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【摘要】隨著傳統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)因為柴油發電機組驅動的能量轉換效率低、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能減排，保護環境的目的。但大多數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。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的此類問題，為廣大港口帶來巨大的經濟效益。

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