莊稼

摘要：供電的波幅、頻率、波形畸變等因素都會對電網(wǎng)質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，其中，發(fā)電廠控制供電的波幅和頻率，而用電設(shè)備和負(fù)載則會對電流和電壓波形的畸變產(chǎn)生影響。在企業(yè)生產(chǎn)過程中，使用的多為非線性負(fù)載，比如變頻調(diào)速設(shè)備、整流器、不間斷電源等，這些負(fù)載的電流波形與電網(wǎng)的正弦電壓波形不一致，所以會產(chǎn)生畸變。由此可知，供電諧波會對供電質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，現(xiàn)針對應(yīng)用有源濾波設(shè)備治理企業(yè)供電諧波的技術(shù)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：有源濾波；供電；諧波治理；畸變

中圖分類號：TN713+.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）09－0055－02

某企業(yè)對軋鋼生產(chǎn)線傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，其中，輔傳動部分增加了100多個輥道電機(jī)，更換了容量更大的變頻器。在后續(xù)生產(chǎn)過程中，啟動輥道供電系統(tǒng)中的大變頻器時，會有幾臺小容量變頻器發(fā)生過壓燒毀的事故，給正常的生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響。

1電力諧波的危害

經(jīng)過相關(guān)調(diào)查、研究和理論分析可知，諧波對電網(wǎng)系統(tǒng)的危害主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①諧波會導(dǎo)致公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，會對發(fā)電、輸電和用電設(shè)備的工作效率產(chǎn)生不利影響，且中性線上的三次諧波還會導(dǎo)致線路過熱，嚴(yán)重的可引發(fā)火災(zāi)。②諧波會對線路中各種電器設(shè)備的正常工作產(chǎn)生影響，引起電機(jī)的附加損耗，使其產(chǎn)生機(jī)械振動、噪聲和過電現(xiàn)象，導(dǎo)致變壓器局部過熱。同時，諧波還會使電容器、電纜等設(shè)備出現(xiàn)過熱、絕緣老化等現(xiàn)象，縮短其使用壽命。③諧波會引起電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，放大諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置和自動裝置出現(xiàn)誤動作，影響電器測量儀表計(jì)量的準(zhǔn)確性。④諧波還會干擾附近的通訊系統(tǒng)，輕則產(chǎn)生噪聲影響通訊質(zhì)量，嚴(yán)重時還可能會使通訊數(shù)據(jù)丟失，影響通訊系統(tǒng)的正常工作。

某企業(yè)軋鋼生產(chǎn)線系統(tǒng)輔傳動部分經(jīng)過電能質(zhì)量檢測，發(fā)現(xiàn)其存在大量的諧波電流。啟動大變頻器時，會產(chǎn)生非常大的負(fù)荷沖擊電流，且伴隨非常大的諧波電流沖擊。該諧波電流沖擊會直接損壞耐壓低的小變頻器。

2有源濾波器治療諧波的原理

通常情況下，諧波治理的方法是改造產(chǎn)生諧波的裝置，消除或減少諧波的影響，并提高功率因素。過去常用無源濾波裝置抑制諧波，其采用電感、電容的調(diào)諧原理，把諧波陷落濾波器中，減少對電網(wǎng)的注入。無源濾波設(shè)置有著結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)勢，但也存在諸多缺陷，比如僅能消除特定的幾次諧波，卻會放大某次諧波；無法實(shí)現(xiàn)濾波、無功補(bǔ)償、調(diào)壓等之間的協(xié)調(diào)；采用機(jī)械式的投切方法，且設(shè)備體積大、響應(yīng)速度慢；系統(tǒng)參數(shù)會對其濾波特性產(chǎn)生直接影響，易與其他濾波支路發(fā)生串、并聯(lián)諧振等。而有源電力濾波器就屬于諧波補(bǔ)償裝置的一種，其由電力電子元件組成，實(shí)際上是一個大容量的諧波電流發(fā)生裝置。

有源濾波器的設(shè)計(jì)思路就是從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，補(bǔ)償裝置再產(chǎn)生一個補(bǔ)償電流，該電流與諧波電流大小相等，但極性相反，因此，電網(wǎng)電流只含基波分量。有源濾波器可以跟蹤、補(bǔ)償頻率和幅值發(fā)生畸變的諧波，且電網(wǎng)阻抗不會對補(bǔ)償特性產(chǎn)生影響，所以，有源濾波不僅可以在頻域中處理非正弦周期電流，還可以在時域中對非正弦周期電流進(jìn)行處理。其基本工作原理就是先對補(bǔ)償對象的電壓和電流進(jìn)行檢測，指令電流運(yùn)算電路將補(bǔ)償電流的指令信號計(jì)算出來，補(bǔ)償電流發(fā)生電路將該信號放大后即產(chǎn)生補(bǔ)償電流。補(bǔ)償電流和負(fù)載電流中需要補(bǔ)償?shù)闹C波、無功電流等互相抵消，最終得到期望的電源電流。有源電力濾波器原理圖如圖1所示。

圖1有源電力濾波器系統(tǒng)構(gòu)成原理圖

3有源濾波器的連接方式

在一般情況下，有源濾波器的連接方式包括兩種，即串聯(lián)和并聯(lián)。兩者相比，串聯(lián)的靈活性較差，損耗也相對較大，且容易像無源濾波一樣出現(xiàn)過載現(xiàn)象。此外，采用串聯(lián)的連接方式，一旦有源濾波器發(fā)生質(zhì)量問題，就會對整條線路的供電產(chǎn)生直接影響，從而對供電可靠性產(chǎn)生影響。而采用并聯(lián)的方式不僅靈活性好，可以與配電系統(tǒng)任意位置進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)局部補(bǔ)償、部分補(bǔ)償或總補(bǔ)償，而且還具有較好的擴(kuò)容性和安全性。當(dāng)非線性負(fù)載增大時，可以直接并聯(lián)擴(kuò)容，簡單、方便，從而實(shí)現(xiàn)對負(fù)荷的連續(xù)、安全供電。由此可見，選擇有源濾波連接方式時，將并聯(lián)作為首選。

4企業(yè)供電諧波改造效益分析

某企業(yè)對軋鋼生產(chǎn)線傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，其改造效益體現(xiàn)在以下幾方面：①交流電源供電質(zhì)量得到大幅改善，電網(wǎng)和電氣設(shè)備受到的沖擊也大大減少。②有源濾波設(shè)備具有高度可控性和快速響應(yīng)性的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)各次諧波的有效補(bǔ)償，且具備抑制閃變、補(bǔ)償無功、節(jié)能降耗的特點(diǎn)。該企業(yè)中設(shè)置PQFM濾波器濾除3次、5次、7次、11次、13次、17次、19次諧波，濾波器的濾波效率大于95%.③有源濾波節(jié)能設(shè)備不僅可以解決諧波問題，而且還具備動態(tài)調(diào)整功率因素的功能，將負(fù)載的總電流控制在最低范圍內(nèi)，多余做功被消除，至少可節(jié)省5%的電能。對諧波污染的治理不僅可以滿足電力部門的相關(guān)要求，并且企業(yè)內(nèi)部各個配電室中無功補(bǔ)償控制柜內(nèi)的電容、交流接觸器、斷路器等電氣元件、其他配電柜的電氣元件等均可在一定程度上得到保護(hù)，至少可延長1.5倍的使用壽命，同時，還能降低日常設(shè)備維護(hù)成本。針對配電系統(tǒng)，采用有源濾波裝置進(jìn)行諧波治理，其效果可以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)THD≤5%的水平。

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