试论港口起重机能量回馈引起的内网谐振原因

顾正欢

摘 要：近几年，港口起重机能量运行结构以及运行质量受到了社会各界的关注，相关管理人员要针对具体问题进行集中处理，切实维护工程项目的运行方针，对于谐振系统和能量，要在寻找产生原因的基础上，提出相应的管控措施。文章从港口起重机能量回馈系统的运行模型入手，对港口起重机能量回馈引起的内网谐波问题以及应对措施展开了讨论，旨在为相关项目管理人员提供有价值的参考建议。

关键词：港口起重机；能量回馈；内网谐振

在港口应用起重机，不仅能有效提升工作效率，也能进一步提高工作质量。一般而言，港口使用的起重机都是60t位以上的，基本体积是标箱体积。在对其进行调控和管理过程中，为了进一步保证其运行速度贴合实际需求，就会将其货物运输高度调整在100m左右，并且时间要在15s以下，要保证这种操作有序进行，就要将整体设备的起吊功率控制在4000千瓦左右。但是，需要注意的是，在起重机放下货物的过程中，当其距离降至70m，整体设备的重力势能在42000kJ左右，能量回馈约为4200kW，若是不能有效控制，则会导致系统产生非常严重的后果。

1 案例分析

某港口6态集装箱式起重机，主要负责三个集装箱停泊位置，能停靠标准货柜在1700的标准装载量船舶，三台起重机每个小时工作的货柜数量在45个左右，其中的两台起重机在合作模式下进行卸货装货，能在40个小时以内有效完成货物的完全替换。为了进一步提升系统的节能效果，技术人员在实际操作过程中，都是利用增加起吊速度的方式保证项目运行的常规化。起重机内部主要利用涡轮蜗杆结构，并配以28倍的行星轮系统。尽管在轮间摩擦过程中，已经有部分能量出现了损耗，然而，回馈能量依然会达到1200kW左右，对于内网电网会产生一定的影响。

2 港口起重机能量回馈系统的运行模型

在实际工作开展过程中，由于港口工作对于相关项目的运行效率较为看重，因此，一般在货物停留在港口约2天内，就要对燃油以及物资进行集中的补给，并且有序完成卸货操作。目前，针对10万t级别的货轮，需要1700左右的标准货柜，而起重机系统要在较短的时间内将其卸入到1700个货柜中。较为先进的技术能保证在一分钟内完成卸货工作，但是国产起重机还有一定差距，为了有效控制卸货时间，要求起吊时间和下降卸货时间都控制在15s以内。

基本的運行模型中，起重机主要分为前置起重机和后置起重机，前置起重机主要负责的就是货物装船，而后置起重机主要负责的就是卸货操作，在货物装载货柜的数量达到100个到150个时，前置起重机和后置起重机进行对调。

3 港口起重机能量回馈引起的内网谐波问题

港口起重机在实际运行过程中，电缆接入具有谐波的电网，就会出现内网谐波分布结构变动的问题，究其原因，主要是由于两者结构和运行参数都存在严重的不一致，特别是在电缆分布中，电容会不定时的吸收或者是发送谐波电流。尤其在电缆的电容结构和系统阻抗结构发生匹配的过程中，谐波电流的内部成分被有效放大。

由于港口起重机的运行模式是LC回路，具体结构较为完整，但是，其运行模型却并不对称，并不能形成有效的小阻尼LC回路，在实际应用过程中，也就导致整体设备会出现6个周期到8个周期的LC震荡波结构，需要相关技术人员对回馈系统进行精细化分析，并对其来源进行深度挖掘。第一，主要是在货物下降时，最大的能量源就是货物的重力势能，在鼠笼电动机的电磁环境中，相应的重力势能可以直接转化为电能，进入到内网的谐波就是LC串联环境的充分谐振波。值得注意的是，正是由于这个谐振波，会给系统带来5倍甚至以上的馈电电压。第二，在起重机运行中，由于实际操作会导致其接触器出现频繁启动-停止操作，若是系统内部使用的是星三角形换向软启动机制，则启动电流较大，在电流出现断电操作后，等效电容和等效电感之间就会出现大量的LC谐振，正是由于这些谐振，使得系统内出现3倍或者以上的馈电电压。第三，在系统中影响因素和影响效果最大的就是停电问题，会导致电动机内部的电感迅速释放，这就会致使等效电容和等效电感之间产生激烈的LC谐振碰撞，最终产生5倍甚至以上的馈电电压。对于系统来说，这些都是导致整体系统运行不畅的问题，需要相关技术人员针对具体问题进行集中整合和综合管控，只有对相应问题进行梳理和总结，才能减少内网谐波对于港口起重机的影响，并且减少能量回馈造成的不良影响[1]。

4 港口起重机能量回馈引起内网谐波的处理机制

4.1 利用PWM整流技术进行能量回馈控制

在实际变频操作开始前，由于港口机械下降过程中的势能和反馈再生能量之间只能是利用能耗制动的方式保证平衡，因此，技术人员要利用平稳制动以及高速轴紧急防风制动装置，对能源进行集中处理和综合管控，积极利用变频技术，保证能量回馈制动的处理方式能确保整体运行维度和运行有效性。也就是说，为了更好的管理电网被谐波污染问题，也便于提升功率因数，需要在变频技术中，积极运行四象限技术。正是基于此，PWM整流器能在能量双向运输方面以及相关控制结构运行过程中，有序提升整体电力电子装置的时效性，并且保证起重机不控整流能得到有效应用。

另外，技术人员能利用可逆PWM整流器，主要是利用整流取代不控整流，在实际应用过程中，能保证网侧电流保持正弦波，且网侧功率因数可控，电能参数能实现双向传输，并且整体运行机制具有较快的传输响应，电能双向传输后，可逆PWM整流器就能从电网中有效的吸收多余电能，确保整体整流工作有序进行，且整体整流器控制能量的水平能得到有效提高，运行状态良好。值得一提的是，在整个运行结构中，需要积极应用PWM整流器，并且借助其闭环控制机制，对电网内电流以及电压进行测定，且同频同相位，一定程度上升级了系统的功率因数，并且保证网侧谐波污染能被有效规避，真正建构了一个切实可行的交流、直流两侧可控的四象限变流运行设施。

4.2 借助滤波器有效消除谐波参数

若是在系统运行过程中，选择电抗率要匹配电抗器，保证其能有效抑制高次谐波，并对流入电容支路的谐波电流和相关参数进行集中处理和综合管控，借助相关滤波器能对接入系统的部分谐波进行有效消除，改善整体电能质量。特别需要注意的是，在对相应设备电抗率进行集中处理的过程中，也要针对具体问题对电容回路进行计算，确保在适当情况下，利用分布电容和电抗器进行滤波器组合，从而有效整合消除谐波的机制，并且保证其实际效果。

除此之外，由于在实际应用过程中，整体运行维度和运行参数较为多样化，就需要相关管理人员针对具体问题进行集中管控，一定程度上针对系统产生谐波的环境进行集中处理，尤其是针对系统内部的谐振频率，相关技术人员要给予高度重视，减少其产生的系统安全问题。也就是说，在实际设计结构过程中，技术人员也结合实际需求和项目发展机制，建构系统化评估模型，积极利用参数结构，确保系统运行模型的固有频率能和谐振频率相分离[2]。

5 结束语

总而言之，技术人员要结合港口的实际情况，积极运行有效的管控措施，防止谐波增压对于系统运行产生的不良影响，为港口起重机系统的良性运行提供支持，实现可持续发展。

参考文献

[1]叶宏伟.港口起重机能量回馈引起的内网谐振原因分析[J].科技致富向导，2015，15（04）：309-309，337.

[2]何志渔，王素玲.变频调速技术在港口及船舶起重机械中的应用[J].中国修船，2015，15（02）：34-36.