摘要：随着经济与科技的加速发展，海洋工程的数量与规模不断扩大，这也引发了新的海洋工程装备研发热潮，使得海洋工程中的高端装备涵盖有水下工程、海洋工程船、浮式水产系统、钻井平台等，具有很大的发展空间。而变频技术是一种关键的、功率很大的设备起动装置中的重要技术，在海洋工程中有着广泛的应用。本文就变频技术在海洋工程中的应用策略，进行了细致的研究。
关键词：变频技术；海洋工程；应用策略
海洋工程是社会主义现代化建设中的重要工程类型，其运行成效的优劣对市场经济发展水平及相关产业链的发展效果产生巨大影响，这就使得人们对海洋工程中的重要技术应用情况十分关注，并提出了更高标准。而变频技术，是将直流电逆变为各种频率交流电的先进转换技术，也可把直流电转变为交流电后重新变为直流电，而关键是不会出现电能变化，具有很高的节能价值。由此可见，深入研究海洋工程中应用变频技术的策略，具有重大现实意义。
一、变频调速在铺管船/起重船上的应用策略
近年来，我国在铺管/起重船，涵盖华天龙号4000吨打捞船/起重船，1200吨“海洋石油202”铺管船/起重船等逐渐将全变频技术（行走机构、旋转、变幅、起升都使用有变频调速）应用其中，部分钻井船中使用的起重机同样也借助电力变频驱动代替了传统的液压驱动装置。船舶起重机械中的各种电气传动系统要想优化吊装效率，就需要确保起重机械在频繁的制动与吊起情况下具有尽可能大的调速范围、尽可能小的冲击力及相对平稳的运行环境。因为船舶中各种起重机所具有的机械负载通常都具有一定的位能特性，在下放货物或减速的过程中其电动机始终处于制动与再发电状态，如果传统系统中存储的机械能可以重新以电能形式回馈到船舶的电网中，就可实现良好的节能效果。
船舶起重机在减速或下放重物的时候，异步电动机的状态也是制动再生发电，这就需要技术人员对再生能源如何合理处理进行细致的分析。具体来讲，可以合理处理异步电动机再生能量的方法为：①将能耗消散在“制动电阻”内（也就是“泵升电路对应的制动单元”）。②使得直流并联电路给数台变频器同时供电。③将再生能量重新回馈到电网中。
当前，我国海洋工程中的起重机通常现用上文中的①和②方法处理再生能量。但是③方法在节能上也有自身的一些优势，其可以通过两种方式实现电能对电网的回馈。第一，双变频回馈调速。在电动机的状态为回馈制动的时候，其产生的再生能量需要通过变频器Ⅱ（见图1）中的逆变侧二极管逐渐整流成直流电，同时给滤波电容充电，而直流电就可借助直流母线输送给变频器Ⅰ，并逆变成三相交流电及时回馈到对应的电网中。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第二，借助功率晶体管（IGBT模块）构成的并联在有源逆变器的整流侧（见图2）.当起重器在减速下放重物的时候，变频器的状态为降频，交流电动机产生的再生能量为变频器直流环节中的储能电容（Cd）进行充电，推动电容逐渐升高两端的电压，当电压值超过电网线额定电压的时候，整流桥就会反方向阻断，从微处理的专用芯片（DSP）将有源逆变设备启动，把再生能量及时回馈到电网中，在SPWM的干预下有源逆变器，可确保回馈到电网中的电能和电网上原有的电压具有同相同频的正弦波，确保系统具有的功率因数几乎为1，该方法在应用成本方面比双变频器运行成本要低一些。
双变频能量回馈调速系统（图1）
有源逆变器能力回馈系统（图2）
二、变频调速在各种电力推进系统中的应用策略
在中国特色社会主义新时代，随着海洋工程中对船舶操纵性的不断提高，推动了动力定位装置的普遍应用，同时大功率设备也得以普及，再加上综合研究动力装置方面取得了较大成果，这就使得电力推进也备受关注。电力推进系统的主要组成部分是控制装置、推进装置、驱动装置、配电装置、动力装置。本研究中只对和变频技术关系密切的驱动装置做简单介绍。电力推进中需要用到的驱动装置一般由推进电动机、变频器、移相变压器组成。安装移相变压器的主要目的，是为了增加变频器中的整流脉冲数量，从而减小谐波电流的输入量，并结合系统谐波总电压（THD）的计算结构和额定值标准对其形式进行确定；变频器在驱动装置中处于核心地位，其功率需要符合电动机在额定功率下持续、正常运行的需要。因为交流--直流--交流电压类型的变频器在整流环节中的晶闸管或二极管属于非线性元件中的一种，所以电源在电流输入过程中会形成一些谐波电流（低频电流），也会导致电源中的阻抗形成谐波电压。当谐波电压作用到电网中的各种电气设备的电源上的时候，也会使得设备中形成谐波电流，导致设备受到振动、附加发热等不良影响，还可使得测量仪表出现明显误差。为减小谐波电流回馈到电网中，本研究中借助移相变压器携带整流桥对其进行了处理，另一方面交--交（AFE）变频器中涵盖前端有源滤波器，这就使得多重迭加类变频器在海洋工程中的应用问题也可迎刃而解。
三、变频调速在海洋工程其他方面的应用策略
由于变频调速器在技术方面具有优异的性能，尤其是在经历了从闭环传感器控制到闭环无传感器控制、从常数控制到转矩直接控制或适量控制、从晶闸管器件到IGCT或IGBT、从模拟控制到数据控制等技术提升后，其使用范围越来越大。就海洋工程方面来讲，不仅推进系统、起重机等方面可以高效应用，而且在自升类平台抬升机构、泥浆泵、转盘、钻井船顶驱、绞车、产油发电机与轴带发电机并网等方面也得到了广泛应用。
总之，在电气与海洋工程方面的电气传动中，变频交流调速技术已经得以广泛应用。当前，我国使用的各种变频器大多是进口其他国家的，而国内整机变频技术尚且没有形成规模生产，尤其是变频器装置中的半导体部件生产能力还较低。所以，快速实现变频器的国产化、研发清洁能源变频器，是新时期提高海洋工程智能控制的重要研究方向。
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论文作者:王小明1,李劲松2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/16
标签：海洋工程论文; 变频器论文; 技术论文; 装置论文; 电网论文; 谐波论文; 电压论文; 《建筑学研究前沿》2018年第14期论文;