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備產(chǎn)生的諧波，使濾波器注入點前的諧波電流降到相當?shù)偷乃剑瑥亩档土酥C波電壓減少了諧波對設備的影響，對改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行，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，隨著科技的不斷進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)能設備，越來越被選煤行業(yè)廣泛應用。另外一些電子設備和電子調(diào)壓設備如軟啟動器、UPS電源等非線性負載也日益廣泛的被采用由于其電力電子元件的開關(guān)特性，對其供電電源形成了一個典型的非線性負載，其應用使得電能質(zhì)量下降，嚴重影響了供電設備的正常使用。然而，選煤廠供電網(wǎng)絡的供電質(zhì)量是選煤廠穩(wěn)定安全經(jīng)濟運行的基本保證，但在供電系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的諧波(電能質(zhì)量的重要指標)危害，會嚴重影響選煤廠供電網(wǎng)絡的電能質(zhì)量，采取必要的治理措施，消除諧波對各種電氣設備、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)的諧波問題近幾十年來在世界范圍內(nèi)得到了十分廣泛的關(guān)注，國際電工委員會(IEC)國際大電網(wǎng)會議(GIGRE)議GIRED)電子工程師學會(IEEE)等國際性學術(shù)組織，都相繼成立了專門的電力系統(tǒng)諧波工作組，并已制定出了限制電力系統(tǒng)波的相關(guān)標準。我國隨著改革開放政策的實施，國民經(jīng)濟高速發(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)部門中大量應用電力電子設備，以及節(jié)能工作中電力電子技術(shù)的應用等，使得電力系統(tǒng)的諧波問題日益嚴重，設備的故障增多、溫升提高、使用壽命降低等現(xiàn)象越來越多的出現(xiàn)使系統(tǒng)很不穩(wěn)定。從而將諧波的管理、監(jiān)測和治理等擺到了十分重要的位置。我國由技術(shù)監(jiān)督局于1993年發(fā)布了國家標準(GB/T14549-93)《能質(zhì)公用電網(wǎng)》1994年3月1日起開始實施。

當前，隨著國家相關(guān)部門、供電企業(yè)和各級用電企業(yè)對諧波危害的逐漸認識，現(xiàn)在越來越多的濾波產(chǎn)品和濾波技術(shù)在國內(nèi)得以應用。幾種常見的波設備對比表見表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，同時在波頻率下電感性。這樣諧波器就能在工頻下提供無功功率，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具備)。另外，串聯(lián)電抗器后部分諧波電流也會流入調(diào)諧濾波器，所以此設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，抵消設備產(chǎn)生的諧波后使波器注入點前的諧波電流降到相當?shù)偷乃剑瑥亩档椭C波電壓，減少了諧波對設備的影響。

2、有源濾波器在選煤廠的應用

2.1某煤礦選煤廠濾波項目概況

某煤礦選煤廠主廠房1*變壓器型號為:S9-1600/6 6/0.4V，安裝負荷為1245.4kw，其中線性負荷471.4kW;非線性負荷(配頻器的和照明負荷)為774kW，非線性占到總負62.15%。這些非線性負荷，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量諧波電流，諧波電流造成了變壓器、導線的額外損耗，從而使設備溫升提高，加速了設備的老化，降低了設備使用壽命;并且諧波電流經(jīng)導線向上級電網(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關(guān)和繼電保護的誤動作。基于這種情況，對某礦選煤廠主廠房1*變壓器的諧波進行測試，結(jié)果表明諧波量大且諧波階次復雜，為從根本上消除諧波對系統(tǒng)及設備的影響，采取在1*壓器低母線側(cè)安裝三臺100A-50Hz型有源波器。

2.2有源濾波器應用前后諧波對比

2.2.1設備運行前

設備安裝前，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設備運行后

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3臺濾波器全部投人時，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。總的諧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行溫度，延長了絕緣組件的使用壽命，同時節(jié)省了電費。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)設備因波的存在造成的死機停產(chǎn)或由于控制部分誤動作造成的停機。設備供電的安全性和可靠性大大提高。

總之，設備裝設運行后，濾波狀況達到了預期的效果

3、安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型

3.1產(chǎn)品特點

(1)DSP+FPGA控制方式，響應時間短，全數(shù)字控制算法，運行穩(wěn)定；

(2)一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償；

(3)具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

(4)模塊化設計，體積小，安裝便利，方便擴容；

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

(6)輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響；

(7)多機并聯(lián)，達到較高的電流輸出等級；

3.2型號說明

3.3尺寸說明

3.4產(chǎn)品實物展示

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)量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關(guān)電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構(gòu)成。可替代常規(guī)由熔絲、復合開關(guān)或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?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、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復合開關(guān)電路，自動尋找適宜投入（切除）點，實現(xiàn)過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

4.2型號說明

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

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

參考文獻

[1]商海峰,王慧芳,楊銀鈴等.淺談有源濾波器在選煤廠中的應用[J].煤炭工程,2010(08):58-60.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.