【摘要】隨著傳統(tǒng)集裝箱港口通用的起重機械輪胎式集裝箱龍門起重機(Rubber Tyred Gantry Crane，簡稱RTG)因為柴油發(fā)電機組驅(qū)動的能量轉(zhuǎn)換效率低、能耗大、成本高、污染嚴重、噪音和振動大而進行柴電改造，采用市電供電以達到節(jié)能減排，保護環(huán)境的目的。但大多數(shù)RTG不能實現(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。基于電力電子技術的臺達主動式電能回升技術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)濟效益。
1 港口行業(yè)背景及現(xiàn)狀
改革開放以來，中國港口業(yè)以銳不可擋之勢，創(chuàng)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(yè)在取得驕人成績的同時日趨發(fā)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(jié)能、無噪音、無污染、穩(wěn)定可靠及能量可再生等優(yōu)點，但不能轉(zhuǎn)場;RTG是世界各大集裝箱專業(yè)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(zhuǎn)場作業(yè)，一直受到廣大集裝箱作業(yè)碼頭的歡迎，據(jù)統(tǒng)計，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(zhì)量問題
某港口企業(yè)是國內(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1600萬標準箱，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，雖然可以靈活轉(zhuǎn)場，但能量轉(zhuǎn)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(jié)能減排，保護環(huán)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(shù)RTG不能實現(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。由于大量采用非線性設備(如變頻器)，產(chǎn)生大量諧波，將會對設備帶來危害，并對電網(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
為了解決上述問題，該港口企業(yè)采用了臺達有源前端AFE2000系列。該產(chǎn)品采用高階控制運算法，能真正的實現(xiàn)能量雙向流動，與變頻器搭配，可實現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)的四象限運行。在該項目的應用中，AFE2000實現(xiàn)了以下功能：
取代傳統(tǒng)剎車電阻，回生能量再利用。輪胎吊下行時電機轉(zhuǎn)子超過電機同步轉(zhuǎn)速時(曲柄凈扭矩為負)， 交流電機變成交流發(fā)電機，此時電能需要通過直流側(cè)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(zhuǎn)化為標準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不投入與投入時能量消耗及反饋對比
提高功率因數(shù)。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(jù)工作中的最大載荷(例如啟動轉(zhuǎn)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(xiàn)象會使電動機的電能利用率很低，功率因數(shù)下降很多， 相應多占有很多無功功率。RTG采用AFE2000控制系統(tǒng)后，電動機平均功率因數(shù)由工頻運行狀態(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(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不投入與投入時電流畸變率對比
