企業(yè)供電系統(tǒng)的諧波治理與無功補償技術(shù)研究

李　燕

[摘要]本文研究采用晶閘管動態(tài)投切濾波回路(TSF)的方式對企業(yè)供電系統(tǒng)產(chǎn)生的特征諧波進(jìn)行動態(tài)濾除,同時補償基波無功功率,改善電源的負(fù)荷特性,有效提高企業(yè)供電系統(tǒng)的功率因數(shù),改善供電系統(tǒng)的電力品質(zhì),保障用電設(shè)備的穩(wěn)定運行。

[關(guān)鍵詞]諧波治理 無功補償 功率因數(shù) 晶閘管投切濾波(TSF)

一、前言

在企業(yè)的供電系統(tǒng)中,從低壓小容量電氣設(shè)備到高壓大容量用的工業(yè)交直流變換裝置,均會引起電網(wǎng)電流、電壓波形發(fā)生畸變,引起電網(wǎng)的諧波“污染”。筆者所在企業(yè)主要生產(chǎn)線設(shè)備的電源部分采用了大功率電力電子器件,并且電源功率柜系統(tǒng)采用直流供電,由三相可控硅(晶閘管)橋式整流將交流電整流為直流電供電源功率柜用。晶閘管可控整流電路是一個非線性的沖擊性負(fù)荷,會產(chǎn)生流入電網(wǎng)的高次諧波電流,同時消耗大量的無功功率。諧波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生諧波電壓,引起電網(wǎng)電壓畸變,影響供電質(zhì)量及運行安全;諧波使電能傳輸和利用的效率降低,使電氣設(shè)備過熱,產(chǎn)生振動和噪聲并使其絕緣老化,使用壽命降低,甚至發(fā)生故障或燒毀;諧波會引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振,使諧波含量放大,造成電容補償設(shè)備等設(shè)備燒毀;諧波還會引起繼電器保護(hù)和自動裝置誤動作,使電能計量出現(xiàn)混亂;尤其是諧波的存在,常常導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)不良,成品率下降,生產(chǎn)成本顯著上升。由于以上諸多因素,如何有效改善供電系統(tǒng)的電力品質(zhì)成為一些企業(yè)關(guān)注的焦點。

二、諧波治理方案與技術(shù)措施

1.本方案采用在每臺設(shè)備的就地開關(guān)柜旁安裝調(diào)諧5次濾波器一組,并在供電母線上安裝一套動態(tài)濾波及無功補償裝置,即就地+集中濾波補償?shù)闹C波治理方式。在每臺生產(chǎn)設(shè)備旁加裝調(diào)諧5次濾波器一組,既能大大降低負(fù)載電流,又消除了一部分諧波,使從生產(chǎn)設(shè)備距變壓器這段低壓線路的損耗大大降低,安裝在母線上的動態(tài)濾波器組負(fù)責(zé)完成剩余諧波的濾除及無功補償工作,這樣既能保證諧波的濾除及無功補償又能避免多臺負(fù)荷之間的諧波干擾。

2.由圖1可以看出,本方案采用的是分組濾波補償?shù)姆椒?。電容器容量根?jù)負(fù)載所需補償容量的大小分為若干小組,每組為角內(nèi)控制的三角形接法。三角形的每條支路由濾波電抗器、濾波電容器、反并聯(lián)晶閘管組和RC吸收電路組成,由晶閘管控制電容器的投切。每條支路為一個LC濾波電路,這種濾波電路既可以濾除諧波,又可以補償無功功率。建立濾波器組的系統(tǒng)整體優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,采用參數(shù)計算的分解協(xié)調(diào)方法設(shè)計L、C參數(shù),通過PSIM軟件對系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真,決定投切電容器的容量和最佳的投入時刻,從而實現(xiàn)對供電系統(tǒng)近似連續(xù)可調(diào)的容性無功功率和實時動態(tài)補償。

三、諧波治理方案的技術(shù)特點

1.就地+集中濾波補償?shù)木C合治理方式

依據(jù)本企業(yè)設(shè)備的實際生產(chǎn)運行情況,采用每臺生產(chǎn)設(shè)備就地開關(guān)配電柜旁安裝調(diào)諧5次濾波柜一組,再在配電室供電母線上安裝一套動態(tài)濾波及無功補償裝置的整體研究與設(shè)計思路,改變傳統(tǒng)的L-C濾波器治理諧波方案,有效避免濾波器諧波過載及各生產(chǎn)設(shè)備之間電氣設(shè)備產(chǎn)生串、并聯(lián)諧振的現(xiàn)象。

2.精確的過零觸發(fā),實現(xiàn)無功精細(xì)補償。

采用晶閘管無觸點精確過零觸發(fā)的技術(shù)方法,根據(jù)智能無功功率監(jiān)控終端采集到的實時數(shù)據(jù)和濾波器組控制策略,決定投切電容器的容量和最佳投入時刻,控制電容器組進(jìn)行集中分組精細(xì)補償,改變過去一次性整組投切電容的技術(shù)方式,實現(xiàn)有效提高補償精度,徹底解決欠補及無功倒送問題的技術(shù)目標(biāo)。

四、諧波治理方案的經(jīng)濟(jì)效益

本諧波治理及無功補償技術(shù)方案投入電網(wǎng)應(yīng)用后,筆者所在企業(yè)20臺生產(chǎn)設(shè)備供電系統(tǒng)的功率因數(shù)達(dá)到了O.95以上。一臺生產(chǎn)設(shè)備正常運行時所需的實際功耗電流為210A,每臺設(shè)備節(jié)約電流110A,20臺設(shè)備共計節(jié)約2200A,相當(dāng)于減少一臺1600KVA電力變壓器的投入。在企業(yè)滿負(fù)荷生產(chǎn)的情況下每年節(jié)約電網(wǎng)資源占用費約50萬元,年平均節(jié)約電費120萬元,同時能夠降低供電系統(tǒng)的維修成本,增加企業(yè)供電電力設(shè)備的帶載能力。

五、結(jié)語

對企業(yè)供電系統(tǒng)諧波治理及無功補償技術(shù)的研究與推廣應(yīng)用,能夠有效提高企業(yè)供電設(shè)備的功率因數(shù),提高生產(chǎn)設(shè)備運行的穩(wěn)定性,改善設(shè)備供電質(zhì)量,節(jié)約企業(yè)電力資源和成本。

參考文獻(xiàn):

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