港口電力系統(tǒng)電能質(zhì)量提升

1、港口電力系統(tǒng)電能質(zhì)量提升21、港口電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量特點(diǎn)2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升3、港口岸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升目 錄1、港口電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量特點(diǎn)1、港口電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量特點(diǎn)由于我國(guó)大力推進(jìn)綠色低碳港口建設(shè)，大型裝卸機(jī)械“油改 電”工程和“靠港船舶岸電供電”工程等港口電氣化改造項(xiàng) 目在沿海各港口已經(jīng)大規(guī)模實(shí)施，即采用電力設(shè)備使港口裝 卸效率和用能效率明顯提高，單位運(yùn)輸能耗和污染物排放量 明顯下降，因此，使得電能在港口能源消耗中的比重逐年提 高，電力已成為港口的主要能源。預(yù)計(jì)港口電能比例仍將會(huì)進(jìn)一步提高，這個(gè)發(fā)展方向符合我 國(guó)“建設(shè)綠色低碳港口”的戰(zhàn)略方針，并對(duì)加快高能耗、高 排放、

2、高污染運(yùn)輸裝備淘汰更新起到推動(dòng)作用。1、港口電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量特點(diǎn)根據(jù)中達(dá)電通股份有限公司的數(shù)據(jù)資料，港口電力負(fù)載主要有三類(lèi)：反復(fù)間歇性負(fù)載（占60%），主要為起重設(shè)備，采用大功率整流驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)或變頻驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)負(fù)載。其負(fù)載特性為啟動(dòng)電流大， 平均負(fù)載電流小，諧波含量大，功率因數(shù)較低（0.6以下）。不間斷運(yùn)行設(shè)備（占20-30%），主要為皮帶運(yùn)輸機(jī)油碼頭輸油 泵糧食碼頭吸糧機(jī)煤碼頭斗輪機(jī)。其負(fù)載特性為負(fù)荷較為均勻，且 三相對(duì)稱(chēng)，功率因數(shù)穩(wěn)定（0.8左右）。輔助設(shè)備（占10-20%），主要為變頻或整流類(lèi)電源類(lèi)負(fù)載和照 明負(fù)載。其負(fù)載特性為電源諧波含量大；照明負(fù)載中，熒光燈、高壓 鈉燈和高壓水銀

3、燈功率因數(shù)較低（0.45-0.65之間）。6港口電 力系統(tǒng)的 特點(diǎn)港口的面積比較大， 其用電負(fù)荷多而且比 較分散港口一般采取架空線的方 式用高壓配電線路進(jìn)行內(nèi) 部電能傳輸與分配，將電 送到各碼頭和生產(chǎn)車(chē)間等用電場(chǎng)所。而港口用電設(shè)備的主體是低壓設(shè)備，這就需要大量的變壓設(shè)施。大型裝卸機(jī)械（橋吊、皮帶機(jī)等）基本采 用電力電子裝置和電 氣傳動(dòng)裝置，包括晶 閘管整流直流調(diào)速和 交流變頻調(diào)速裝置。 這些設(shè)備均存在功率 因數(shù)低、諧波電流含 量大的問(wèn)題。使供電 可靠性降低，電網(wǎng)運(yùn) 行能耗偏高。港口電力系統(tǒng)需要向靠港船 舶供應(yīng)岸電，而靠港船舶的 額定電壓和額定頻率有多種 多樣，這就需要港口裝備大 功率變頻電源。

4、容量近似無(wú)窮大的公用電網(wǎng)，通常只進(jìn)行穩(wěn)態(tài)諧波控制。但港口電力系統(tǒng)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)諧波控制。1、港口電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量特點(diǎn)1、港口電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量特點(diǎn)港口的這些特點(diǎn)，將對(duì)港口電力系統(tǒng)產(chǎn)生的電能質(zhì)量 產(chǎn)生不利影響。若電能質(zhì)量降低將影響到港口電力系 統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。港口供配電系統(tǒng)關(guān)于電能質(zhì)量檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范根據(jù)GB/T 14549-1993標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)“公用電網(wǎng)諧波”根據(jù)GB/T 12325-2008標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)“供電電壓偏差”根據(jù)GB/T 15945-2008標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)“電力系統(tǒng)頻率偏差”根據(jù)GB/T 15543-2008標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)“三相電壓不平衡度”根據(jù)GB/T 12326-2008 標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)“電壓波動(dòng)和

5、閃變”1、港口電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量特點(diǎn)港口電力系統(tǒng)主要包括“場(chǎng)地電力系統(tǒng)”和“岸電系統(tǒng)”“場(chǎng)地電力系統(tǒng)”的任務(wù)是向大型裝卸機(jī)械供電；“岸電系統(tǒng)”的任務(wù)是向靠港船舶供電。對(duì)于“場(chǎng)地電力系統(tǒng)”的電能質(zhì)量提升，這里用上海一個(gè) 集裝箱碼頭公司已經(jīng)改造完成的一個(gè)“凈化電網(wǎng)、提高電 能利用率”案例介紹電能質(zhì)量的改善方案。對(duì)于“岸電系統(tǒng)”的電能質(zhì)量提升，這里以交通運(yùn)輸部的 一個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已研制完成并投入碼頭實(shí)用的“港口變頻 電源”項(xiàng)目為案例介紹電能質(zhì)量的改善方案。2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升堆場(chǎng)坐標(biāo)從“1 ”至“59”。其中，堆場(chǎng)高架電網(wǎng)的制式為460V/50Hz， 有

6、4組，“17”至“57”不設(shè)線?！啊敝痢啊睘?組變壓器，將港口進(jìn)線電壓10kV降為460V進(jìn)入堆場(chǎng) 高架電網(wǎng)，供電給橡膠輪胎門(mén)式起重機(jī)。港口場(chǎng)地布局圖2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升原先橡膠輪胎門(mén)式起重機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)均采用傳統(tǒng)的變頻運(yùn)行兩象限變頻模式電機(jī)逆向做功時(shí)的過(guò)電壓會(huì)通過(guò)IGBT逆向整流加載到直流母 線上，但無(wú)法通過(guò)功率二極管整流橋反饋回電網(wǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn) 能量的雙向流動(dòng)。在起重機(jī)進(jìn)行大功率驅(qū)動(dòng)作業(yè)時(shí)，整流橋 會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波。2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升采用四象限變頻器可以解決這個(gè)問(wèn)題，并且在對(duì)整流控制 單元中整流側(cè)的IGBT橋進(jìn)行恰當(dāng)控制，可以消除二極管整 流橋產(chǎn)生的6k1次諧

7、波，降低了電網(wǎng)諧波污染?！咀ⅰ空w更換兩象限變頻器的話，替換的四象限變頻 器的體積容量，安裝位置可能會(huì)與原來(lái)的位置不一致， 如此可能會(huì)增加很大的工程量及改裝費(fèi)用。2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升這里采用一種適應(yīng)當(dāng)前港口橡膠輪胎門(mén)式起重機(jī)現(xiàn)狀的改 造方法 “分體式”四象限變頻器 實(shí)際上是將前端 整流逆變部分分離，形成一個(gè)獨(dú)立的單元，以外接的形式 添加到原先的變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升以LCL濾波器替代純電感濾波以提高諧波抑制效果港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)所采用的LCL濾波器與傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同的是：將電感分為網(wǎng)側(cè)電感Lf和變流側(cè)電感L，網(wǎng)側(cè)電感和變流器側(cè)電 感之間是三個(gè)星形連接的

8、電容Cf。其中，變流器側(cè)電感L除了濾除 高次諧波外還具有升壓和能量交換功能。2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升改造前港口橡膠輪胎門(mén)式起重機(jī)采用的是“純電感濾波+ 兩象限變頻器”的驅(qū)動(dòng)方式改造后采用的是“LCL濾波+四象限變頻器”的驅(qū)動(dòng)方式2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升對(duì)比測(cè)試兩者在起重機(jī)起升作業(yè)時(shí)的諧波狀態(tài)純電感+兩象限變頻器LCL濾波器+四象限變頻器2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升純電感+兩象限變頻器LCL濾波器+四象限變頻器2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升純電感+兩象限變頻器LCL濾波器+四象限變頻器2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升從對(duì)比結(jié)果來(lái)看，采用“LCL濾波+四象限變頻器”

9、驅(qū) 動(dòng)方式的諧波抑制效果明顯。電壓總諧波畸變從8.8%降低到1.4%電流總諧波畸變從30%降低到4.4%5次、7次、11次等各次諧波含量均明顯降低功率因數(shù)從0.94提高到0.9972、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升對(duì)比能耗情況改造之前：輪胎吊在各種工況下進(jìn)行工作的測(cè)試結(jié)果2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升改造之后：輪胎吊在各種工況下進(jìn)行工作的測(cè)試結(jié)果節(jié)能效果：總耗電量有所下降，回饋至高架電網(wǎng)上的電量達(dá)到了40%以上。3、港口岸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升3、港口岸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升岸電供電技術(shù)是指船舶靠港期間，停用船舶上的發(fā)電機(jī)電源供電，由（港區(qū)）碼頭的岸電對(duì)船舶供電，是解決靠岸船舶由于船上的發(fā)電對(duì)

10、港 口水域帶來(lái)的污染問(wèn)題的重要舉措。船舶岸電系統(tǒng)組成3、港口岸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升為適應(yīng)到港的各國(guó)船只，供電與用電制式的匹配是船舶岸電系統(tǒng) 需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一。岸電技術(shù)比較低壓變頻岸電60Hz/50Hz (上海外高橋)低壓岸電60Hz直 供電(洛杉磯港)高壓岸電/低壓船 舶50Hz直供電(哥德堡港)高壓岸電60Hz直 供電(洛杉磯和西雅圖 集裝箱碼頭)高壓岸電60Hz直 供電(連云港)變頻設(shè)備安裝方式陸地移動(dòng)式陸地固定式陸地固定式變壓設(shè)備安裝方式陸地移動(dòng)式泵船承載式船上安裝式船舶配電電壓450V450V400V6.6kV450V岸電電壓450V450V10kV6.6kV6.6kV功率200

11、0kVA2500kVA2500kVA7500kVA2000kVA港口電網(wǎng)頻率50Hz60Hz50Hz60Hz50Hz供電頻率50Hz/60Hz60Hz50Hz60Hz50Hz/60Hz供電操作性連接不便，9根低 壓電纜水上高壓低壓雙向 連接，多根電纜較 復(fù)雜一根電纜，快速連 接電纜較少一根電纜，高壓國(guó)內(nèi)外各港口不同岸電供電方案比較3、港口岸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升我國(guó)電網(wǎng)采用頻率50Hz，而很多船舶供電采用頻率60Hz。若直 接將50Hz 的電源接入船舶設(shè)備，會(huì)使設(shè)備的整體效率下降30%。 采用岸上發(fā)電機(jī)組提供60Hz電源的方法成本高，噪音大，并造 成陸上環(huán)境的污染，且發(fā)電效率低，維護(hù)成本高。當(dāng)前

12、的發(fā)展趨勢(shì)是采用以大功率逆變電路（400kVA以上）為核 心組件的變頻電源替換發(fā)電機(jī)組。而且變頻電源裝置的輸出頻 率和電壓在一定范圍內(nèi)可調(diào)整。特別是在船廠使用時(shí)出現(xiàn)線路 電壓損耗的情況下，可調(diào)整設(shè)定值，升高電壓予以補(bǔ)償。由于變頻電源的核心部件是變頻器，是諧波源。但作為標(biāo)準(zhǔn)電 源的使用，諧波的存在將影響到電源的質(zhì)量，進(jìn)而影響使用設(shè) 備的穩(wěn)定和壽命。3、港口岸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升變頻電源的單線圖3、港口岸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升4條 措 施 抑 制 諧 波4、變頻電源輸出側(cè)采用無(wú)源正弦波濾波器，以改善變頻器輸出波形。 在正弦波濾波器的參數(shù)設(shè)置時(shí)，電感值一般在0.080.11mH，電容一 般在50100f。3、變頻電源設(shè)計(jì)為12 脈沖整流，從而消除11 次以下的輸入諧波電流。2、輸入側(cè)接入交流限流電抗器，抑制從電源到變頻器或變頻器內(nèi)部 產(chǎn)生的對(duì)電源側(cè)的高頻擾動(dòng)。改善變頻器的輸入電流波形。1、輸入側(cè)接入EMI 濾波器，用于控制輸入變頻器的電網(wǎng)諧波，有效 衰減經(jīng)電源傳入的電磁干擾信號(hào)，將電源功率基本無(wú)損地傳輸?shù)皆O(shè)備。 同時(shí)還能有效地控制設(shè)備本身產(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)，防止其進(jìn)入電網(wǎng)， 污染電磁環(huán)境，對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生不利影響。3、港口岸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量提升變頻器的極限電 流一般是額定電 流的1.5倍