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电场桥能量回馈系统改造

高强生

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为解决电场桥(ERTG)能耗制动方式浪费再生电能的问题，对电场桥进行能量回馈系统改造，将电场桥一个作业周期内电机产生的再生电能通过能量回馈系统回收再利用，实现了码头电场桥节能降耗。

电场桥(ERTG); 能量回馈; PWM调制

1 引言

在电场桥(ERTG)工作的一个周期中，伴随着负载势能、动能的变化。比如，下放重物时势能会减

小，设备停机时动能会减小。在采用变频调速的设备里，减少的势能和动能通过电机转换成再生电能，这部分电能通常通过能耗制动电阻再转换为热能,白白浪费了。能量回馈是使用电力电子变换技术,将设备在运行过程中产生的再生电能进行利用，并转换为同步的交流电能回送到电网，从而实现节能降耗的一种方法。

2 能量回馈

能量回馈的基本原理是：将运动中负载上的机械能(位能、动能)通过能量回馈装置变换成电能(再生电能)并回送给交流电网，供其他用电设备使用，使电机拖动系统在单位时间消耗电网电能下降，从而达到节约电能的目的[1]。要使变频调速系统工作于能量回馈状态，必须满足以下条件：

(1)网侧端需要采用可控变流器。当电机工作于能量回馈状态时，为了实现电能回馈电网，网侧变流器必须工作于逆变状态，而不可控变流器不能实现逆变。

(2)直流母线电压要高于回馈阈值。变频器要向电网回馈能量，直流母线电压值一定要高于回馈阈值，只有这样才能够向电网输出电流。阈值的设定则要根据电网电压和变频器耐压性能决定。

(3)回馈电压频率必须和电网电压频率相同。回馈过程中必须使其输出电压频率和电网电压频率相同，避免浪涌冲击。

3 常用2种制动方式的比较

ERTG是具有较大节能潜力的机械，ERTG提升和下放操作频繁，单位时间内回馈总能量很可观。如果变频器中没有采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。当制动过快或位能性负载下降时，这部分能量将导致变频器的损坏。

能耗制动是采用在直流回路中加制动电阻的方式吸收电机的再生电能，实现能耗制动(见图1)。各传动装置上均有相应的制动单元和制动电阻，当传动装置处于能量回馈工作方式时，电动机的机械能通过逆变器的IGBT返回到直流母线，使直流母线上电容器两端电压升高。当电压达到制动单元允许释放电能的阈值时，制动单元导通，将电能消耗到无电感的制动电阻上。

能耗制动系统能量的传输总是单向式的，只能从电源流入到传动系统，再由传动装置到电阻，能量只是消耗，不能回馈到供电电网。

图1 能耗制动系统接线图

回馈制动对回馈的电能采用直流电源调制处理成交流正弦波。IGBT工艺和应用技术在电力电子行业已非常成熟。可以采用IGBT元器件通过PWM调制处理，使回馈到直流母线的电能处理成需要的波形。图2是以IGBT为功率器件的PWM整流器作为回馈装置的系统。

图2 回馈制动系统接线图

能量回馈装置连接于交流电源电网与直流母线之间，当直流母线上需要能量供给电动机时，回馈装置通过整流器将交流电源变成直流至公共母线。当直流母线的电压高于某一设定值时，回馈装置中的IGBT 将通过PWM调制的方式，将直流母线电压以正弦波的方式向电网输送。这种方式可以使电网谐波减小，功率因数提高。

4 取得的成果

2011年8月在广泛调研和比较相关技术方案及能量回馈装置实用性基础上，选用了上海某公司的HDM系列能量回馈装置，在公司206场桥上进行了安装调试。改造后，系统运行状况良好，经过江苏省节能技术服务中心测试，节能效果达到预期，2012年顺利通过南京港科协组织的专家鉴定。同年改造了3台ERTG，使ERTG在用电消耗上进一步下降。

经过改造后，取得了显著的成效：

(1)直流母线电压的波动范围明显减小，降低了变频器内部电解电容的发热，降低变频器输出转矩因电压波动而引起的脉动，避免了设备意外停车的风险，间接提高了系统的工作效率。

(2)提高电网功率因数，相应地减少线路中电压损耗，节约了电能，降低了生产成本。

(3)减小了电网电压谐波和电流谐波，满足了GBT14549、IEC61000-3-2对电网电压谐波和电流谐波的要求。提高了用电设备的效率，降低电机、电抗器、电缆等设备因发热导致的绝缘老化，延长设备使用寿命。同时对于通信、继电保护和自动装置的干扰误动作有相当程度的改善。

通过实际使用，加装能量回馈装置的ERTG与未加装能量回馈装置的ERTG比较，电耗分别为1.14 kWh/TEU和1.7 kWh/TEU，节能32%，效果明显。目前全年场桥作业量达180万TEU，如全部进行能量回馈改造，每年可节约用电100万kWh左右。

5 结语

能源是经济、社会发展的物质基础，企业应该积极参与到节能降耗的新技术研究与实践中，为建设资源节约型、环境友好型社会的发展贡献自己的一份力量。

[1] 黎明森,黄有方.现代港口电气自动化工程技术手册[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