趙瑞雪
摘 要:電力系統(tǒng)中的非正弦電力波所導(dǎo)致“電力公害”表現(xiàn)在多個(gè)方面,嚴(yán)重時(shí)容易導(dǎo)致電力系統(tǒng)的癱瘓。為了降低諧波對(duì)電力系統(tǒng)的危害,一般采用諧波濾波裝置。傳統(tǒng)的濾波裝置大體分為有源和無(wú)源濾波兩種。無(wú)源諧波濾波裝置因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,建設(shè)成本低,運(yùn)行穩(wěn)定性較高而廣泛應(yīng)用。文章結(jié)合諧波的基本概念,主要分析傳統(tǒng)無(wú)源濾波器的性能缺陷,并針對(duì)性的提出無(wú)源動(dòng)態(tài)諧波濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和在生產(chǎn)中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞:諧波濾波電抗器;原理;設(shè)計(jì);計(jì)算;應(yīng)用效果
隨著現(xiàn)代工業(yè)化規(guī)模的不斷擴(kuò)大,社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行所帶來(lái)的壓力逐漸提升,另一方面,大量非線性負(fù)載接入電網(wǎng),使得無(wú)功消耗量增加,隨之而來(lái)的諧波危害也日趨嚴(yán)重。為了提高電網(wǎng)運(yùn)行的整體質(zhì)量,營(yíng)造一個(gè)綠色安全的電網(wǎng)系統(tǒng),無(wú)功補(bǔ)償和諧濾除迫在眉睫。相對(duì)于有源濾波器,無(wú)源濾波器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投入成本較低、具有較高的運(yùn)行可靠度,應(yīng)用較為廣泛,但傳統(tǒng)無(wú)源濾波器也存在著一些性能上的缺陷,如容易造成系統(tǒng)過(guò)補(bǔ)償,濾波精確性不高?;趥鹘y(tǒng)無(wú)源濾波器存在的缺陷問(wèn)題,文章主要探討一種基于晶閘管式可變電抗器的無(wú)源動(dòng)態(tài)諧波濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理。
1 諧波的產(chǎn)生
電力系統(tǒng)中的非線性用電設(shè)備是諧波的主要產(chǎn)生源,這些線性設(shè)備的使用主要集中大型工業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,其生產(chǎn)所需要的諸如換流設(shè)備以及其他非線性設(shè)備導(dǎo)致了電力系統(tǒng)非正弦電力波的產(chǎn)生。隨著越來(lái)越多的硅整流、可控硅等換流設(shè)備應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)中,對(duì)電力系統(tǒng)的非線性負(fù)荷將逐步加大,由此而來(lái)大量諧波對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)危害,造成電網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)載和無(wú)功功率增加,嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的電能輸出質(zhì)量。
2 傳統(tǒng)無(wú)源濾波器的性能缺陷
傳統(tǒng)無(wú)源濾波器的電抗感應(yīng)指和電容值是具體電力系統(tǒng)的實(shí)際需要而設(shè)計(jì)。電容器的電容值受制約與系統(tǒng)額定電壓和額定容量。(1)無(wú)源濾波器的電容器在補(bǔ)償過(guò)程中不能進(jìn)行分段切除和投入,受到電感值固定不變的客觀制約,容易造成系統(tǒng)的過(guò)補(bǔ)償,降低了無(wú)功功率的補(bǔ)償效果。
(2)無(wú)源濾波器在長(zhǎng)時(shí)間工作環(huán)境下,溫度的變化會(huì)導(dǎo)致電容器容量QCN的逐漸衰減。由電容器電容值C計(jì)算公式可知,在額定電壓不變的情況下,電容值C隨之減小。傳統(tǒng)無(wú)源濾波器的電抗器的固態(tài)不變性,使得在設(shè)計(jì)之初電感值L將不再發(fā)生改變,根據(jù)濾波頻率計(jì)算公式推導(dǎo)出,電容值的減小會(huì)造成濾波頻率的增大。比如,系統(tǒng)的最低次諧波為5次,在正常運(yùn)行的情況下,傳統(tǒng)無(wú)源濾波器能夠滿足系統(tǒng)濾波和無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枨?。然而,?dāng)系統(tǒng)電容容量下降40%時(shí)候,系統(tǒng)諧振頻率會(huì)增大到322赫茲,容易導(dǎo)致系統(tǒng)諧振點(diǎn)發(fā)生漂移,傳統(tǒng)無(wú)源濾波器在5次諧波下呈現(xiàn)出的完全電容性,易導(dǎo)致諧波的放大,造成濾波器與系統(tǒng)發(fā)生諧振,降低濾波器的調(diào)諧效果甚至失去效能,這就嚴(yán)重影響了傳統(tǒng)無(wú)源濾波器的諧波濾除效果。
3 無(wú)源動(dòng)態(tài)諧波濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
要解決傳統(tǒng)無(wú)源濾波器的以上缺點(diǎn),必須滿足兩方面的條件:
(1)實(shí)現(xiàn)濾波電容器的分段投入和切除;
(2)實(shí)現(xiàn)濾波電抗器的動(dòng)態(tài)可調(diào)節(jié)性,達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)諧作用。針對(duì)前者可以通過(guò)調(diào)整電容器結(jié)構(gòu)的方式來(lái)解決,這個(gè)問(wèn)題相對(duì)較容易解決;針對(duì)后者,可以利用晶閘管式可變電抗器來(lái)實(shí)現(xiàn)電感的動(dòng)態(tài)調(diào)諧作用。基于晶閘管式可變電抗器的無(wú)源動(dòng)態(tài)諧波濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
圖中,QS為隔離開(kāi)關(guān),QF為斷路器,F(xiàn)S為快速溶斷器,KM為電容接觸器,C為濾波電容器。無(wú)源動(dòng)態(tài)濾波器主要由可變電抗器、晶閘觸發(fā)電路和電容器組成。其中可變電抗器由可變線圈KL和控制線圈兩部分共同組成。由多組快速熔斷器、電容接觸器與電容器并聯(lián)組成電容器組,其中分組電容器可以實(shí)現(xiàn)分段投入和切除;無(wú)源動(dòng)態(tài)濾波器的主體由可變線圈KL的一端與電容器串聯(lián)構(gòu)成;控制線圈與反并聯(lián)晶體閘管構(gòu)成系統(tǒng)回路;可變電容器的阻抗通過(guò)對(duì)反并聯(lián)晶閘管調(diào)節(jié)所觸發(fā)的電路脈沖移相角來(lái)改變,從而實(shí)現(xiàn)可動(dòng)態(tài)調(diào)諧的目的。
4 無(wú)源動(dòng)態(tài)諧波濾波器在生產(chǎn)中的應(yīng)用分析
(1)無(wú)源動(dòng)態(tài)諧波濾波器在實(shí)際運(yùn)行中,通過(guò)計(jì)算公式確定最低次諧波的諧振頻率,以此數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)推導(dǎo)出無(wú)源動(dòng)態(tài)諧波器的調(diào)諧頻率。按照先投入后切除的低次諧振處理方式實(shí)現(xiàn)無(wú)源動(dòng)態(tài)濾波器的系統(tǒng)濾波和無(wú)功補(bǔ)償。
(2)無(wú)源動(dòng)態(tài)諧波器采用可變式的動(dòng)態(tài)電抗器,能夠根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)調(diào)整感抗。另一方面,無(wú)源動(dòng)態(tài)諧波器的電容器結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成分段式,在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中,可以結(jié)合系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膶?shí)際需要,有目的的對(duì)電容器進(jìn)行分段投入和切除。電容和電抗的動(dòng)態(tài)可變性,能夠有效的調(diào)控濾波器的諧振頻率并使其穩(wěn)定在系統(tǒng)需要的濾波頻率上,避免造成系統(tǒng)的過(guò)補(bǔ)償。在基波頻率下,電抗可變式的無(wú)源動(dòng)態(tài)濾波器呈現(xiàn)出完全電容性,能夠有效的吸收系統(tǒng)的無(wú)功功率,平衡了系統(tǒng)感性負(fù)載所產(chǎn)生的感性無(wú)功功率,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)無(wú)功的有效補(bǔ)償。
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