胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：有源濾波器由電力電子元件組成，能迅速產(chǎn)生與系統(tǒng)諧波大小相等方向相反的諧波抵消設(shè)備產(chǎn)生的諧波，使濾波器注入點(diǎn)前的諧波電流降到相當(dāng)?shù)偷乃剑瑥亩档土酥C波電壓減少了諧波對(duì)設(shè)備的影響，對(duì)改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有著非常積極的意義

關(guān)鍵詞:有源濾波器:諧波;諧波治理

引言

近年來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步和選煤廠工藝的發(fā)展，為滿足工藝要求，變頻器作為調(diào)速和節(jié)能設(shè)備，越來(lái)越被選煤行業(yè)廣泛應(yīng)用。另外一些電子設(shè)備和電子調(diào)壓設(shè)備如軟啟動(dòng)器、UPS電源等非線性負(fù)載也日益廣泛的被采用由于其電力電子元件的開(kāi)關(guān)特性，對(duì)其供電電源形成了一個(gè)典型的非線性負(fù)載，其應(yīng)用使得電能質(zhì)量下降，嚴(yán)重影響了供電設(shè)備的正常使用。然而，選煤廠供電網(wǎng)絡(luò)的供電質(zhì)量是選煤廠穩(wěn)定安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本保證，但在供電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的諧波(電能質(zhì)量的重要指標(biāo))危害，會(huì)嚴(yán)重影響選煤廠供電網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量，采取必要的治理措施，消除諧波對(duì)各種電氣設(shè)備、儀表、裝置造成的影響及危害是十分必要的。

1、諧波治理與濾波器現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)的諧波問(wèn)題近幾十年來(lái)在世界范圍內(nèi)得到了十分廣泛的關(guān)注，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(GIGRE)議GIRED)電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)等國(guó)際性學(xué)術(shù)組織，都相繼成立了專(zhuān)門(mén)的電力系統(tǒng)諧波工作組，并已制定出了限制電力系統(tǒng)波的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)隨著改革開(kāi)放政策的實(shí)施，國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，直流輸電和柔性交流輸電技術(shù)的采用，電氣化鐵路的快速發(fā)展，化工、冶金、煤等工業(yè)部門(mén)中大量應(yīng)用電力電子設(shè)備，以及節(jié)能工作中電力電子技術(shù)的應(yīng)用等，使得電力系統(tǒng)的諧波問(wèn)題日益嚴(yán)重，設(shè)備的故障增多、溫升提高、使用壽命降低等現(xiàn)象越來(lái)越多的出現(xiàn)使系統(tǒng)很不穩(wěn)定。從而將諧波的管理、監(jiān)測(cè)和治理等擺到了十分重要的位置。我國(guó)由技術(shù)監(jiān)督局于1993年發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14549-93)《能質(zhì)公用電網(wǎng)》1994年3月1日起開(kāi)始實(shí)施。

當(dāng)前，隨著國(guó)家相關(guān)部門(mén)、供電企業(yè)和各級(jí)用電企業(yè)對(duì)諧波危害的逐漸認(rèn)識(shí)，現(xiàn)在越來(lái)越多的濾波產(chǎn)品和濾波技術(shù)在國(guó)內(nèi)得以應(yīng)用。幾種常見(jiàn)的波設(shè)備對(duì)比表見(jiàn)表1

1.1諧濾波器

調(diào)諧濾波器由電容器和電抗器串聯(lián)組成。申聯(lián)一定電抗率的電抗器后，可以使得電抗器與電容器的串聯(lián)阻抗在工頻(50Hz)下電容性，同時(shí)在波頻率下電感性。這樣諧波器就能在工頻下提供無(wú)功功率，改善功率因;在諧波頻率下與同為電感性電抗器避免諧振(諧振條件為諧波、電容和電感三條件同時(shí)具備)。另外，串聯(lián)電抗器后部分諧波電流也會(huì)流入調(diào)諧濾波器，所以此設(shè)備也具有部分波功能。

1.2諧波濾波器

諧波濾波器由電容電抗器串聯(lián)。但是與調(diào)諧濾波器不同的是:電容電抗器的串聯(lián)諧振頻率為濾除的某次諧波頻率(如5次波250Hz)。其原為諧波波器阻抗在工頻下為電容性，提供無(wú)功功率改善功率因數(shù);在某次諧波頻率下為接近于零的低阻抗，以吸收諧波電流;在其他波頻率下為電感性，避免與變壓器在波下產(chǎn)生諧振。

1.3有源濾波器

有源濾波器是濾波效果較好的濾波產(chǎn)品，它由電子元件組成，能迅速產(chǎn)生與系統(tǒng)諧波大小相等方向相反的諧波，抵消設(shè)備產(chǎn)生的諧波后使波器注入點(diǎn)前的諧波電流降到相當(dāng)?shù)偷乃?，從而降低諧波電壓，減少了諧波對(duì)設(shè)備的影響。

2、有源濾波器在選煤廠的應(yīng)用

2.1某煤礦選煤廠濾波項(xiàng)目概況

某煤礦選煤廠主廠房1*變壓器型號(hào)為:S9-1600/6 6/0.4V，安裝負(fù)荷為1245.4kw，其中線性負(fù)荷471.4kW;非線性負(fù)荷(配頻器的和照明負(fù)荷)為774kW，非線性占到總負(fù)62.15%。這些非線性負(fù)荷，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量諧波電流，諧波電流造成了變壓器、導(dǎo)線的額外損耗，從而使設(shè)備溫升提高，加速了設(shè)備的老化，降低了設(shè)備使用壽命;并且諧波電流經(jīng)導(dǎo)線向上級(jí)電網(wǎng)傳輸，降低了電網(wǎng)的電能質(zhì)量;另外，諧波電壓和諧波電流的存在還造成開(kāi)關(guān)和繼電保護(hù)的誤動(dòng)作?；谶@種情況，對(duì)某礦選煤廠主廠房1*變壓器的諧波進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明諧波量大且諧波階次復(fù)雜，為從根本上消除諧波對(duì)系統(tǒng)及設(shè)備的影響，采取在1*壓器低母線側(cè)安裝三臺(tái)100A-50Hz型有源波器。

2.2有源濾波器應(yīng)用前后諧波對(duì)比

2.2.1設(shè)備運(yùn)行前

設(shè)備安裝前，1*變壓器總電流畸變率為12.4%，電壓畸變率2.39%。送行電流1105a，其中五次諧波電流115.9A，七次51.4A，十一次24.3A。諧波污染非常嚴(yán)重電壓、電流波形圖如圖1所示。

諧波電流頻譜圖如圖2所示，諧波電壓頻譜圖如圖3所示。

2.2.2設(shè)備運(yùn)行后

濾波器安裝后，諧波電壓諧波電流大大降低，諧波電壓畸變率降至1.66%，電流總畸變率降至3.96%。五、七、十一次諧波均將至較低水平。

改造后電壓、電流波形圖如圖4所示，改造后諧波電流頻譜圖如圖5所示，改造后諧波電壓頻譜圖如圖6所示。

2.2.3取的明顯效果

從濾波器運(yùn)行前后的數(shù)據(jù)圖中，可以清楚的發(fā)現(xiàn):變壓器的電壓、電流波形由畸變嚴(yán)重變得平滑，已接近正弦波形。流經(jīng)變壓器總電流有所下降。各階次諧波均有所下降，特別是5、7、11次含量較大的諧波階次改善尤為明顯。

1)運(yùn)行電流從1105a降至1068A，降低了37A

2)諧波電流明顯減小，諧波電壓明顯降低。當(dāng)3臺(tái)濾波器全部投人時(shí)，5th諧波電流從原先的115a降低至19A;7th諧電流從原先的51A降至11A;11th電流從原先的24A降低至7A?？偟闹C波電流畸變率從原先的12.4%降低到3.96%;電壓畸變率從原先的2.39%降至1.66%。濾波效果非常明顯。

3諧波電壓電流的降低，使得變壓器、電力電纜上因諧波電壓電流引起的額外損耗大大降低，從而降低了變壓器和電纜的運(yùn)行溫度，延長(zhǎng)了絕緣組件的使用壽命，同時(shí)節(jié)省了電費(fèi)。另外，由于諧波引起的變壓器噪音也隨之降低。

4)減少了系統(tǒng)設(shè)備因波的存在造成的死機(jī)停產(chǎn)或由于控制部分誤動(dòng)作造成的停機(jī)。設(shè)備供電的安全性和可靠性大大提高。

總之，設(shè)備裝設(shè)運(yùn)行后，濾波狀況達(dá)到了預(yù)期的效果

3、安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型

3.1產(chǎn)品特點(diǎn)

(1)DSP+FPGA控制方式，響應(yīng)時(shí)間短，全數(shù)字控制算法，運(yùn)行穩(wěn)定；

(2)一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無(wú)功，可對(duì)2～51次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償；

(3)具有完善的橋臂過(guò)流保護(hù)、直流過(guò)壓保護(hù)、裝置過(guò)溫保護(hù)功能；

(4)模塊化設(shè)計(jì)，體積小，安裝便利，方便擴(kuò)容；

(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，使用方便，易于操作和維護(hù)；

(6)輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對(duì)電力系統(tǒng)的影響；

(7)多機(jī)并聯(lián)，達(dá)到較高的電流輸出等級(jí)；

3.2型號(hào)說(shuō)明

3.3尺寸說(shuō)明

3.4產(chǎn)品實(shí)物展示

ANAPF有源濾波器

4、安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

4.1產(chǎn)品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測(cè)控單元，晶閘管復(fù)合開(kāi)關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺(tái)共補(bǔ)或一臺(tái)分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開(kāi)關(guān)或機(jī)械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/span>

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無(wú)功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過(guò)內(nèi)部晶閘管復(fù)合開(kāi)關(guān)電路，自動(dòng)尋找適宜投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)過(guò)零投切，具有過(guò)壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過(guò)諧保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等保護(hù)功能。

4.2型號(hào)說(shuō)明

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

4.3產(chǎn)品實(shí)物展示

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

5、結(jié)語(yǔ)

隨著變頻器、整流等非線性用電設(shè)備在選煤行業(yè)的大量應(yīng)用，諧波在供配電系統(tǒng)中將會(huì)嚴(yán)重影響電能質(zhì)量，從而對(duì)用電設(shè)備產(chǎn)生較大危害，并影響企業(yè)正常生產(chǎn)。所以應(yīng)用具有濾波效果好、響應(yīng)速度快、不過(guò)載等特點(diǎn)的有源濾波器將會(huì)成為今后諧波治理領(lǐng)域的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

[1]商海峰,王慧芳,楊銀鈴等.淺談?dòng)性礊V波器在選煤廠中的應(yīng)用[J].煤炭工程,2010(08):58-60.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.