前言：

由于我國大力推進綠色低碳港口建設，大型裝卸機械“油改電”工程和“靠港船舶岸電供電”工程等港口電氣化改造項目在沿海各港口已經(jīng)大規(guī)模實施，即采用電力設備使港口裝卸效率和用能效率明顯提高，單位運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。

預計港口電能比例仍將會進一步提高，這個發(fā)展方向符合我國“建設綠色低碳港口”的戰(zhàn)略方針，并對加快高能耗、高排放、高污染運輸裝備淘汰更新起到推動作用。

一、行業(yè)情況介紹

1、行業(yè)介紹

港口是位于海、江、河、湖、水庫沿岸，具有水陸聯(lián)運設備以及條件以供船舶安全進出和停泊的 運輸樞紐。港口作為水陸交通的集結(jié)點和樞紐處，是工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品和外貿(mào)進出口物資的集散地，也是船舶停泊、裝卸貨物、上下旅客、補充給養(yǎng)的場所。作為資源配置樞紐、國際貿(mào)易關鍵節(jié)點，港口在交通運輸系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，而港口行業(yè)也被視為 經(jīng)濟發(fā)展的晴雨表，其增速整體與經(jīng)濟發(fā)展趨同。港口對于滿足國家能源、原材料等大宗物資運輸，支撐經(jīng)濟、社會和貿(mào)易發(fā)展以及人民生活水平的提高，提升國家綜合實力具有十分重要的作用。

2、港口的分類

①按用途：可分為商港、軍港、漁港、工業(yè)港、避風港等；

②按所在位置：可分為海岸港、河口港和內(nèi)河港，其中海岸港和河口港統(tǒng)稱為海港；

③按發(fā)展地位：可分為國際性港、國家性港、地區(qū)性港；其中國際性港靠泊來自世界各國港口的船舶，如中國的上海港和大連港、國外的鹿特丹和倫敦港等，國家性港主要靠舶往來于國內(nèi)港口的船舶，地區(qū)性港主要靠泊往來于國內(nèi)某一地區(qū)港口的船舶。

3、港口行業(yè)特點

①自然條件、經(jīng)濟腹地要求高

港口建設發(fā)展需要一定的自然與經(jīng)濟條件，如優(yōu)越的地理位置、廣闊的水陸域、必要的泊位水深、良好的氣象條件、發(fā)達的經(jīng)濟腹地條件。

②集疏運條件要求高

現(xiàn)代港口必須具有完善與暢通的集疏運系統(tǒng)，才能成為綜合交通運輸網(wǎng)中重要的水陸交通權紐。

③資金投入大、建設周期長

港口屬于交通運輸基礎設施，具有投資規(guī)模大、建設周期長的特點，要求進入者必須具有較強的資金實力。

④經(jīng)營專業(yè)化程度高

港口行業(yè)在交通運輸行業(yè)中屬于經(jīng)營專業(yè)化程度較高的子行業(yè)，在港口技術、經(jīng)營管理、商業(yè)渠道、客戶關系、產(chǎn)品服務等方面更專業(yè)化。

⑤政府管制嚴格

港口事關國計民生、國家安全，我國在港口建設、投資、運營等方面對港口行業(yè)有比較嚴格的行政管制。

二、港口行業(yè)的電能質(zhì)量現(xiàn)狀：

1、港口碼頭的兩種電力系統(tǒng)

①場地電力系統(tǒng):“場地電力系統(tǒng)”的任務是向大型裝卸機械供電.

②岸電系統(tǒng):“岸電系統(tǒng)”的任務是向靠港船舶供電。

2、港口電力主要的幾類負載

(1)反復間歇性負載：主要為裝卸類起重設備，包括岸吊、起重機、龍門吊、抓斗、輸送帶、傳送管、卷揚機、牽引機。采用大功率整流驅(qū)動直流電機或變頻驅(qū)動交流電機負載。其負載特性為啟動電流大。平均負載電流小，諧波含量大，功率因數(shù)較低(0.6以下)。

(2)不間斷運行設備(占20-30%)：主要為皮帶運輸機，煤碼頭斗輪機。其負載特性為負荷較為均勻，且三相對稱，功率因數(shù)穩(wěn)定(0.8左右)。

(3)輔助設備(占10-20%)：主要為變頻或整流類電源類負載和照明負載。

比如港口使用的計算機電源、辦公設備均屬于開關電源，會產(chǎn)生5次、7次、11次諧波，其負載特性為電源諧波含量大;

照明負載中，熒光燈、高壓鈉燈和高壓水銀燈功率因數(shù)較低(0.45-0.65之間)。

3、港口的裝卸工作流程中的負載

港口裝卸作業(yè)是港口的主要技術，無論是港口的設計，還是相關設施的建造，都需要考慮到港口的裝卸流程作業(yè)所帶來的影響。港口作業(yè)區(qū)散貨泊位由卸船系統(tǒng)、裝船系統(tǒng)、礦石堆場和裝車系統(tǒng)組成。

①卸船系統(tǒng)：碼頭卸船采用抓斗卸船機，清艙設備采用輪式裝載機。

港口卸船作業(yè)一般采用卸船機、皮帶機、堆取料機等裝卸設備，一般的裝船過程時:橋式抓斗卸船機將貨物從船舶上堆放到移動式皮帶機、皮帶車上，經(jīng)由多個皮帶機傳輸機到達堆場，最終由斗輪式堆取料機把貨物倒堆到堆場中。其中卸船機一般有兩種，即周期性和連續(xù)性機械，最常用為機械性的卸船機。

②裝船系統(tǒng)：裝船系統(tǒng)中一般采用移動式裝船機裝船；水平輸送系統(tǒng)一般是是采用1路帶式輸送機。

港口的裝船作業(yè)一般會使用到裝船機、堆取料機、皮帶機等裝卸設備，裝船流程一般是:堆取料機將貨物從堆場中取出，經(jīng)由多個皮帶機、或者皮帶車，到達另一個堆場；或者到達移動式裝船機，再由裝船機將貨物倒堆到船舶上。

③礦石堆場：在碼頭后方沿東西向平行布置礦石堆場。在堆場上設置堆、取合一的斗輪堆取料機。

④裝車系統(tǒng)：裝車作業(yè)線上一般裝設有軌道式移動式裝車機；堆場出料裝車水平輸送系統(tǒng)一般都是選用帶式輸送機；在移動式裝車機上布置電子皮帶秤，對每節(jié)車皮的裝車量進行精確控制。

隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，在裝卸工藝中使用了大型電力裝卸機械和電氣傳動等裝置，比如裝船機、橋式抓斗卸船機、泵船浮式起重機、堆取料機、皮帶輸送機等。其中裝船機、橋式抓斗卸船機、泵船浮式起重機、堆取料機這些設備的調(diào)速控制都是使用變頻器實現(xiàn)的。變頻器作為常用的控制電動機的控制設備，廣泛運用于港口行業(yè)的運作中，其主要諧波次數(shù)為5、7次。

大型裝卸機械（橋吊、皮帶機等）基本采用電力電子裝置和電氣傳動裝置，包括晶閘管整流直流調(diào)速和交流變頻調(diào)速裝置，這些設備均屬于非線性用電設備，是典型的諧波源，向港口電網(wǎng)中注入大量的諧波，同時港口大量的皮帶機被用于堆場和船舶之間的貨物傳送，而皮帶運輸機在工作過程中會消耗大量的無功功率，嚴重影響港口電網(wǎng)的電能質(zhì)量。使供電可靠性降低，電網(wǎng)運行能耗偏高。

4、港口工作流程中的輔助設備

變頻或整流類電源類負載：由于港口使用的計算機電源、辦公設備均屬于開關電源，計算機本身也屬于諧波源的一種，所以在工作過程中會產(chǎn)生諧波電流，比如開關電源會產(chǎn)生5、7、11次諧波；計算機主要產(chǎn)生3、5、7次諧波，其中3初次諧波含量最大。

照明設備：港口一般都會使用一些熒光燈和高壓氣體放電燈作為港口的照明設備，這些照明設備的非線性特性極其嚴重，熒光燈需要與電子鎮(zhèn)流器串聯(lián)才能使得綜合伏安特性曲線不再呈現(xiàn)負值，設備才能正常使用，而電子鎮(zhèn)流器主要的諧波次數(shù)是3次，高壓氣體放電燈的主要諧波次數(shù)是3、5、7次。

三、解決方案：

1.諧波問題：

從上述的主要負載以及其存在的電能質(zhì)量問題，我們可以了解到，港口行業(yè)在生產(chǎn)過程中存在嚴重的諧波治理問題，其中最主要的諧波問題在于生產(chǎn)過程中幾乎每個環(huán)節(jié)都在使用的變頻器設備和照明設備，它們主要存在3、5、7次諧波的問題，而保證電源穩(wěn)定性的UPS不間斷電源也存在嚴重的諧波問題，不及時處理會影響其他電氣設備的正常工作，降低發(fā)電、輸電及用電設備的效率，甚至會引起諧振引發(fā)重大事故。

對此，我們提出的解決方案時依據(jù)實際情況，配置相應的有源濾波器APF設備進行有源濾波，減少諧波含量，降低諧波畸變率。

我司的有源電力濾波器APF產(chǎn)品如下圖所示，具有諧波補償、功率因數(shù)補償和三相不平衡補償?shù)榷喾N補償功能，能同時濾除三相四線制配電系統(tǒng)中2次到50次各次諧波，同時改善電網(wǎng)功率因數(shù)，是治理電能質(zhì)量問題完美解決方案。

2.無功補償：

上述用電設備的功率因數(shù)都不高，都在0.7~0.85之間，說明港口行業(yè)中這些電氣設備的效率都不高。根據(jù)《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無功電力管理規(guī)定》，100kVA及以上10kV供電的電力用戶，其功率因數(shù)宜達到0.95以上，其他電力用戶，其功率因數(shù)宜達到0.90以上。港口行業(yè)中上述的主要設備基本都沒有達標，如果不進行無功補償，供電公司將會進行罰款。

對于無功功率不達標的問題，我們有兩種解決方法：

一種是通過電容電抗補償柜（LC）進行補償，改善電網(wǎng)供電質(zhì)量及提高用電的可靠性，安裝方便，占用面積小，節(jié)省空間。

另一種方法是使用靜止無功發(fā)生器（SVG），該方法可以實時補償，無過補、欠補現(xiàn)象，且容性無功、感性無功都能實現(xiàn)補償。

四、案例分享：

山東省日照港

曹妃甸液體化工碼頭

湛江港變電站

龍翔化工碼頭配電房改造

上海洋山深水港區(qū)