電場橋能量回饋系統改造

高強生

南京港龍潭集裝箱有限公司

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電場橋能量回饋系統改造

高強生

南京港龍潭集裝箱有限公司

為解決電場橋(ERTG)能耗制動方式浪費再生電能的問題，對電場橋進行能量回饋系統改造，將電場橋一個作業周期內電機產生的再生電能通過能量回饋系統回收再利用，實現了碼頭電場橋節能降耗。

電場橋(ERTG); 能量回饋; PWM調制

1 引言

在電場橋(ERTG)工作的一個周期中，伴隨著負載勢能、動能的變化。比如，下放重物時勢能會減

小，設備停機時動能會減小。在采用變頻調速的設備里，減少的勢能和動能通過電機轉換成再生電能，這部分電能通常通過能耗制動電阻再轉換為熱能,白白浪費了。能量回饋是使用電力電子變換技術,將設備在運行過程中產生的再生電能進行利用，并轉換為同步的交流電能回送到電網，從而實現節能降耗的一種方法。

2 能量回饋

能量回饋的基本原理是：將運動中負載上的機械能(位能、動能)通過能量回饋裝置變換成電能(再生電能)并回送給交流電網，供其他用電設備使用，使電機拖動系統在單位時間消耗電網電能下降，從而達到節約電能的目的[1]。要使變頻調速系統工作于能量回饋狀態，必須滿足以下條件：

(1)網側端需要采用可控變流器。當電機工作于能量回饋狀態時，為了實現電能回饋電網，網側變流器必須工作于逆變狀態，而不可控變流器不能實現逆變。

(2)直流母線電壓要高于回饋閾值。變頻器要向電網回饋能量，直流母線電壓值一定要高于回饋閾值，只有這樣才能夠向電網輸出電流。閾值的設定則要根據電網電壓和變頻器耐壓性能決定。

(3)回饋電壓頻率必須和電網電壓頻率相同。回饋過程中必須使其輸出電壓頻率和電網電壓頻率相同，避免浪涌沖擊。

3 常用2種制動方式的比較

ERTG是具有較大節能潛力的機械，ERTG提升和下放操作頻繁，單位時間內回饋總能量很可觀。如果變頻器中沒有采取消耗能量的措施，這部分能量將導致中間回路的儲能電容器的電壓上升。當制動過快或位能性負載下降時，這部分能量將導致變頻器的損壞。

能耗制動是采用在直流回路中加制動電阻的方式吸收電機的再生電能，實現能耗制動(見圖1)。各傳動裝置上均有相應的制動單元和制動電阻，當傳動裝置處于能量回饋工作方式時，電動機的機械能通過逆變器的IGBT返回到直流母線，使直流母線上電容器兩端電壓升高。當電壓達到制動單元允許釋放電能的閾值時，制動單元導通，將電能消耗到無電感的制動電阻上。

能耗制動系統能量的傳輸總是單向式的，只能從電源流入到傳動系統，再由傳動裝置到電阻，能量只是消耗，不能回饋到供電電網。

圖1 能耗制動系統接線圖

回饋制動對回饋的電能采用直流電源調制處理成交流正弦波。IGBT工藝和應用技術在電力電子行業已非常成熟。可以采用IGBT元器件通過PWM調制處理，使回饋到直流母線的電能處理成需要的波形。圖2是以IGBT為功率器件的PWM整流器作為回饋裝置的系統。

圖2 回饋制動系統接線圖

能量回饋裝置連接于交流電源電網與直流母線之間，當直流母線上需要能量供給電動機時，回饋裝置通過整流器將交流電源變成直流至公共母線。當直流母線的電壓高于某一設定值時，回饋裝置中的IGBT 將通過PWM調制的方式，將直流母線電壓以正弦波的方式向電網輸送。這種方式可以使電網諧波減小，功率因數提高。

4 取得的成果

2011年8月在廣泛調研和比較相關技術方案及能量回饋裝置實用性基礎上，選用了上海某公司的HDM系列能量回饋裝置，在公司206場橋上進行了安裝調試。改造后，系統運行狀況良好，經過江蘇省節能技術服務中心測試，節能效果達到預期，2012年順利通過南京港科協組織的專家鑒定。同年改造了3臺ERTG，使ERTG在用電消耗上進一步下降。

經過改造后，取得了顯著的成效：

(1)直流母線電壓的波動范圍明顯減小，降低了變頻器內部電解電容的發熱，降低變頻器輸出轉矩因電壓波動而引起的脈動，避免了設備意外停車的風險，間接提高了系統的工作效率。

(2)提高電網功率因數，相應地減少線路中電壓損耗，節約了電能，降低了生產成本。

(3)減小了電網電壓諧波和電流諧波，滿足了GBT14549、IEC61000-3-2對電網電壓諧波和電流諧波的要求。提高了用電設備的效率，降低電機、電抗器、電纜等設備因發熱導致的絕緣老化，延長設備使用壽命。同時對于通信、繼電保護和自動裝置的干擾誤動作有相當程度的改善。

通過實際使用，加裝能量回饋裝置的ERTG與未加裝能量回饋裝置的ERTG比較，電耗分別為1.14 kWh/TEU和1.7 kWh/TEU，節能32%，效果明顯。目前全年場橋作業量達180萬TEU，如全部進行能量回饋改造，每年可節約用電100萬kWh左右。

5 結語

能源是經濟、社會發展的物質基礎，企業應該積極參與到節能降耗的新技術研究與實踐中，為建設資源節約型、環境友好型社會的發展貢獻自己的一份力量。

[1] 黎明森,黃有方.現代港口電氣自動化工程技術手冊[M〗.北京：人民交通出版社,2005：20-56.

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The Transformation of ERTG Energy Feedback System

Gao Qiangsheng

Longtan Container Co. Ltd., Nanjing Port

In order to solving the problem that dynamic braking by ERTG wastes its regenerative energy, the energy feedback system of ERTG is improved. The regenerated electric energy by the motor of ERTG is reclaimed and reused by the energy feedback system in one operation cycle. It achieves ERTG energy saving.

ERTG；energy feedback；PWM modulation

2016-07-07

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.06.019