva de potencia (Inductive Power Transfer). O projeto foi concebido com foco na estabilidade, eficiência e isolamento galvânico entre a rede terrestre e o navio, assegurando a conformidade com os padrões de segurança marítima. A comunicação entre a plataforma de controlo e a parte de potencia e realizada através de fibra ótica, proporcionando uma transmissão de sinais robusta, de baixa latência e imune a interferências eletromagnéticas. A validação experimental foi efetuada num protótipo em escala laboratorial, demonstrando a ligação com fios e a transferência de energia sem fios Os resultados confirmam a viabilidade da aplicação da tecnologia IPT em ambientes marítimos, abrindo caminho para sistemas de ligação em porto mais limpos, seguros e convenientes.
O crescimento continuo do transporte marítimo tem impulsionado a procura por soluções mais sustentáveis e eficientes para o fornecimento de energia aos navios atracados em portos. Os sistemas convencionais de alimentação “shore-to-ship” baseiam-se em ligações com cabos pesados, de manuseamento complexo, sujeitos a desgaste e que exigem manutenção frequente. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e implementação de um sistema de transferência de energia sem fios (Wireless Power Transfer) para aplicações “shore-to-ship”, com o objetivo de aumentar a segurança, flexibilidade e fiabilidade na eletrificação portuária. O sistema proposto integra um conversor eletrónico de potencia composto por um retificador NPC de três nível (3LNPC), um inversor de três níveis, associado a ligação com fios e um inversor em ponte H (H-bridge) de alta frequência, associado a ligação de transferência indutiva de potencia (Inductive Power Transfer). O projeto foi concebido com foco na estabilidade, eficiência e isolamento galvânico entre a rede terrestre e o navio, assegurando a conformidade com os padrões de segurança marítima. A comunicação entre a plataforma de controlo e a parte de potencia e realizada através de fibra ótica, proporcionando uma transmissão de sinais robusta, de baixa latência e imune a interferências eletromagnéticas. A validação experimental foi efetuada num protótipo em escala laboratorial, demonstrando a ligação com fios e a transferência de energia sem fios Os resultados confirmam a viabilidade da aplicação da tecnologia IPT em ambientes marítimos, abrindo caminho para sistemas de ligação em porto mais limpos, seguros e convenientes.
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Palavras-chave
Galvanic isolation High-frequency inverter Inductive power transfer Optical fiber Power electronics converter Shore-to-ship Three-levelNPC converter Wireless power transfer Fibra ótica Conversor de eletrónica de potencia Conversor NPC de três níveis Inversor de alta frequência Isolamento galvânico Porto para navio Transferência de energia sem fios Transferência indutiva de potencia
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