港口科技・科研与技革 港口能量回馈装置用电特性及对电网 的鬏晌研究 陈 钢 苏 勇 刘长波 胡婷芳 潘结兵 （连云港港口集团有限公司， 江苏 连云港２２２０４２） 摘要：为解决能量回馈装置用电特性评价及对电网电能质量影响，对某港口典型能量 回馈装置进行了测试评估。介绍港口能量回馈装置的类型及工作方式，能量回馈装置 电能质量的限值计算。研究含能量回馈装置的大型装卸设备用电特性及对电网的影 响。最后结合实测数据给出几种可行的解决办法。可为能量回馈装置在港口及其它行 业的应用提供参考。 关键词：港口 电网 能量回馈装置变频器电能质量 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ Ｐｏｒｔ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｎｅｔｗｏｒｋ ＣＨＥＮ Ｇａｎｇ ＳＵ Ｙｏｎｇ ＬＩＵ Ｃｈａｎｇｂｏ ＨＵ Ｔｉｎｇｆａｎｇ ＰＡＮ Ｊｉｅｂｉｎｇ （Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ Ｐｏｒｔ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ ２２２０４２， Ｊｉａｎｇｓｕ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｏ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｅｒｇｙ，ａ ｍｅａｓｕｒｅ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｎ ａ ｔｙｐｉｃａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｄｅｖｉｃｅ ｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｐｏｒｔ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．Ｔｈｅ ｔｙｐｅｓ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｔｙｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｎ ｐｏｒｔ，ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｍｉｔｅｄ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｑｕａｌｉｙ ｏｆ ｔｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｄｅｖｉｃｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｅｎｅｒｇｙ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｏ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ａｔ ｌａｓｔ ｓｅｖｅｒａｌ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔａ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ， ｗｈｉｃｈ ＣＯｕｌｄ ｏｆｆｅｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｄｅｖｉｃｅ ｉｎ ｐｏｒｔ ａｎｄ ｏｔｈｅｒｓ ｉｆｅｌｄｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋ ｅｎｅｒｇｙ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｄｅｖｉｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｑｕａｌｉｙ ｔｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｅｒｇｙ 在现代港口供配电系统中，交直交变频调速 器和直流调速器是其装卸设备的主要电气组成部 分。这些变频器普遍应用于港口门机、桥吊、两 用机、卸船机等大功率设备中。其中，由于交直 交变频器调速性能及制动性能的优越性而受到越 来越广泛的应用。传统的交直交变频器在电机处 于发电状态时，为了保证变频器的安全和及时释 放直流侧积聚的能量，通常在直流母线并联能耗 港口科技・科研与技革 电阻，利用电阻来消耗电动机回馈的能量。这种 方式将多余的电能转化成热能进行了消耗，不仅 浪费了大量的电能，而且对设备散热效果也产生 了影响，不符合节能减排的要求¨３。随着全控型 电力电子器件快速发展，很多大中型港口企业都 对原先的变频调速系统进行了改造，在直流母线 侧并联全控型能量回馈装置，将多余的电能反馈 给电网，减低装置自身能耗，提高设备经济效益。 本文研究了港口装卸设备几种主要能量回馈 装置的工作方式，介绍了港口常用设备的主要工 作过程，通过对这些大功率能量回馈装置的测试， 得到了一系列有价值的实测数据。通过对测试数 据进行处理，将其发电和用电状态进行了区分， 分别评估了能量回馈装置的发电和用电质量，并 结合实测数据提出有参考价值的解决方案，为含 能量回馈装置设备的广泛应用提出了科学建议。 １ 港口能量回馈装置的类型及工作方式 现代港口装卸设备中电机主要有交流调速电 机和直流调速电机两种。门机、桥吊等都使用交 流调速电机，装卸桥、两用机等都使用直流调速 电机。当门机、桥吊抓斗处于提升过程时，向电 网汲取能量，此时电动机工作在用电状态，当抓 斗处于下降过程时，此时向电网反馈能量，电动 机工作在发电状态，能量回馈装置的主要形式有 以下几种： １．１单独回路并联逆变器型 这种能量回馈装置在原有的能耗电阻侧并联 逆变器，设置其阈值电压低于电阻器泵升电路阈 值电压。当电动机处于发电状态时，直流母线电 压升高，将首先触发逆变器控制电路工作，使逆 变器导通，直流电转换成和电网同频率的交流电， 反馈给电网，这种回馈装置常用于旧门机改造， 见图１。当回馈逆变器故障时，能耗电阻回路可 以导通，及时释放回馈的能量，以保证系统安全。 １．２单整流器共直流母线型 此种类型能量回馈装置共用一个整流器，变 频器直流侧共母线，每个电机分别有自己的变频 器工作，见图２。这种回馈方式的优势是当 某一个电机处于发电时，部分电能在直流侧就可 以被其它电机所利用。需要注意的是，由于电机 ・２・ 群共用一个整流器，因此整流器的功率需要设计 很大，以满足大电机同时工作时的要求。 １ Ｏｋ、，，Ｏ．４ｋＶ ’用电 发电 ３ ？、｛ ？、｛ Ｉ 差曩１ ｝嚣曩呈｛ ｝荔霎 ｛ ｌ 曩呈Ｉｌ 鍪 支持机 构逆变 器 譬 圈譬上 却 ⑩ 支持电机 图１ 单独回路并联逆变器型 支持电机开闲电机旋转电机１旋转电机２变幅电机 图２单整流器共直流母线型 １．３双整流器共直流母线型 这种类型能量回馈装置采用三绕组变压器同 时为两个整流器供电，直流侧共母线，每个电机 由各自的变频器供电，见图３。变压器进线一般 为ｌ０ ｋＶ或６ ｋＶ高压进线，二次侧绕组一‘个星型 接法，一个三角形接法。这种接法可以有效地消 除两个整流器产生的低次特征谐波，使高压侧谐 波含量较小。缺点是当系统参数不对称或两变频 器参数设计不当时，整流器的用电电流会相差很 大。这将严重影响能量回馈装置的安全运行。 １ ０ ｋＶ母线 １起升电机社２起升电机小车大臂 电机电积 图３双整流器共直流母线型 １．４单独整流支路直流调速型 此能量回馈装置采用直流调速电机，不含变 频器，由单独的整流器为电动机供电。这种直流 调速系统由于其调速性能和制动性能没有交流调 速电机好，现已慢慢淘汰，见图４。 图４单独整流支路直流调速型 在港口中，装卸设备属于大功率冲击性负荷， 特别是当装卸设备含能量回馈装置时，大量设备 同时接入公用电网，往往会造成电网电能质量的 急剧下降。此类负荷对电网的影响主要表现在功 率冲击和谐波污染两个方面。当变频器采用全控 型器件时，由于其控制方式的原因，系统低次谐 波含量较少，对电网污染较小，属于较先进的回 馈装置，但其成本较高。当变频器采用半控型器 件时，往往会产生含量较高的低次谐波，对电网 污染较大。谐波使电网中的器件产生附加谐波损 港口科技・科研与技革 耗，降低发电、输电及用电效率，使变压器、电 动机局部发热，使电缆绝缘老化，影响寿命【２］。 甚至在某些情况下，谐波引起电网中局部并联谐 振和串联谐振，危害极大。因此，对港口含能量 回馈系统装置电能质量的测试和治理其产生的问 题，已经引起越来越广泛的关注。 ２能量回馈装置电能质量的限值计算 ２．１评估依据标准 由港口设备给定的参数可知，港口装卸类负 荷属于ＧＢ／Ｚ １７６２５．６．２００３／ＩＥＣ ６１０００．３．４：１９９８ （ＴＲ）《电磁兼容限值对额定电流大于１６Ａ的设 备在低压供电系统中产生的谐波电流的限值》【３】 标准规定每相输入电流大于７５ Ａ的设备，因此供 电部门可根据用户协议的有功功率同意设备的连 接。而对于连接评估等级中未规定限值的谐波次 数按照简化连接等级给出相应的次数的谐波电 流。因此，港口含能量回馈装置设备谐波电流限 值计算可参照此国标要求。 其中，三相短路容量ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ ｐｏｗｅｒ（Ｓ ｒ） 由系统标称电压 。 ｉ 和ＰＣＣ处的阻抗Ｚ计算 得到，即：Ｓｓｃ＝Ｕｎ ／Ｚ。 设备的额定视在功率ｒａｔｅｄ ａｐｐａｒｅｎｔ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ（ ）由设备的额定线电流有效值 与额定电压 计算得到的值，即 Ｓ叼 ：３ＵＩｅ ，ｐ其中Ｉｅ。 为三相中任一相 的最大电流有效值。 ２．２谐波电流限值计算 对某单独整流回路直流调速型两用机０．４４ ｋＶ总进线和开闭、支持电机进行了电能质量测 试，根据设备提供的参数可得到其谐波电流限值 计算如下所示： １）根据用电较大和发电较大时刻的装置用电 特性分析统计结果，利用所测试得到的５次谐波 电压和电流的幅值和相位，利用下述公式得出系 统阻抗。 ２： ： 由此可得出系统三相短路容量 Ｓｓｃ＝ ： －１ ９．３６（ＭＶＡ） ・３・ 港口科技・科研与技革 ２）根据短路比计算公式可得 Ｒｓ＆一１ Ｓｓｃ一 考虑到能量回馈装置多采用全控型整流器 件，工作过程中产生的高次谐波比较严重，因此 对谐波电流的评价必须做到５Ｏ次以上，由此计算 １９．３６ ＝呵 Ｓ３ｘ—０４４．２１５３８ ．１１．７９＜６６ ——×—４３ １０００ ３）两用机Ｏ．４４ ｋＶ总进线的额定电流约为 ＩＩ ＝１ ３２６×２＝２ ６５２（Ａ、 出来的０．４４ ｋＶ总进线的限值， ，见表１。 表１ 某两用机０．４４ｋＶ总进线谐波电流限值 ｈ ｌ？ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １３ １４ ｌ５ １６ １７ ｌ８ １９ ２０ 限值 ２ ６５２ ２ｌ２．２ ５７２．８ １０６．１ ２８３．８ ７０．７２ １９０．９ ５３．０４ ｌ００．８ ４２．４３ ８２．２１ ３５－３６ ５３．４ ０３０．３１ １８．５６ ２６．５２ ３１．８２ ２３．５７ ２９．１７ ２１．２２ ｈ ２１ ２２ ２３ ２４ ２５ ２６ ２７ ２８ ２９ ３０ ３１ ３２ ３３ ３４ ３５ ３６ ３７ ３８ ３９ ４０ 限值 １５．９１ １９．２９ ２３．８７ １７．６８ ２１．２２ １６－３２ ｌ５．９ｌ １５．１５ １８．５６ １４．１４ １８．５６ １３．２６ １５．９１ ｌ２．４８ １５．９１ ｌ】．７９ １５．９１ １１．１７ １５．９１ １０．６１ ｈ ４ｌ ４２ ４３ ４４ ４５ ４６ ４７ ４８ ４９ ５０ ５ｌ ５２ ５３ ５４ ５５ ５６ ５７ ５８ ５９ ６０ 限值 １５．９ｌ ｌ０．１ ｌ５．９１ ９．６４ １５．９１ ９．２２ １５．９１ ８．８４ ｌ５．９１ ８．４９ １５．９１ ８．１６ １５．９ｌ ７．８６ ｌ５．９１ ７．５８ １５．９ｌ ７３２ １５．９１ ７．０７ ｈ ６１ ６２ ６３ ６４ ６５ ６６ ６７ ６８ ６９ ７０ ７１ ７２ ７３ ７４ ７５ ７６ ７７ ７８ ７９ ８０ 限值 １５．９ｌ ６．８４ １５．９１ ６．６３ １５．９ｌ ６．４３ １５．９１ ６．２４ １５．９ｌ ６．０６ １５．９ｌ ５＿８９ １５．９ｌ ５．７３ １５．９ｌ ５．５８ ｌ５．９１ ５．４４ １５．９ｌ ５３ ｈ ８ｌ ８２ ８３ ８４ ８５ ８６ ８７ ８８ ８９ ９０ ９１ ９２ ９３ ９４ ９５ ９６ ９７ ９８ ９９ １００ 限值 １５．９１ ５．１７ ｌ５．９１ ５．０５ ｌ５．９１ ４．９３ ｌ５．９１ ４．８２ ｌ５．９１ ４．７ｌ １５．９１ ４．６ｌ １５．９１ ４．５ｌ １５．９１ ４．４２ １５．９１ ４－３３ １５．９１ ４．２４ ３典型能量回馈装置的测试与评估 ３．１谐波特性分析 由于测试的两用机采用双向能量回馈装置， 用电和发电均使用同一个功率单元，因此测试数 据中既包含用电工况又包含发电工况。为了分别 评估此种类型的装置用电和发电状况下的谐波情 况，采用软件对数据进行了分割，将用电和发电 数据分离开。当测试数据功率计算为正时认为是 用电工况，当测试数据功率计算为负时认为是发 电工况，以此作为原始数据对装置谐波特性进行 评估。图５为在一个小时测量周期内，某两用机 ０．４４ ｋｖ进线谐波电流含量趋势。图６为同时刻 ０．４４ ｋＶ母线电压总谐波畸变率趋势。 ５Ｏ０ ４００ Ｓ ３００ ｊ ２００ １００ ０ ０ ５００～１ ０００ １ ５００…２ ００…０。２ ５０…１）３ ００…０‘３ ５…０１）４ ０１）。０。 ｔ（Ｓ） 图５ 某两用机０ ４４ ｋＶ进线谐波电流含量趋势 ・４・ 港口科技・科研与技革 表２某两用机０．４４ｋＶ谐波情况统计报表 供电线路 垃 上ｆ 口 Ａ Ｍａｘ Ｂ Ｃ Ａ Ｍｉｎ Ｂ Ｃ Ａ Ｍｅａｒｌ Ｂ Ｃ ９５％概率 ＴＨＤ 大值 ｒ 、 全部（Ａ） ５８７．７６ ５９０＿３３ ５９１．７ １．０８ １．２２ １．０５ １３６．０８ １３６．４６ １３６．５１ ３２１．８ １２．１３ ０．４４ｋＶ总进线 谐波电流 用电（Ａ） ５８７．７６ ５９０－３３ ５９１．７ １３．９５ １３．５６ １４ １６０．０７ １６０－３６ １６０．５１ ３８４．４５ ｌ４．５０ 发电（Ａ） ３５０．９６ ３５４．６ｌ ３５４．６７ １３．４ １３－３７ １３－３９ １１８．６５ ｌ１９－３２ ｌ１９．１６ ２９２．４ｌ ｌ１．０３ ０．４４ｋＶ母线 谐波电压含量（％） ２４．７６ ２３．８ ２４．４１ ０．９ １．０ｌ ０．８３ ６．８２ ６．５２ ６．６２ １５．２７ ｜ ３．２典型工况分析 图７是某直流调速系统两用机０．４４ ｋＶ进线 次的谐波电压相位与谐波电流相位相差一９Ｏ。左 右，进一步说明该系统内５、７、ｌ１、１３、１７、ｌ９ 在电压总畸变率最大时波形与频谱，表３是对应 此时刻主导谐波电压和谐波电流报表。图８是某 交流调速系统卸船机０．６９ ｋＶ进线电压总畸变率 最大时波形与频谱，表４是对应此时刻主导谐波 电压和谐波电流报表。 由上图表可以看出两用机０．４４ ｋＶ母线Ａ、Ｂ、 Ｃ三相电压出现相间短路现象，可推断出该整流单 等次的谐波主要由整流单元注入系统造成。 ５００ 己 ０ 口口 １５Ｄ ２００ ２６０ ＾《】＿ ０ ５０ ９９０ ５０ ９９０ ５０ ９９ 元采用电力电子器件可能为晶闸管，此时两用机 ０．４４ ｋＶ母线三相电压总畸变率分别为２５．２３％、 ０ ０ ０锄 。 锄茎 薹 ５Ｄ ０。 １００ １５Ｄ ２０［３ ２卯 ２４．１７％、２４．６３％，超过国家标准规定的５％的限 值【４Ｊ。整流器进线侧５、７、１１、１３、１７、１９次谐 波含量较高，其中５次谐波含量达到５０３ Ａ，是 典型的６脉波整流器。５、７、１１、１３、１７、１９等 ｈ ５ ７ ０ ５０ ９９０ ５０ ９９０ ５０ 图７ 某两用机ＴＨＤｕ最大时波形与频谱 表３某港口两用机主导谐波电压和谐波电流报表 Ｕｈ（Ｖ） ３５．６５ ｔ４．２７ Ｉ－ＩＲＵｈ（％、 ｌ５．３７ ６．１５ ａｈ（。） ｌ６８．８４ ９１．７５ Ｉｈ（Ａ１ ５０３．２２ １４５．８１ ｐｈ（。） ．９４．５２ —１７０．９４ ｃｃｈ—Ｂｈ ．９６．６４ —９７．３ｌ Ａ相 ｌ１ １３ ２３．８３ １４．３６ １０．２７ ６．１９ １２７．６６ ４８．７９ １５８．５８ ９１．６８ —１３７．４９ １４７－３７ —９４．８４ ．９８．５８ １７ １９ １８．Ｏ１ １２．２１ ７．７６ ５－２７ ８７．６７ ９．２３ ８３．７８ ５８．９５ １７９．２３ １０５．６３ —９１．５６ ．９６．４ ＵＨ ５８．５３ ＴＨＤｕ ２５．２３ ＩＨ ５７０．９５ ｜ ｈ ５ ７ Ｕｈ（Ｖ） ３３．３６ １３．８８ Ｉ－ＩＲＵｈ（％） １４．２４ ５．９３ ａｈ（。） —７０．１５ ．２１－３１ Ⅱ１（Ａ） ５０６Ｉ３２ １４７ ｐｈ（。） ２５．７３ ７０．６７ ｃ【ｈ—Ｂｈ —９５．８８ —９１．９８ Ｂ相 ｌ１ １３ １７ １９ ＵＨ ２２．１５ １４．６７ １６．４１ １３．１６ ５６．６２ ９．４６ ６．２６ ７．０１ ５．６２ ＴＨＤｕ ．１０９．４３ —６３．２４ —１４７．８７ ．１Ｏ０．Ｏ２ ２４．１７ １５８．６２ ９３．２４ ８３．５１ ６１．１２ ＩＨ —１６．０８ ２９．５２ ．５８．１８ —１２．１５ ５７４．９８ —９３Ｉ３６ —９２．７６ —８９．６９ ．８７．８７ ｜ ｈ ５ Ｕｈ（Ｖ） ３４．０３ Ｉ－ＩＲｔｒｎ（％、 １４．５２ ａｈ（。） ４６ Ｉｈ（Ａ１ ５０５－２５ ｐｈ（。） １４６．０９ ０【ｈ—Ｂｈ —１００．０８ ７ ｌ５．５２ ６．６２ ．１４３．５５ １５Ｏ．４７ ．５０．８３ ．９２．７２ Ｃ相 ｌ１ １３ １７ ２２．０４ １６．２ ｌ６．１４ ９．４ ６．９１ ６．８９ ５．３８ １７１．９５ ．３４．７７ １５５．９２ ９５．５７ ８０．８５ １０３．５９ —９２．６５ ６０．９８ —９８．２１ ．９５．４ ．９５．７６ １９ ＵＨ １４．６１ ５７．７４ ６．２４ ＴＨＤｕ １３１．８５ ２４．６３ ６１．９２ ＩＨ —１３５．１５ ５７３．９４ ．９３ ｜ ・５・ 港口科技・科研与技革 表４某港１：３￣Ｐ船机主导谐波电压和谐波电流报表 ｈ ７ １０ Ｕｈ（Ｖ） ４．７６ ６．３７ ６．１５ ７．０４ ７．４５ ４－３５ ２７．４２ ＨＲＵｈ（％１ １．２９ １．７３ １．６７ １．９１ ２．０２ １．１８ ＴＨＤｕ ａｈ（。） ９７．５ １６９．３３ １４．４５ —１０８．３３ ５３．２７ ７１．９９ ７．４３ ｌｈ（Ａ） ５２．５７ ５６．２６ ６４．１８ ６１．９７ ６５．６５ １８．９３ ＩＨ １３ｈ（。） ＿８３．９ 一＞一 ０【ｈ一８ｈ —８６－３３ ．１０６．７７ Ｉ８７．１３ —１０３－３１ —１０２．６１ ．９９．４３ ／ 一 】＿ ．１７６．１７ 彻。恤 。砌。砌 Ａ相 ｌｌ １２ ｌ３ ２９ ＵＨ ｌ０１．５７ ．５．Ｏ２ ｌ５５．８８ ｌ７１．４１ ｌ９４．６ ｈ ７ １０ Ｕｈ（Ｖ） ３．７９ ６．０９ Ｉ－ＩＲＵｈ（％） １．０３ １．６５ ｃｔｈ（。） —１０．５９ —３９－３９ ｈａ（Ａ） ４５．２７ ５４．１５ １３ｈ（。） ５６．５３ ４４．１８ ｃ【ｈ－Ｂｈ ．６７．１２ －８３．５６ Ｂ相 ｌ１ １２ １３ ２９ ＵＨ ６．７ ９．６６ ８－４４ ４．９ ３０．６７ １．８１ ２．６２ ２．２９ ｌ＿３３ ＴＨＤｕ —１４９．１ １７１．８９ —１２１．２ｌ ．１２８．０２ ８．３１ ６３．６８ ８０．２８ ６８．６８ ｌ８．４２ ＩＨ 。６０＿８２ ．８４．５９ ．６．８１ －４０－３３ ２０８．２４ ．８８．２８ —１Ｏ３．５１ ．１ｌ４．４ ．８７．６８ ｛ ｈ ７ １０ Ｕｈ（Ｖ） ４．８７ ６．０６ ６．０９ ８．６２ ６．０ｌ ４．５４ ２７．８８ ＨＲＵｈ（％、 １３２ １．６４ １．６４ ２．３３ １．６２ １．２３ ＴＨＤｕ ａｈ（。） 一ｌ１９．８５ ５２．５６ １２３－２２ ３２．６６ —１２８．１５ ．８３．８１ ７．５３ ｍ（Ａ） ４７．４７ ５５．７９ ６２．０７ ７３．４５ ５２．４４ １８．１６ ＩＨ １３ｈ（。１ ．３５．９３ ｌ６４．６５ —１０９．１１ １３３．０４ —５４．７１ ４４．８６ ｌ８９．９ ０【ｈ—Ｂｈ ．８３．９２ ．１１２．０９ １２７．６８ 一ｌ００．３９ ．７３．４３ —１２８．６８ ｉ Ｃ相 ｌ１ １２ １３ ２９ ＵＨ 应次数谐波电流相位相差．９０。左右，说明谐波是 由负荷流向系统侧，进线各次谐波主要是由变频 卯 １∞ １５０ ２０Ｄ ２卯 器的整流单元造成的。 ３＿３测试与评估结论 ０ ５０ ９９０ ５０ ９９０ ５０ ９９ 在对港口几种类型的能量回馈装置电能质量 的测试与评估后，主要得到以下几点结论： １）单独回路并联逆变器型的能量回馈装置， 由于其整流器多采用半控型的６脉整流，导致装 置总进线侧在用电时谐波电流发生量较大，ｌ丰要 为６ ｋ±１次典型谐波，电压总畸变率９５％概率大 值可达１ １．５４％，其中最大值为１６．２％，远超过国 标限值，需要对其进行治理，以保证系统的安全 ５０ １００ １５０ ２００ ２６０ ０ ５０ 蜘５，０ 啪 ５０ ９９ 图８某卸船机ＴＨＤｕ最大时波形与频谱 由表４可以看出，此卸船机在电压总畸变率 最大时，三相电压ＴＨＤｕ分别为７．４３％、８－３１％、 稳定性。 ２）单整流器共直流母线型的装置，由于其变 频器多采用全控型器件，导致高次谐波较为严重， 其中，部分门机向电网倒送无功功率，这可能是 ７．５３％。电压畸变率超过了国标限值。由频谱图可 以看出，此卸船机总进线频谱丰富，无特定次谐 波，且含有一定量的高次谐波，可得出卸船机整 流单元采用的电力电子器件可能为Ｉ ＧＢＴ，同时， 卸船机Ｏ．６９ ｋＶ母线各次谐波电压相位与进线对 ・６・ 由于门机变频器入口滤波器参数设置不当或者变 频器功率因数校正系统的控制策略不当造成的， 因此建议对设备进行入口滤波器改造，以保证回 馈装置工作时不会向电网倒送无功。 ３）双整流器共直流母线型装置，由于其采用 两个整流器供电，在测试时发现两个整流器进线 电流基波有效值相差较大，平均值相差３００ Ａ左 右，进线电流不对称对整流器危害较大，容易造 成整流器过流损坏。 ４港口设备电能质量问题解决方案 大型装卸设备对电网的影响主要表现在谐波 污染和功率冲击两方面。目前常用的谐波治理装 置有无源型和有源型两种，无源滤波器采用电容 电抗相串联后并联在系统中，通过调节电容值和 电感值的大小来改变谐振点，起到滤波作用，它 是一种被动的吸收谐波装置【５Ｊ。由于港口门机、 桥吊等负荷都接于系统阻抗较低的低压系统，且 谐波和功率变化都较快，常用的接触器投切的滤 波器难以满足投切速度的要求，而晶闸管投切的 滤波器又不易满足分组容量的需求。此外，由于 能量回馈装置通常功率因数较高，无源滤波器没 有足够的容量支撑。因此，在含能量回馈装置的 装卸设备上设计与制造具有良好滤波效果的无源 滤波装置极其困难，并且装置在实际运行中很难 保证电容器和电抗器的安全稳定运行条件。 对于此类负荷，理想的谐波治理装置是有源 滤波器。有源滤波器是一种主动的进行谐波治理 的装置，它检测负载侧谐波大小，通过内部运算 电路，驱动功率单元主动发出与谐波电流大小相 等、相位相反的谐波电流，以抵消负载产生的谐 波电流。但采用有源滤波器应用于港口装卸设备 需注意以下几点： １）通常门机、桥吊、装卸桥等设备电气配电 房在设备上，空间狭小且环境恶劣。滤波装置设 计时应充分考虑现场空间，注意防尘、防污。 ２）有源滤波器属于精密设备，考虑到门机、 桥吊等设备工作时晃动因素，滤波器设计时各部 件应做好固定，防止长时间工作后滤波器内部元 件松动。 ３）考虑到装卸设备变频器电力电子器件不 同，工作过程中功率冲击较大，可能会出现过电 港口科技・科研与技革 压或过电流危险，设计滤波器时应使其耐压和耐 流阈值适当放大，防止异常工况下造成滤波器损 坏。 ５结束语 港口大型装卸机械是消耗能源和造成电网 污染的源头，同时又是一类具有较大节能潜力的 机械。港口装卸机械在每一次工作循环的减速、 制动或者带位能负载重物下放时存在大量的再生 制动能量。随着港口行业节能减排、建设绿色低 碳港口意识的增强，大多数港口地区装设了能量 回馈装置，将再生制动能量直接回馈给电网，降 低能耗，减少有害气体的排放，实现港口机械绿 色化。本文正是基于这种背景，研究了港口典型 设备的能量回馈原理及其工作方式，通过对设备 的测试与评估，得到了一系列有价值的实测数据， 对含能量反馈系统的设备供电、用电好坏进行了 科学的评价。与此同时，研究了一种评估设备节 电效率的方法，通过实测数据，对方法进行了论 证，验证了其科学性和可行性。最后，提出了一 种解决此系统谐波问题的方法，并给出了有源滤 波器解决此问题需要注意的几点建议。本文对含 能量反馈系统的设备广泛应用提供了参考价值， 对工程实践具有一定的指导意义。 参考文献 ［１］陈建君，周才发．再生制动能量吸收装置设 置方案研究陈建君［Ｊ］．城市轨道交通，２０１１ （５）：３２．３５． ［２】王兆安，刘进军．电力电子技术［Ｍ】．北京： 机械工业出版社，２００９：５３．７０． 【３】ＧＢ／Ｚ １７６２５．６－２００３／ＩＥＣ ６１０００—３－４：１９９８（ＴＲ） 电磁兼容限值对额定电流大于１６Ａ的设备 在低压供电系统中产生的谐波电流的限值 【Ｓ］．１９９８． ［４］ＧＢ／Ｔ １４５４９．１９９３电能质量公用电网谐波 ［Ｓ］．１９９３：２ ４． ［５］王兆安，杨君，刘进军，等．谐波抑制和无功 功率补偿［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００５： １４６一】５０． ・ ・
