有源濾波器在劇場中的應(yīng)用——解析青島大劇院舞臺可控硅調(diào)光系統(tǒng)的諧波抑制

潘云輝，宿向民

（1.珠海市視廣工程技術(shù)咨詢有限公司，廣東 珠海 519000；2.青島大劇院，山東 青島 266101）

幾十年來，可控硅調(diào)光裝置在我國劇院、電視演播室舞臺燈光系統(tǒng)中使用極為普遍，其價格低廉、操作性能穩(wěn)定，是演藝行業(yè)燈光工作者最熟悉的工具之一，但它同時又是舞臺電氣設(shè)備中最麻煩的諧波源。由諧波所引發(fā)的配電網(wǎng)電能波形畸變，在很大程度上影響了電氣設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，諧波造成電力設(shè)備損壞的事件也頻頻發(fā)生。為此，業(yè)界專業(yè)技術(shù)人員孜孜不倦地研究，希望探索出抑制或消除諧波的行之有效的辦法，以保障電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。尤其是在當(dāng)今倡導(dǎo)低碳節(jié)能的形勢下，正確采取諧波抑制措施，有效治理諧波具有更重要的意義。

本文擬通過青島大劇院舞臺可控硅調(diào)光系統(tǒng)的諧波抑制案例，來解析有源濾波器在劇院中的應(yīng)用。

1 舞臺電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生及特性分析

舞臺電力系統(tǒng)主要包括舞臺燈光、擴(kuò)聲和舞臺機(jī)械等系統(tǒng)用電。由于用電負(fù)荷中大量非線性負(fù)載設(shè)備的使用，產(chǎn)生了大量諧波電流，對供電電網(wǎng)及用電設(shè)備產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染，舞臺燈光系統(tǒng)中的可控硅調(diào)光設(shè)備引起的電流波形畸變是主要諧波。

對可控硅調(diào)光設(shè)備所產(chǎn)生的諧波進(jìn)行專項(xiàng)治理，降低其對電網(wǎng)和用電設(shè)備的影響，可減少對調(diào)光設(shè)備本身和舞臺擴(kuò)聲系統(tǒng)、舞臺機(jī)械自動控制系統(tǒng)等重要電子設(shè)備的影響，改善電網(wǎng)質(zhì)量，確保本單位電力配電系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行。

可控硅調(diào)光器是目前舞臺照明、電視演播室照明領(lǐng)域的主流設(shè)備，它實(shí)質(zhì)上是一個單相的相位控制交流調(diào)壓器，是一種典型的非線性電氣設(shè)備，通過可控硅調(diào)光技術(shù)對照明系統(tǒng)進(jìn)行控制，用改變正弦波的觸發(fā)脈沖導(dǎo)通角度來實(shí)現(xiàn)輸出電壓高低的調(diào)整。由于可控硅導(dǎo)通角度的改變，使得調(diào)光器輸出的電壓波形發(fā)生了變化，輸出的已經(jīng)不再是周期性的正弦波，而是非正弦波，導(dǎo)致電壓、電流波形發(fā)生了畸變。對該周期性非正弦分量進(jìn)行傅立葉級數(shù)分析可知，可控硅調(diào)光過程中輸出的負(fù)荷電壓除含有與電源同頻率的基波成分外，還含一系列頻率為電源頻率奇次倍的高次諧波，這些高次諧波通過導(dǎo)線傳導(dǎo)到其他負(fù)載，引起電網(wǎng)電源電壓波形畸變，形成對電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波污染（諧波分析見表1）。

表1 劇院配電系統(tǒng)電能諧波分析一覽表

2 諧波的危害

劇院舞臺電源電壓波形畸變所造成的電網(wǎng)諧波污染，使電氣系統(tǒng)的供、用電設(shè)備出現(xiàn)許多異?，F(xiàn)象和故障。諧波的危害是多方面的，就舞臺電氣系統(tǒng)而言，主要有以下幾個方面的危害：

（1）舞臺擴(kuò)聲系統(tǒng)、舞臺機(jī)械自動控制系統(tǒng)、電視轉(zhuǎn)播與通訊設(shè)備等極易受到電能諧波的干擾，出現(xiàn)失靈、死機(jī)、聲音與圖像嚴(yán)重失真等后果與事故。就舞臺燈光可控硅調(diào)光系統(tǒng)而言，電能諧波超限將干擾可控硅組件觸發(fā)控制的同步，甚至導(dǎo)致同步失敗。

（2）電力高次諧波將嚴(yán)重干擾電聲學(xué)系統(tǒng)的正常功能，特別是人的聽力對17次以上高次諧波具有高敏感度，電聲系統(tǒng)設(shè)備非常需要消除高次諧波的干擾。

（3）電力諧波易導(dǎo)致電網(wǎng)與補(bǔ)償電容器發(fā)生并聯(lián)或串聯(lián)諧振，使諧波電流放大幾倍或十幾倍，造成過電流，引起補(bǔ)償電容器和與之相連的電抗器、電阻器等設(shè)備損壞。

（4）在三相四線配電線路中，相線上的3次及奇次諧波在中性線上會疊加，使中性線的電流值可能超過相線上的電流（通常為相線電流的1.5～2.5倍，最大時達(dá)到3倍）。相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率與無功功率，隨著諧波次數(shù)高頻率的上升，電纜導(dǎo)體趨膚效應(yīng)越發(fā)明顯，從而導(dǎo)致導(dǎo)體的交流電阻增大，電纜的允許通過電流減小，進(jìn)而造成中性線發(fā)熱，使得斷路器額定電流降低與脫扣電流降低，因諧波產(chǎn)生跳閘的誤動作。

（5）對于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信、火災(zāi)自動報警與劇院自動化等弱電設(shè)備，電力系統(tǒng)中的諧波通過電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)與傳導(dǎo)方式耦合到這些系統(tǒng)中，產(chǎn)生干擾。其中電磁感應(yīng)與靜電感應(yīng)的耦合強(qiáng)度與干擾頻率成正比，傳導(dǎo)則通過公共接地耦合，有大量不平衡電流流入接地極，從而干擾弱電系統(tǒng)。

3 國家對公用電網(wǎng)諧波電壓的限值標(biāo)準(zhǔn)

為了限制諧波污染，保障公用電網(wǎng)的安全運(yùn)行，美國電氣電子工程師學(xué)會（IEEE）和我國從不同角度出發(fā)推出了相應(yīng)的諧波標(biāo)準(zhǔn)。我國早于1993年7月31日頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》，把電網(wǎng)中的電壓總諧波畸變率及各次諧波含有率控制在允許的范圍內(nèi)，以保證供電質(zhì)量，使接入電網(wǎng)中用戶的各種用電器具免受諧波的危害，保持正常工作。

評估諧波電壓是以電壓總諧波畸變率是否超過上述標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，諧波電壓治理目標(biāo)就是要小于表2中的限值。

表3中，主要考核用戶向供電系統(tǒng)公共連接點(diǎn)注入諧波電流分量（方均根值）不應(yīng)超過以上規(guī)定的允許值。國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE 519/1992針對諸如機(jī)場、醫(yī)院等重要負(fù)荷，規(guī)定奇次諧波電流畸變率不大于10%，劇院舞臺燈光系統(tǒng)負(fù)荷目前一般采用國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE 519/1992來評判。

表2 公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值：引自GB/T 14549-1993

表3 注入電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值：引自GB/T 14549-1993

4 舞臺電力系統(tǒng)中諧波抑制措施

諧波抑制的措施主要有兩種：一是主動治理，即從諧波源本身出發(fā)，通過改進(jìn)用電設(shè)備，使其不產(chǎn)生或少產(chǎn)生諧波，目前用備受關(guān)注的正弦波電子調(diào)光系統(tǒng)取代可控硅調(diào)光系統(tǒng)就是一種非常有效的主動治理方式；二是被動治理，本著誰污染、誰治理的原則，即在諧波源端通過安裝電力濾波器，阻止諧波注入電網(wǎng)，或者阻止電力系統(tǒng)的諧波流入負(fù)載端。

4.1 無源濾波器

為抑制可控硅調(diào)光中諧波的產(chǎn)生，生產(chǎn)調(diào)光器的廠家通常在可控硅的單相輸出回路上設(shè)置高頻電感電容濾波器，減緩電流變化上升的時間，這種在諧波源處濾出諧波的方法，可以較大地減少高次諧波的分量。目前在可控硅單相調(diào)光回路中普遍采用L-C無源濾波器，由L（電感）與C（電容）構(gòu)成一串聯(lián)諧振支路，諧振頻率f由L和C所確定。當(dāng)LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時，即可抑制該次諧波流入電網(wǎng)。L-C無源濾波器有投資少、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，它在吸收高次諧波的同時，還具有改善功率因數(shù)的功能。但是在一個調(diào)光回路上廠家只是設(shè)計了一個L-C濾波支路，是針對一個諧波電流頻率而設(shè)置的，而對于多頻率的諧波電流，需分別設(shè)置多個L-C濾波支路，這樣做可能造成彼此相互干擾，又會導(dǎo)致顧此失彼，而且設(shè)備量的增加還會受到系統(tǒng)參數(shù)的限制，可能產(chǎn)生諧振，放大諧波。

4.2 有源濾波器

與無源濾波器相比，有源濾波器具有高度補(bǔ)償可控和快速自適應(yīng)響應(yīng)性，能抑制各次諧波，具有動態(tài)補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)，彌補(bǔ)了無源濾波器的不足。它有一機(jī)多能的作用，性價比較為合理，濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險；更具有自適應(yīng)功能，可自動跟蹤補(bǔ)償抑制變化中的多次諧波。

在實(shí)際應(yīng)用中，針對諧波產(chǎn)生的原因和強(qiáng)弱進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和設(shè)計，可根據(jù)諧波的嚴(yán)重性及危害程度，裝設(shè)必要的L-C無源濾波器、有源濾波器或二者混合使用，從諧波產(chǎn)生的源頭上減少諧波的干擾。

并聯(lián)型有源濾波器實(shí)質(zhì)上是一個補(bǔ)償受控、快速反應(yīng)的諧波電流源，與非線性負(fù)荷并聯(lián)，自動檢測非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流。DSP產(chǎn)生的控制信號控制IGBT高速開關(guān)器件，經(jīng)過輸出電抗器，輸出與負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流大小相等、相位相反的諧波電流，起到消除諧波的作用。

在進(jìn)行有源濾波器治理設(shè)計時，需根據(jù)劇院配電系統(tǒng)和負(fù)荷情況的不同，設(shè)計不同的解決方案。有源濾波器的安裝與諧波源越近，濾波效果越好，這是減小諧波電流和諧波電壓畸變的最好辦法。但在一些非線性負(fù)荷分布分散負(fù)載的場合，可以采取變壓器總補(bǔ)償或二級配電補(bǔ)償?shù)姆桨?，根?jù)實(shí)際情況可配合使用不同方案。有源濾波器安裝位置非常靈活，可根據(jù)設(shè)計需要達(dá)到理想的諧波治理效果。

5 有源濾波器在青島大劇院舞臺燈光系統(tǒng)中的應(yīng)用

青島大劇院設(shè)有1 600座的歌劇院、1 200座的音樂廳和400座的多功能廳，舞臺燈光系統(tǒng)全部采用可控硅調(diào)光設(shè)備。

為有效抑制諧波對電氣設(shè)備的污染，設(shè)計采用并聯(lián)型有源濾波器來補(bǔ)償抑制諧波，并聯(lián)型有源濾波器主要適用于電流源型非線性負(fù)載的諧波電流抵消、無功補(bǔ)償以及平衡三相系統(tǒng)中的不平衡電流等。由此在本案中多處采用有源波器，在配電系統(tǒng)相關(guān)節(jié)點(diǎn)采取了相應(yīng)諧波治理措施，以減少電力諧波對燈光設(shè)備、電聲學(xué)系統(tǒng)設(shè)備干擾，改善相關(guān)電子設(shè)備運(yùn)行的電磁環(huán)境。具體解析如下。

5.1 歌劇院舞臺可控硅調(diào)光器的諧波抑制

5.1.1 舞臺燈光配電設(shè)備配置

96路×5 kW 可控硅調(diào)光柜10臺96路×5 kW 智能直通柜4臺6路×6 kW 場燈、工作燈6臺

5.1.2 配電容量的設(shè)計公式

Pjs=Kx×(r×Py+B×S)

設(shè)備裝機(jī)容量N（為燈光回路總數(shù)）×Dw（為單位回路容量）

功率系數(shù)：r取0.2

最大同時使用系數(shù)：Kx取0.3～0.8

調(diào)光總功率：Py

面積系數(shù)：B取0.5～0.6

面積：S為表演區(qū)面積

5.1.3 舞臺燈光配電容量計算

調(diào)光總功率Py=1 344×5+36×6 = 6 936 kW最大同時使用系數(shù)Kx= 0.58功率系數(shù)r = 0.2面積系數(shù)B = 0.5

面積S ≈ 1 250.688 m2

配電容量: Pjs= 0.58×（0.2×6 936 kW+0.5×1 250.688 m2）≈1 168 kW

歌劇院舞臺燈光配電1 150 kW（2 075 A），由變電所低壓柜引出兩組緊密型母線槽2 500 A（五芯）至調(diào)光硅柜室ATS雙電源切換柜，調(diào)光配電選用國標(biāo)GCK型抽屜式低壓開關(guān)柜。（注：N線為相線截面的2倍）。

5.1.4 有源濾波器設(shè)備配置

按照調(diào)光模塊額定容量換算，諧波電流水平在調(diào)光模塊額定相電流的13%～37%。由于劇院燈光系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)決定了調(diào)光系統(tǒng)諧波水平頻繁變化的特點(diǎn)，總體諧波水平將在一個比較寬的幅度內(nèi)隨機(jī)變化，換算到等效容量，相諧波電流容量取為額定電流的30%。常用工作電流I相= 2 000 A，需要補(bǔ)償?shù)淖畲笾C波電流：I諧波= 2 000 A×0.3 = 600 A。

圖1 歌劇院舞臺燈光電氣有源濾波器配置系統(tǒng)圖

選用RESINETM三相四線有源濾波器作為諧波抑制裝置，主要指標(biāo)參數(shù)為：濾除諧波次數(shù)2～51次；諧波衰減比>10；響應(yīng)時間≤1 ms。設(shè)置額定諧波濾波電流容量200 A的RST4XB200PSM型號濾波器3臺（該裝置為模塊化，可根據(jù)諧波抑制的需求，增減電流容量模塊），并聯(lián)運(yùn)行的總額定諧波電流濾波能力為600 A/相。3臺并聯(lián)有源濾波器共享諧波檢測電流信號，設(shè)備之間互有通訊，實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)均衡輸出反相諧波電流（配置系統(tǒng)見圖1）。

5.1.5 有源濾波器投運(yùn)檢測數(shù)據(jù)

檢測儀器：（HIOKI 3196）多功能電能質(zhì)量分析儀運(yùn)行測試時，舞臺燈光配電設(shè)計負(fù)荷全部加載，所有調(diào)光回路設(shè)在導(dǎo)通角為50%左右，有源濾波器投入前后的檢測數(shù)據(jù)對比見表4，檢測數(shù)據(jù)對比記錄圖見圖2（1）～（10）。

5.1.6 歌劇院舞臺燈光電氣有源濾波器投運(yùn)后情況

由圖2（1）～（10）對比分析可見，有源濾波器投入使用后，諧波電壓總畸變率（THDU）由11.63%下降到4.20%，電流總畸變率（THDI）由34.27%下降至5.44%，諧波電流波形得到顯著的改善呈正弦波形態(tài)；符合國標(biāo)GB/T14549-1993的小于5.0%的指標(biāo)要求，電流畸變率明顯降低達(dá)到10%以下，也達(dá)到了IEEE 519/1992國際標(biāo)準(zhǔn)的要求。通過檢測，中性線電流由750 A下降到150 A，減少了中性線的發(fā)熱，消除了誤跳閘現(xiàn)象；功率因數(shù)由0.964 6提高至0.990 4，從而使電流有效值降低，減少了無功損耗，諧波電壓值VH由公式計算得來；諧波電流值Ih由公式：計算得來。提高了設(shè)備的使用效率。在濾波器投入前檢測，3、5、7、9次諧波量最大（尤其是3次和5次）并含有部分高次諧波量；有源濾波器投入后，諧波電流得到明顯的抑制，通過分析和計算，諧波抑制率達(dá)到80%以上，若在濾波器設(shè)備中再增加部分額定電流容量模塊，提高諧波電流的補(bǔ)償能力后，諧波抑制率還會得到更好的改善。諧波抑制率的改善主要取決于舞臺燈光系統(tǒng)諧波電流與濾波器額定電流容量的比值，諧波電流與濾波器額定電流容量的比值越小，諧波抑制率越佳，最高可達(dá)到95%以上。由此可見，在舞臺燈光控制系統(tǒng)使用有源濾波器后，諧波抑制取得顯著效果，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計要求。

表4 歌劇院舞臺燈光電氣有源濾波器投運(yùn)前后檢測數(shù)據(jù)對比表

圖2 歌劇院舞臺燈光電氣有源濾波器投運(yùn)前后檢測數(shù)據(jù)對比記錄圖

根據(jù)測試數(shù)據(jù)的比對，經(jīng)過有源濾波器治理后，電壓畸變率小于5%，諧波電流有效值明顯降低，同時功率因數(shù)得到極大的改善，提高了電能利用率，青島大劇院歌劇院的諧波治理工作達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)和效果。

5.2 音樂廳舞臺可控硅調(diào)光器的諧波抑制

5.2.1 舞臺燈光配電設(shè)備配置

96路×6 kW可控硅調(diào)光柜1臺

60路×6 kW智能直通柜1臺

6路×6 kW場燈、工作燈2臺

5.2.2 配電容量的設(shè)計公式

參見 5.1.2。

5.2.3 舞臺燈光配電容量計算

調(diào)光總功率：Py=168×6 =1 008 kW

最大同時使用系數(shù)：Kx=0.38

功率系數(shù)：r = 0.2

面積系數(shù)：B = 0.5

面積：S ≈ 239 m2

配電容量：Pjs= 0.38×（0.2×1 008 kW+0.5×239 m2）≈122 kW（228 A）

5.2.4 有源濾波器設(shè)備配置

常用工作電流I相=300 A，需要補(bǔ)償?shù)淖畲笾C波電流：I諧波= 300 A×0.3 = 90 A。

選用RESINETM三相四線有源濾波器作為諧波抑制裝置，主要指標(biāo)參數(shù)為：濾除諧波次數(shù)2～51次；諧波衰減比 >10；響應(yīng)時間≤1 ms。設(shè)容量90 A的DERST4XB090PSM型號濾波器1臺, 運(yùn)行額定諧波電流濾波能力為90 A/相。實(shí)現(xiàn)輸出反相諧波電流（配置系統(tǒng)見圖3）。

5.2.5 有源濾波器投運(yùn)檢測數(shù)據(jù)

有源濾波器投入前后的檢測數(shù)據(jù)對比見表5。

5.2.6 音樂廳舞臺燈光電氣有源濾波器投運(yùn)后情況

（1）電流波形明顯改善，使用濾波器后電流波形呈正弦波形態(tài)；

圖3 音樂廳舞臺燈光電氣有源濾波器配置系統(tǒng)圖

表5 音樂廳舞臺燈光電氣有源濾波器投運(yùn)前后測試數(shù)據(jù)對比表

（2）使用濾波器后電壓畸變狀況得到改善，諧波電壓總畸變率（THDU）從2.32 %下降到1.58 %；

（3）使用濾波器后電流畸變狀況得到明顯改善，諧波電流總畸變率（THDI）從46.57 %下降到8.04 %；

（4）使用濾波器后功率因數(shù)有所提高，由投入前的0.762 6提高到0.913 7，提高了設(shè)備的使用效率。

音樂廳舞臺燈光系統(tǒng)使用了國產(chǎn)可控硅調(diào)光柜，由于國產(chǎn)器件的技術(shù)參數(shù)與進(jìn)口元器件存在一定的差異性，調(diào)光回路中電流上升的時間明顯快于進(jìn)口器件，所造成的諧波干擾也明顯大于進(jìn)口調(diào)光柜。投入額定諧波電流90 A/相的有源濾波器后，諧波抑制取得顯著效果。

5.3 多功能廳舞臺可控硅調(diào)光器的諧波抑制

5.3.1 舞臺燈光配電設(shè)備配置

96路×6 kW可控硅調(diào)光柜4臺

96路×6 kW智能直通柜1臺

6路×6 kW場燈、工作燈2臺

5.3.2 配電容量的設(shè)計公式

參見 5.1.2。

5.3.3 舞臺燈光配電容量計算

調(diào)光總功率：Py= 492×6=2 952 kW

最大同時使用系數(shù)：Kx= 0.43

功率系數(shù)：r = 0.2

面積系數(shù)：B = 0.5

面積：S ≈ 689 m2

配電容量：Pjs= 0.43×（0.2×2 952 kW+0.5×689 m2）≈402 kW（722 A）

5.3.4 有源濾波器設(shè)備配置

常用工作電流I相=800 A，需要補(bǔ)償?shù)淖畲笾C波電流：I諧波= 800 A×0.3=240 A。

選用RESINETM三相四線有源濾波器作為諧波抑制裝置，主要指標(biāo)參數(shù)為：濾除諧波次數(shù)2～51次；諧波衰減比>10；響應(yīng)時間≤1 ms。設(shè)容量120 A的RST4XB120PSM型號濾波器2臺，并聯(lián)運(yùn)行總額定諧波電流濾波能力為240 A/相。2臺并聯(lián)有源濾波器共享諧波檢測電流信號，設(shè)備之間互有通訊，實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)均衡輸出反相諧波電流（配置系統(tǒng)見圖4）。

5.3.5 有源濾波器投運(yùn)檢測數(shù)據(jù)

有源濾波器投入前后的檢測數(shù)據(jù)對比見表6。

5.3.6 多功能廳舞臺燈光電氣有源濾波器投運(yùn)后情況

（1）電流波形明顯改善，使用濾波器后電流波形呈正弦波形態(tài)；

（2）使用濾波器后電壓畸變狀況得到改善，諧波電壓總畸變率（THDU）從10.38 %下降到3.18 %；

（3）使用濾波器后電流畸變狀況得到明顯改善，諧波電流總畸變率（THDI）從49.22 %下降到9.68 %；

圖4 多功能廳舞臺燈光電氣有源濾波器配置系統(tǒng)圖

（4）使用濾波器后功率因數(shù)有所提高，由投入前的0.716 5提高到0.957 3，提高了設(shè)備的使用效率。

可見，投入額定諧波電流240 A/相的有源濾波器后，諧波抑制取得顯著效果。

6 諧波治理效果評估

青島大劇院安裝有源濾波器設(shè)備后，在歌劇院、音樂廳、多功能廳幾個配電機(jī)房的可控硅進(jìn)線柜使用專用的電能質(zhì)量測試儀器進(jìn)行檢測，對比有源濾波器投入前和有源濾波器投入后的測試數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過有源濾波器治理后，電壓畸變率小于5%，諧波電流有效值明顯降低，達(dá)到國標(biāo)GB14549-1993的要求，電流畸變率明顯降低達(dá)到10%以下，也達(dá)到了IEEE 519/1992國際標(biāo)準(zhǔn)的要求；同時功率因數(shù)明顯得以改善，提高了電能利用率。青島大劇院針對舞臺可控硅調(diào)光的諧波治理工作達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)和效果。

6.1 諧波治理的經(jīng)濟(jì)效益

諧波治理的經(jīng)濟(jì)效益需要綜合直接效益和間接效益來考慮。

直接效益：降低配電系統(tǒng)中諧波電流畸變水平，將直接減少諧波帶來的附加發(fā)熱危害，減少諧波產(chǎn)生的有功功率損失及其引起的額外損失；降低配電系統(tǒng)中諧波電流畸變水平，將提高配電系統(tǒng)中主要電源設(shè)備如變壓器、柴油發(fā)電機(jī)組等的負(fù)載能力與有效容量；采用具有動態(tài)無功調(diào)節(jié)功能的有源濾波設(shè)備，將提高配電系統(tǒng)功率因數(shù)。

間接效益：延長變壓器、電機(jī)、電纜等的使用壽命；延長用電設(shè)備如燈具、調(diào)光設(shè)備的使用壽命；消除系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)或串聯(lián)諧振的隱患；減少電氣保護(hù)設(shè)備誤動作的產(chǎn)生，降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用；消除因高次諧波對電聲系統(tǒng)的干擾。

6.2 節(jié)能效果評估

諧波治理一方面消除諧波對電網(wǎng)和設(shè)備發(fā)熱影響，一方面可以降低無功的損耗，減少電能的消耗。針對能耗的評估可以通過比對配電房硅控室進(jìn)線柜視在功率的變化來衡量節(jié)能效果，即

（1）大劇院可控硅柜室配電節(jié)能評估

（2）音樂廳可控硅柜室配電節(jié)能評估

（3）多功能廳可控硅柜室配電節(jié)能評估

安裝諧波抑制設(shè)備后，視在功率和計算電流減少，系統(tǒng)有功功率增加，除直接帶來電費(fèi)節(jié)省外，還節(jié)省電纜、母線的導(dǎo)體截面，改用小容量的變壓器及小電流級的開關(guān)設(shè)備，從而節(jié)省建設(shè)項(xiàng)目的投資。

7 結(jié)論

解析青島大劇院舞臺可控硅調(diào)光對供配電系統(tǒng)中的諧波治理情況，可以了解諧波對供配電系統(tǒng)和舞臺、燈光、音響設(shè)備的具體危害。而安裝有源濾波器后的監(jiān)測記錄顯示，采用有源濾波器對抑制舞臺可控硅調(diào)光器諧波的收效明顯。

電力諧波問題是非常嚴(yán)重的電網(wǎng)污染和公害，應(yīng)該引起劇院建設(shè)者和管理者的高度關(guān)注。在國家大力提倡綠色、節(jié)能、環(huán)保的形勢下，采取正確的技術(shù)措施對舞臺可控硅調(diào)光器產(chǎn)生的諧波進(jìn)行治理非常重要。正確掌握并應(yīng)用這一技術(shù)手段，有效治理劇院、舞臺的電力諧波，是業(yè)內(nèi)專業(yè)技術(shù)人員義不容辭的責(zé)任。