有源諧波調(diào)節(jié)在路燈節(jié)能中的應(yīng)用

祖彥勇，韓承雪

(商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 商丘 476000)

近年來，隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，我國(guó)的城市道路照明裝置迅速增加.據(jù)城市道路照明技術(shù)總站統(tǒng)計(jì)，至 2012年，全國(guó)所用的路燈總數(shù)約為3000萬只.目前應(yīng)用最廣泛的道路照明光源是鈉燈，因光源及配套電路屬于感性負(fù)載，功率因數(shù)低，且路燈負(fù)荷是分散均勻的，不適合集中補(bǔ)償，故一般采用單燈補(bǔ)償電容來提高其功率因數(shù).一般把補(bǔ)償選擇在cosφ=0.85～0.95之間.增大電容器的容量可得到更高的功率因數(shù)，但電網(wǎng)和電氣裝置中出現(xiàn)的諧波電流會(huì)使功率因數(shù)低于理論值.本文對(duì)路燈電路進(jìn)行了分析，并提出了用有源調(diào)節(jié)器來抑制諧波對(duì)其功率因數(shù)的影響[1]3-6.

1 路燈電路中的諧波問題

1.1 路燈補(bǔ)償電路組成工作原理

由于串聯(lián)鎮(zhèn)流器的原因，路燈電路的功率因數(shù)只有0.5左右，這不僅會(huì)使變壓器的容量不能充分利用，而且會(huì)大幅增加路燈線路的成本，因此，必須采取措施提高路燈的功率因數(shù).常用的方法就是在感性負(fù)載的兩端并聯(lián)一個(gè)容量值合適的電容器，用容性的無功功率去補(bǔ)償感性的無功功率.這樣，既提高了電路的功率因數(shù)，又不影響負(fù)載的正常工作.電路接法如圖1所示.

圖1 提高功率因數(shù)的方法

從圖1可看出，并聯(lián)電容器后，感性負(fù)載的工作狀態(tài)，包括電流、電壓、功率等均未發(fā)生變化，它自身的功率因數(shù)也沒有變化，但是卻提高了整個(gè)電路(把兩個(gè)支路作為一個(gè)整體)的功率因數(shù).也就是說，在電感性負(fù)載上并聯(lián)了電容器以后，減少了電源與負(fù)載之間的能量互換.此時(shí)電感性負(fù)載所需的無功功率，大部分由電容器供給，因而使變壓器的容量能得到充分利用.并且由向量圖可見，并聯(lián)電容器后線路電流也減小了，因而減小了線路損耗.所以電容補(bǔ)償提高了整個(gè)供電系統(tǒng)的功率因數(shù).一般的經(jīng)驗(yàn)值為：250W的鈉燈并聯(lián)30μF的補(bǔ)償電容，400W的鈉燈并聯(lián)50μF的補(bǔ)償電容.

1.2 諧波對(duì)電容補(bǔ)償?shù)挠绊?/h3>

采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無功功率補(bǔ)償因具有功率損耗小、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)而得到了普遍的應(yīng)用，但在正弦電壓波形的供電下，補(bǔ)償電容器只能補(bǔ)償路燈電路中電流波形的基本成分，而不能降低畦變電流波形中的諧波成分，導(dǎo)致氣體放電燈電路中不可能得到大于0.85的功率因數(shù).另外，并聯(lián)到線路上進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)碾娙萜鲗?duì)諧波會(huì)有放大作用，使得系統(tǒng)電壓及電流的畸變更加嚴(yán)重 ，進(jìn)一步影響了補(bǔ)償效果，這也是電容器補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)缺點(diǎn)[2]6-11.

2諧波抑制措施

2.1 混合型有源諧波調(diào)節(jié)器的組成

有源調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)如圖2所示.主要包括一個(gè)由諧波測(cè)量、調(diào)整控制、功率變換器組成的有源調(diào)節(jié)器，一個(gè)變壓器，一個(gè)LC無源濾波器.

圖2 串聯(lián)型有源諧波調(diào)節(jié)器框圖

2.2 工作原理

有源調(diào)節(jié)器在變壓器的次級(jí)產(chǎn)生一個(gè)電壓Uc,此電壓與交流電源的諧波成正比.而對(duì)于每一個(gè)n次諧波，此電壓Ucn=KIFn，IFn是電源電流的n次諧波，k是類似電阻R的系數(shù)，所以又有Ucn=RIFn.

如果Icn是并聯(lián)支路的n次諧波電流，ILn是負(fù)載的n次諧波，Ucn是是交流電源的n次電壓諧波，若把Zn定義為n次諧波無源濾波器的阻抗，則有以下公式

IFn=ILn-Icn

上述公式表明，交流電源為負(fù)載提供的電流中的諧波成分被大為削弱，并且R越大，交流電源的電流諧波就越小.并且從上述公式還可看出，有源調(diào)節(jié)器在與交流電源的并聯(lián)中相當(dāng)于一個(gè)等效的“電子”阻抗，具有降低諧波的作用，并且，電壓Uc全是諧波. 因此，其方根均值遠(yuǎn)低于基波.正是因?yàn)檫@樣，其電壓低于典型并聯(lián)調(diào)節(jié)器的電壓.無源濾波器受電壓基波多影響，以基波頻率提供電容性阻抗，這樣也就意味著有源濾波器可以提高裝置的功率因數(shù)[3]15.

4 結(jié)語

2012年我國(guó)的城市照明所耗電量約占全國(guó)照明耗電總量的40%，因此，對(duì)路燈照明系統(tǒng)加強(qiáng)無功補(bǔ)償是一種很好的節(jié)能方法.特別是當(dāng)前電網(wǎng)中接有大量的如整流器、變頻器、開關(guān)電源、電動(dòng)機(jī)、電弧設(shè)備等電力電子設(shè)備，這些設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量諧波，這些諧波會(huì)使得系統(tǒng)電壓及電流產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，這些因素會(huì)使傳統(tǒng)的路燈功率因數(shù)補(bǔ)償效果大打折扣，而有源調(diào)節(jié)器可以消除這些諧波分量對(duì)路燈系統(tǒng)功率因數(shù)的影響，從而帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益.

[1] 劉建寶，陳 偉，趙錄懷.有源電力濾波器的新型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2004，27(3).

[2] 王軍華，李建貴，汪友華.混合型有源電力濾波器研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].電氣傳動(dòng),2007，37(12).

[3] 張乃國(guó).UPS供電系統(tǒng)應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.