港口電力系統(tǒng)電能質(zhì)量?jī)?yōu)化的探索-課件

1、許曉彥 港口電力系統(tǒng)電能質(zhì)量?jī)?yōu)化的探索2014年3月20日目錄1、港口電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 3、港口岸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 1、港口電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 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“靠港船舶使用岸電”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

2、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、高污染運(yùn)輸裝備淘汰更新起到推動(dòng)作用。 第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 1、港口電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 1、港口電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 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

3、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，而靠港船舶的電制既有380V/50Hz，也有440V/60Hz，這就需要港口裝備大功率變頻電源。第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 容量近似無窮大的公用電網(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)量問題 第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 1、港口電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 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

4、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 1、港口電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 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)和閃變” 第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 1、港口電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 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

5、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)量問題，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)量問題，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。第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 堆場(chǎng)坐標(biāo)從“11”至“59”。其中，堆場(chǎng)高架電網(wǎng)的制式為460V/50Hz，有4組，“

6、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)，供電給橡膠輪胎門式起重機(jī)。港口場(chǎng)地布局圖第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 原先橡膠輪胎門式起重機(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)的過電壓會(huì)通過IGBT逆向整流加載到直流母線上，但無法通過功率二極管整流橋反饋回電網(wǎng)，無法實(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。第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 采用四象限變頻器可以解決這個(gè)問題

7、，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。第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 這里采用一種適應(yīng)當(dāng)前港口橡膠輪胎門式起重機(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。第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題

8、 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。 以LCL濾波器替代純電感濾波以提高諧波抑制效果第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 改造前港口橡膠輪胎門式起重機(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)方式第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 對(duì)比測(cè)試兩者在起重機(jī)起升作業(yè)時(shí)的諧

9、波狀態(tài) 純電感+兩象限變頻器 LCL濾波器+四象限變頻器第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 純電感+兩象限變頻器 LCL濾波器+四象限變頻器第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 純電感+兩象限變頻器 LCL濾波器+四象限變頻器第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 從對(duì)比結(jié)果來看，采用“LCL濾波+四象限變頻器”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

10、含量均明顯降低 功率因數(shù)從0.94提高到0.997第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 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)果第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 2、港口場(chǎng)地電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 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。第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 3、港口岸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 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

11、對(duì)港口水域帶來的污染問題的重要舉措。我國(guó)電網(wǎng)采用的頻率和電壓分別50Hz 和380V，而大部分船舶供電采用的頻率和電壓分別是60Hz和440V。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)前最為明顯的發(fā)展趨勢(shì)是采用以大功率逆變電路（400kW 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。第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 3、港口岸

12、電系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 變頻電源的單線圖第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 3、港口岸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 變頻電源的單線圖第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 3、港口岸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 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。第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 3、港口岸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 4條措施抑制諧波4、變頻電源輸出側(cè)采用無源正弦波濾波器，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

13、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。第八屆電能質(zhì)量高峰論壇 2014年3月20日于杭州 3、港口岸電系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題 一般用電設(shè)備在起動(dòng)瞬間會(huì)產(chǎn)生大于額定電流4 倍以上的起動(dòng)電流。這對(duì)發(fā)電機(jī)組會(huì)造成輸出電壓降低，但不影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。但對(duì)變頻電源而言，因電流超過極限會(huì)出現(xiàn)保護(hù)性跳閘，因此設(shè)計(jì)變頻電源需要充分考慮負(fù)載的具體情況。1變頻器的極限電流一般是額定電流的1.5倍，因此要根據(jù)負(fù)載的額定功率和起動(dòng)電流來選擇