新时达-step AS510系列AFE在轮胎吊节能改造中的应用

1、 概述        传统轮胎吊是由柴油发电机组提供能源，在集装箱下放过程中和大车、小车制动过程中，电机处于再生发电状态，势能转换成的电能无法回馈到电网，只能通过直流侧的制动单元流向制动电阻，变成热能而消耗掉，以免造成直流侧母线过压。油改电工程实施后，轮胎吊实现了市电供电。在此基础上，安装AFE有源前馈单元可以将这部分再生能量返回电网，进一步降低能耗，同时AFE可以降低变频器设备的电流谐波，提高产品功率因数，改善电网质量。

图1 轮胎吊外形

2、 方案介绍        AS510系列AFE整流回馈单元是上海辛格林纳新时达电机有限公司针对工业起重机领域开发设计的一款AFE产品，用于轮胎吊、岸边集装箱桥式起重机、门座式起重机等位能负载类型应用场合，主要起到有源整流和能量回馈的作用。AS510系列产品采用有源整流技术及矢量控制算法，标配LCL滤波器，预充电回路，通过控制高速IGBT模块, 可实现电网和变频直流母线间的能量的双向流动，将由生产机械中的动能或势能转换而来的电能及时、高效地回馈到电网，从而实现节省用电。AFE工作时电网功率因数接近于1，能够提高用电设备和电网的功率因数，降低配电容量并提高系统效率；在整流和回馈状态下，其电网侧电压和电流的波形都是谐波含量很少的正弦波，消除了变频器对电网的谐波干扰，从而实现环保用电，完成有源整流和能量回馈的作用。        在采用AS510系列AFE产品会有如下优势：    * 在恶劣的电网条件下（电网波动大，谐波含量高），AS510系列AFE通过先进的锁相控制技术，保证系统正常运行并保证最好的运行质量；    * AS510运行在额定负载下，保证电流谐波小于3%；减低系统谐波分量，优化系统电网质量；AS510系列产品具有高动态响应，负载波动不受影响；    * AS510系列AFE产品工作时可以把系统电网的功率因数提高到接近于1；    * AS510系列AFE整流回馈单元操作简单、可靠，可以适应轮胎吊市电给定，也可以支持柴油发电机系统；    * AS510系列有源前端不仅与新时达变频器匹配而且还可以与ABB，西门子等知名品牌逆变器匹配使用。 3、 改造案例        宁波北仑国际集装箱码头有限公司（NBCT）由宁波港集团有限公司与和记黄埔港口集团共同投资组建，到目前为止，码头已开辟至欧洲、北美、南美、非洲、澳洲及中东的远洋干线，及至香港、台湾、日本、韩国、新加坡等国家和地区的近洋航线。2006年集装箱吞吐量达188万TEU。        上海新时达AS510系列AFE整流回馈单元于2013年10月15日在宁波北仑港15#轮胎吊完成安装调试工作，设备正常运行，其产品性能满足现场作业要求。        由于码头很大一部分的轮胎吊系统采用不控整流供电,使得电网电压畸变严重,影响AFE的锁相并网控制。AS510系列AFE通过将电网电压经过无相移滤波及正负序提取的处理方式，优化其锁相控制，使得AFE系统运行平稳同时最大限度的降低了并网电流的谐波含量。        下图是现场AFE投入运行时的电压电流测试数据，并网电流谐波在额定负载下运行时能低于3%，极大的改善了电网质量。

标准工况下AFE投入回馈时电压电流

下表是现场总的测试数据汇总：

       通过测试可以看出AS510系列AFE整流回馈单元在运行时，可以有效地提高电网电源的功率因数，降低电源电压、电流谐波，有效的改善了电网的质量，电流谐波最低能降到2.2%左右，且具有较高的节能效果，节能效率高达43%。