探討有源濾波在企業(yè)供電諧波治理中的應(yīng)用

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。

參考文獻(xiàn)［1］肖湘寧.電力系統(tǒng)諧波及其綜合治理［J］.中國電力，2009（2）.［2］肖健華.電力系統(tǒng)諧波動態(tài)抑制技術(shù)的發(fā)展與展望［J］.五邑大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010（1）.［3］王兆安.電力電子裝置諧波抑制及無功補(bǔ)償技術(shù)的進(jìn)展［J］.電力電子技術(shù)，2010，2（1）.［4］王兆安，楊君，劉近軍.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.〔編輯：白潔〕Discussion of Active Harmonic Filtering Applications in the Enterprise Governance of SupplyZhuang JiaAbstract: The power factor amplitude, frequency, waveform distortion, and this will have a direct impact on the quality of the grid, where power plants amplitude and frequency control, and electrical equipment and load it will have an impact on the current and voltage waveform distortion. In the production process, the use of multi-linear loads, such as frequency control devices, rectifiers, uninterruptible power supply, this sinusoidal waveform of the voltage waveform of the load current is inconsistent with the grid, it will produce distortion. It can be seen, the quality of power supply harmonics will adversely affect existing applications to explore for active filtering device management enterprise supply harmonic techniques. Key words: active filter; supply; harmonic control; distortion