【摘要】隨著傳統(tǒng)集裝箱港口通用的起重機(jī)械輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)（Rubber Tyred Gantry Crane，簡(jiǎn)稱RTG）因?yàn)椴裼桶l(fā)電機(jī)組驅(qū)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換效率低、能耗大、成本高、污染嚴(yán)重、噪音和振動(dòng)大而進(jìn)行柴電改造，采用市電供電以達(dá)到節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境的目的。但大多數(shù)RTG不能實(shí)現(xiàn)能量再生，只能將能量通過電阻消耗掉，造成了能源的浪費(fèi)。基于電力電子技術(shù)的臺(tái)達(dá)主動(dòng)式電能回升技術(shù)被用來治理港口行業(yè)的此類問題，為廣大港口帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

【Abstract】Textile industry after years of development， with large-scale, intensive development, automation degree is more and more high, a large number of power electronic equipment used in textile production process, resulting in a great deal of harmonic pollution, to the normal operation of 【Abstract】Textile industry after years of development， with large-scale, intensive development, automation degree is more and more high, a large number of power electronic equipment used in textile production process, resulting in a great deal of harmonic pollution, to the normal operation of production brought hidden trouble, the traditional passive capacitor compensation methods cannot meet the requirements， based on power electronics technique of Active Power Filter(APF)technology is used to control the harmonic problem in textile industry, for the vast number of textile enterprises convenient and fast.

【Keywords】active Power filter; APF; textile industry; harmonic compensation

1  港口行業(yè)背景及現(xiàn)狀

改革開放以來，中國(guó)港口業(yè)以銳不可擋之勢(shì)，創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)奇跡，貨物吞吐量和集裝箱吞吐量一路飆升，成為世界上港口吞吐量和集裝箱吞吐量最多、增長(zhǎng)速度最快的國(guó)家。中國(guó)港口行業(yè)在取得驕人成績(jī)的同時(shí)日趨發(fā)展成熟。

目前，世界各集裝箱港口通用的起重機(jī)械（又稱場(chǎng)橋）有兩類，一類是軌道式集裝箱龍門起重機(jī)（Rail Mounted Gantry Crane，簡(jiǎn)稱RMG），另一類是輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)（Rubber Tyred Gantry Crane，簡(jiǎn)稱RTG）。RMG采用市電供電，具有節(jié)能、無噪音、無污染、穩(wěn)定可靠及能量可再生等優(yōu)點(diǎn)，但不能轉(zhuǎn)場(chǎng)；RTG是世界各大集裝箱專業(yè)化碼頭堆場(chǎng)的主力設(shè)備，它具有碼頭基礎(chǔ)的投資成本低、機(jī)動(dòng)靈活可轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)，一直受到廣大集裝箱作業(yè)碼頭的歡迎，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球集裝箱起重機(jī)中有95%均為RTG。

2  某港口面臨的電能質(zhì)量問題

某港口企業(yè)是國(guó)內(nèi)十大港口之一，2013年全港年貨物吞吐量近5億噸，集裝箱吞吐量超過1600萬標(biāo)準(zhǔn)箱，該港口目前大量使用RTG，并且完成柴電改造。

傳統(tǒng)的RTG由柴油發(fā)電組驅(qū)動(dòng)，雖然可以靈活轉(zhuǎn)場(chǎng)，但能量轉(zhuǎn)換效率低、能耗大、成本高、污染嚴(yán)重、噪音和振動(dòng)大，為了響應(yīng)節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境的號(hào)召，在油價(jià)高漲的趨勢(shì)下大多RTG都進(jìn)行“油改電技術(shù)”改造，采用市電供電，但是大多數(shù)RTG不能實(shí)現(xiàn)能量再生，只能將能量通過電阻消耗掉，造成了能源的浪費(fèi)。由于大量采用非線性設(shè)備（如變頻器），產(chǎn)生大量諧波，將會(huì)對(duì)設(shè)備帶來危害，并對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生巨大污染。

圖2 RTG工作圖和AFE安裝位置圖

3  AFE2000產(chǎn)品特點(diǎn)

為了解決上述問題，該港口企業(yè)采用了臺(tái)達(dá)有源前端AFE2000系列。該產(chǎn)品采用高階控制運(yùn)算法，能真正的實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)，與變頻器搭配，可實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)的四象限運(yùn)行。在該項(xiàng)目的應(yīng)用中，AFE2000實(shí)現(xiàn)了以下功能：

取代傳統(tǒng)剎車電阻，回生能量再利用。輪胎吊下行時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子超過電機(jī)同步轉(zhuǎn)速時(shí)（曲柄凈扭矩為負(fù)）， 交流電機(jī)變成交流發(fā)電機(jī)，此時(shí)電能需要通過直流側(cè)制動(dòng)單元流向制動(dòng)電阻，變成熱能來進(jìn)行消耗。采用AFE2000后，可以將原需消耗的電能轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的正弦電源回饋系統(tǒng)，回饋電能節(jié)電率在30%左右。

圖3 AFE不投入與投入時(shí)能量消耗及反饋對(duì)比

提高功率因數(shù)。由于每個(gè)TEU的重量不等，故RTG的負(fù)載是變化的，而在選用電動(dòng)機(jī)時(shí)， 通常是根據(jù)工作中的最大載荷（例如啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩）來選配。電機(jī)的額定功率都是恒定的， 以不變的最大功率拖動(dòng)時(shí)刻變化的載荷，勢(shì)必造成大馬拉小車之類的浪費(fèi)。這一現(xiàn)象會(huì)使電動(dòng)機(jī)的電能利用率很低， 功率因數(shù)下降很多， 相應(yīng)多占有很多無功功率。RTG采用AFE2000控制系統(tǒng)后，電動(dòng)機(jī)平均功率因數(shù)由工頻運(yùn)行狀態(tài)的0.7提高到（-1）1 ， 減少了無功損耗。從而大大減小了供電電流，減輕了電網(wǎng)和變壓器的負(fù)擔(dān)， 降低了線損。

圖4 AFE不投入與投入時(shí)功率因素對(duì)比

降低諧波干擾。RTG改裝AFE2000控制系統(tǒng)后，原變頻控制電源諧波電流含量從25%~35%降至3%以下，典型諧波5、7、11、13、17次消除到幾乎可以忽略程度，綠化RTG的配電系統(tǒng)，保證了供電質(zhì)量。

圖5 AFE不投入與投入時(shí)電流畸變率對(duì)比

4  某港口的電能質(zhì)量治理方案

臺(tái)達(dá)對(duì)該碼頭RTG安裝AFE2000后，進(jìn)行單機(jī)試驗(yàn)測(cè)試跟蹤：

圖6 測(cè)試、安裝位置

測(cè)試方法：

海側(cè)吊具↓↑——吊具至陸側(cè)——陸側(cè)吊具↓↑——大車行走兩個(gè)集裝箱距離——返回原地——陸側(cè)吊具↓↑——吊具至海側(cè)——海側(cè)吊具↓↑。

以上全部動(dòng)作為一個(gè)循環(huán)。

空載連續(xù)進(jìn)行六個(gè)循環(huán)、帶約20T集裝箱連續(xù)進(jìn)行六個(gè)循環(huán)。

通過FLUKE435II型電能質(zhì)量測(cè)試儀器對(duì)RTG低壓總進(jìn)線柜進(jìn)行監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1 單機(jī)實(shí)測(cè)能耗對(duì)比表

表2 單機(jī)實(shí)測(cè)電能質(zhì)量對(duì)比表

治理前后數(shù)據(jù)對(duì)比說明：

節(jié)能效果計(jì)算如下：

空載時(shí)：（25.69-19.48）/25.69=24.17%；

帶載時(shí)：（41.6-27.55）/41.6=33.78%；

電壓、電流畸變率均≤5%，滿足GB/T 14549-93規(guī)定；

功率因數(shù)≥0.95。

采用AFE治理后效果：

（1）進(jìn)行AFE改造后節(jié)能效益明顯，預(yù)計(jì)平均節(jié)能效果在30%左右，極大的提高了企業(yè)的生產(chǎn)效益；

（2）進(jìn)行AFE改造后功率因素改善明顯，保證系統(tǒng)功率因數(shù)0.95以上，

（3）進(jìn)行AFE改造后電網(wǎng)諧波改善明顯，電流畸變率均由25%~35%下降至5%以內(nèi)，減少諧波電流帶來的相關(guān)損耗； 

（4）配電系統(tǒng)變壓器、銅排、電纜等關(guān)鍵電氣設(shè)備溫度明顯下降，提高了電氣設(shè)備的使用壽命。

5  港口行業(yè)電能質(zhì)量治理的意義

應(yīng)用臺(tái)達(dá)有源前端AFE2000控制系統(tǒng)，不僅能降低能耗，還能調(diào)節(jié)電網(wǎng)質(zhì)量，這些都為設(shè)備的安全運(yùn)行生產(chǎn)提供了有利的安全保障，并且營(yíng)造了真正的綠色用電氛圍，這也充分地體現(xiàn)了臺(tái)達(dá)集團(tuán)環(huán)保、節(jié)能、愛地球的經(jīng)營(yíng)理念。而且采用該類設(shè)備能很好的響應(yīng)國(guó)家提出的節(jié)能減排口號(hào)，符合國(guó)家倡導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展的政策。

6  參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

唐萬琪，男，生于1982年1月，畢業(yè)于上海電力學(xué)院，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)。現(xiàn)任臺(tái)達(dá)集團(tuán)——中達(dá)電通股份有限公司節(jié)能應(yīng)用產(chǎn)品處高級(jí)應(yīng)用工程師，從事電能質(zhì)量產(chǎn)品開發(fā)、規(guī)劃和營(yíng)銷，具有9年從事電能質(zhì)量產(chǎn)品的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。