【摘 要】集裝箱碼頭實(shí)施油改電工程后，場(chǎng)橋的作業(yè)需要雙動(dòng)力源完成，本文介紹了一種保留原場(chǎng)橋的柴油發(fā)電機(jī)組，基于超級(jí)電池的轉(zhuǎn)場(chǎng)系統(tǒng)的研發(fā)過(guò)程及應(yīng)用情況。

【關(guān)鍵詞】雙動(dòng)力場(chǎng)橋 超級(jí)電池 轉(zhuǎn)場(chǎng)系統(tǒng)

一、課題背景

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)很多專業(yè)集裝箱碼頭完成了場(chǎng)橋油改電工程，改造后場(chǎng)橋在箱區(qū)內(nèi)的作業(yè)時(shí)使用市電，在轉(zhuǎn)場(chǎng)過(guò)程中仍使用柴油發(fā)電機(jī)組，即所謂“雙動(dòng)力場(chǎng)橋”。場(chǎng)橋的轉(zhuǎn)場(chǎng)仍需柴油發(fā)電機(jī)組完成，市電—柴電的頻繁切換導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)磨損增加，場(chǎng)橋“零排放”未能實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)場(chǎng)靈活性降低影響作業(yè)效率。為此，使用新能源設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)場(chǎng)成為油改點(diǎn)工程后各碼頭著手研究發(fā)展的課題之一。

二、系統(tǒng)可行性分析

系統(tǒng)可行性分析主要依據(jù)是場(chǎng)橋作業(yè)工況和技術(shù)參數(shù)，具體包括如下幾個(gè)條件：

安裝空間：系統(tǒng)需安裝在獨(dú)立機(jī)房?jī)?nèi)，稱作電池機(jī)房。根據(jù)場(chǎng)橋空間確定電池房外形尺寸最大為2.2m（L）*1.5m（W）*2.6m（H）。

輪壓負(fù)荷：根據(jù)場(chǎng)橋海陸兩側(cè)負(fù)荷情況進(jìn)行輪壓計(jì)算，確定電池房的最大重量4噸。

系統(tǒng)性能：首先滿足在電池驅(qū)動(dòng)下SOC保持在40%以上；其次連續(xù)轉(zhuǎn)向20次；最后滿足輔助設(shè)備不間斷供電。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

在可行性分析的基礎(chǔ)上得出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)包括儲(chǔ)能元件、逆變電源、電氣隔離、控制連鎖和系統(tǒng)安全等因素。

（一）儲(chǔ)存元件的選擇。常用的動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)存元件主要為三種：傳統(tǒng)的VRLA電池、鋰離子電池和超級(jí)電池。三種元件的性能對(duì)比如下表所示：

如表一所示數(shù)據(jù)，綜合考慮使用超級(jí)電池為系統(tǒng)的儲(chǔ)存元件。超級(jí)電池共48節(jié)串聯(lián)，單節(jié)電池電壓12V，容量為120AH，最大放電電流可達(dá)到300A。電池組在10%SOC 時(shí)端電壓為580V，在100%SOC時(shí)端電壓為624V，滿足系統(tǒng)要求。

（二）逆變電源的選擇

根據(jù)場(chǎng)橋系統(tǒng)的要求，逆變電源的容量60KW、交流輸入電壓380VAC—480VAC、直流輸入電壓450VDC—750VDC、交流輸出電壓380VAC—480VAC，可是實(shí)現(xiàn)交直流輸入在線“零縫隙”切換。

（三）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路。為了使場(chǎng)橋改造后司機(jī)的操作不受太大影響，設(shè)計(jì)思路要從直流主電路接口、交流主電路接口和控制電路接口三個(gè)方面著手。直流接口作外接式，即將電池直流母線和場(chǎng)橋變頻器直流母線外接，線路設(shè)置空氣開(kāi)關(guān)、接觸器、二極管和保險(xiǎn)等保護(hù)裝置，使外界系統(tǒng)做到安全隔離。交流接口為嵌入式，即將逆變電源“鑲嵌”在交流主電路中，同時(shí)設(shè)置旁路開(kāi)關(guān)作為應(yīng)急操作使用?？刂平涌谠O(shè)計(jì)到兩套系統(tǒng)之間的I/O聯(lián)絡(luò)，逆變電源的控制和保護(hù)，直流母聯(lián)的控制和保護(hù)，電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)和維護(hù)以及場(chǎng)橋電池用電時(shí)的控制和保護(hù)等。

（四）直流主電路。電池系統(tǒng)的直流連接為外接式，直流母線正極安裝二極管的目的是避免變頻器對(duì)電池組進(jìn)行充電，直流母線負(fù)極安裝分流器進(jìn)行電流采集、反饋和控制。

在電池側(cè)的直流母線上安裝了EPS（逆變電源）以供場(chǎng)橋系統(tǒng)控制電源和輔助設(shè)備以及電池系統(tǒng)輔助、控制電源使用。母線正極安裝二極管，作用是除了截止電池不充電外，保證EPS交直流切換時(shí)供電不間斷。

（五）交流主電路。電池系統(tǒng)和場(chǎng)橋系統(tǒng)在交流方面的連接方式為嵌入式，即將EPS嵌入接在輔助電路中。EPS交流進(jìn)線來(lái)自場(chǎng)橋原電路，EPS輸出分返回場(chǎng)橋輔助變壓器供給場(chǎng)橋輔助電路和電池系統(tǒng)控制回路。

（六）控制回路

1.EPS啟?？刂?。EPS啟動(dòng)命令包括維修用的上電開(kāi)關(guān)和電瓶接觸器觸點(diǎn)，兩個(gè)啟動(dòng)信號(hào)并聯(lián)接入EPS的外部控制端子。EPS的停止是通過(guò)在停止端子上接入緊停開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。另外，EPS具有自我保護(hù)功能，故障情況能自動(dòng)關(guān)斷，同時(shí)反饋信號(hào)接入電池控制器用于切斷直流母聯(lián)。

2.直流母聯(lián)控制。在使用市電/柴電作業(yè)的情況下，母聯(lián)接觸器斷開(kāi)，電池母線和變頻器直流母線隔離；在使用電池轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，電池控制器在檢測(cè)到市電/柴電信號(hào)無(wú)、控制電源合信號(hào)有、電池電量充足信號(hào)有以及母聯(lián)空氣開(kāi)關(guān)、電池狀態(tài)良好等信號(hào)有的情況下，控制緩沖接觸器和主接觸器先后吸合，從而完成母聯(lián)連接，上述任何條件的不滿足，母聯(lián)將關(guān)斷。

3.充電控制。在使用市電/柴電作業(yè)的情況下，電池控制器檢測(cè)到市電/柴電信號(hào)有即對(duì)電池進(jìn)行充電。充電過(guò)程分為恒流充電和涓流充電，同時(shí)冷卻風(fēng)機(jī)間斷周期開(kāi)啟，輔助電池房空調(diào)，為電池提供良好的環(huán)境溫度。

四、系統(tǒng)改造

系統(tǒng)改造包括平臺(tái)加固、電池房吊裝、電氣調(diào)試等工作：

（一）平臺(tái)加固。在原平臺(tái)14#槽鋼框架的基礎(chǔ)上，我們用14#槽鋼框架疊了一層，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行了加強(qiáng)改造， 同時(shí)在機(jī)房?jī)?nèi)側(cè)使用150*100方管安裝了機(jī)房的防撞護(hù)杠。

（二）平臺(tái)布置方案。在滿足元器件散熱空間和維修空間的基礎(chǔ)上，考慮配重平衡完成吊裝。

（三）電氣調(diào)試。安裝完成后，根據(jù)系統(tǒng)控制功能和技術(shù)性能要求進(jìn)行調(diào)試，啟?？刂?、直流回路、交流回路、電池充放電以及極限工況測(cè)試均順利通過(guò)，技術(shù)性能達(dá)成設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。

五、結(jié)束語(yǔ)

投入運(yùn)行后系統(tǒng)工作狀態(tài)良好，電池基本處于浮充狀態(tài)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)橋無(wú)污染無(wú)噪音操作；提高了場(chǎng)橋轉(zhuǎn)場(chǎng)效率和用電率。二是使用了電池和EPS后，輔助用電設(shè)備實(shí)現(xiàn)了不間斷供電，提高了作業(yè)的安全性和便捷性。綜上所述，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)橋的零排放，提高場(chǎng)橋的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。