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 1  港口行業背景及現狀

改革開放以來，中國港口業以銳不可擋之勢，創造了一個又一個奇跡，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、增長速度最快的國家。中國港口行業在取得驕人成績的同時日趨發展成熟。

目前，世界各集裝箱港口通用的起重機械（又稱場橋）有兩類，一類是軌道式集裝箱龍門起重機（Rail Mounted Gantry Crane，簡稱RMG），另一類是輪胎式集裝箱龍門起重機（Rubber Tyred Gantry Crane，簡稱RTG）。RMG采用市電供電，具有節能、無噪音、無污染、穩定可靠及能量可再生等優點，但不能轉場；RTG是世界各大集裝箱專業化碼頭堆場的主力設備，它具有碼頭基礎的投資成本低、機動靈活可轉場作業，一直受到廣大集裝箱作業碼頭的歡迎，據統計，目前全球集裝箱起重機中有95%均為RTG。

2  某港口面臨的電能質量問題

某港口企業是國內十大港口之一，2013年全港年貨物吞吐量近5億噸，集裝箱吞吐量超過1600萬標準箱，該港口目前大量使用RTG，并且完成柴電改造。

傳統的RTG由柴油發電組驅動，雖然可以靈活轉場，但能量轉換效率低、能耗大、成本高、污染嚴重、噪音和振動大，為了響應節能減排，保護環境的號召，在油價高漲的趨勢下大多RTG都進行“油改電技術”改造，采用市電供電，但是大多數RTG不能實現能量再生，只能將能量通過電阻消耗掉，造成了能源的浪費。由于大量采用非線性設備（如變頻器），產生大量諧波，將會對設備帶來危害，并對電網產生巨大污染。

圖2 RTG工作圖和AFE安裝位置圖

 3  AFE2000產品特點

為了解決上述問題，該港口企業采用了臺達有源前端AFE2000系列。該產品采用高階控制運算法，能真正的實現能量雙向流動，與變頻器搭配，可實現變頻調速系統的四象限運行。在該項目的應用中，AFE2000實現了以下功能：

取代傳統剎車電阻，回生能量再利用。輪胎吊下行時電機轉子超過電機同步轉速時（曲柄凈扭矩為負）， 交流電機變成交流發電機，此時電能需要通過直流側制動單元流向制動電阻，變成熱能來進行消耗。采用AFE2000后，可以將原需消耗的電能轉化為標準的正弦電源回饋系統，回饋電能節電率在30%左右。

圖3 AFE不投入與投入時能量消耗及反饋對比

提高功率因數。由于每個TEU的重量不等，故RTG的負載是變化的，而在選用電動機時， 通常是根據工作中的最大載荷（例如啟動轉矩）來選配。電機的額定功率都是恒定的， 以不變的最大功率拖動時刻變化的載荷，勢必造成大馬拉小車之類的浪費。這一現象會使電動機的電能利用率很低， 功率因數下降很多， 相應多占有很多無功功率。RTG采用AFE2000控制系統后，電動機平均功率因數由工頻運行狀態的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，減輕了電網和變壓器的負擔， 降低了線損。

圖4 AFE不投入與投入時功率因素對比

降低諧波干擾。RTG改裝AFE2000控制系統后，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，保證了供電質量。

圖5 AFE不投入與投入時電流畸變率對比

4  某港口的電能質量治理方案

臺達對該碼頭RTG安裝AFE2000后，進行單機試驗測試跟蹤：

圖6 測試、安裝位置

測試方法：

海側吊具↓↑——吊具至陸側——陸側吊具↓↑——大車行走兩個集裝箱距離——返回原地——陸側吊具↓↑——吊具至海側——海側吊具↓↑。

以上全部動作為一個循環。

空載連續進行六個循環、帶約20T集裝箱連續進行六個循環。

通過FLUKE435II型電能質量測試儀器對RTG低壓總進線柜進行監測，數據如表1和表2所示。

表1 單機實測能耗對比表

表2 單機實測電能質量對比表

治理前后數據對比說明：

節能效果計算如下：

空載時：（25.69-19.48）/25.69=24.17%；

帶載時：（41.6-27.55）/41.6=33.78%；

電壓、電流畸變率均≤5%，滿足GB/T 14549-93規定；

功率因數≥0.95。

采用AFE治理后效果：

（1）進行AFE改造后節能效益明顯，預計平均節能效果在30%左右，極大的提高了企業的生產效益；

（2）進行AFE改造后功率因素改善明顯，保證系統功率因數0.95以上，

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

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

5  港口行業電能質量治理的意義

應用臺達有源前端AFE2000控制系統，不僅能降低能耗，還能調節電網質量，這些都為設備的安全運行生產提供了有利的安全保障，并且營造了真正的綠色用電氛圍，這也充分地體現了臺達集團環保、節能、愛地球的經營理念。而且采用該類設備能很好的響應國家提出的節能減排口號，符合國家倡導的可持續發展的政策。

6  參考文獻

[1]  石英.基于DSP的能量回饋調速系統計算機技術與自動化，2001，20（3）：27-30

[2]  劉清山，輪胎式集裝箱門式起重機節能技術研究綜述物流工程三十年技術創新發展之道

[3]  劉鳳君，多電平逆變技術及其應用   機械工業出版社，2007：25-61

[4]  能源部電力科學研究院，等起草.GB/T 14549-93 電能質量  公用電網諧波[S].北京：中國標準出版社，1994

作者簡介

唐萬琪，男，生于1982年1月，畢業于上海電力學院，電力系統及其自動化專業。現任臺達集團——中達電通股份有限公司節能應用產品處高級應用工程師，從事電能質量產品開發、規劃和營銷，具有9年從事電能質量產品的行業經驗。