有源濾波器在政府建設(shè)項目中的案例分析及應(yīng)用

覃志東

（深圳市建筑工務(wù)署工程管理中心，廣東 深圳 518006）

有源濾波器在政府建設(shè)項目中的案例分析及應(yīng)用

覃志東

（深圳市建筑工務(wù)署工程管理中心，廣東 深圳 518006）

隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)部門對建設(shè)項目提出的要求越來越高。項目中使用的電氣設(shè)備很多是大功率非線性負(fù)荷，它的存在導(dǎo)致惡劣的諧波環(huán)境出現(xiàn)，對電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全、正常運行也造成了極大的威脅。深圳市建筑工務(wù)署工程管理中心為深圳市政府投資項目建設(shè)單位，建設(shè)項目中有許多醫(yī)用大型設(shè)備、大學(xué)實驗精密儀器、大型計算機(jī)、變頻空調(diào)、LED燈具、電梯、舞臺燈光和UPS電源等諧波源，很容易出現(xiàn)空開無故跳閘，輸電線路發(fā)熱嚴(yán)重，變壓器過熱燒毀，PLC等控制系統(tǒng)無故停機(jī)、數(shù)據(jù)顯示不準(zhǔn)確，通信系統(tǒng)受到嚴(yán)重干擾等情況。電能的質(zhì)量直接影響項目交付時的使用質(zhì)量，所以，考慮對諧波的治理是很有必要的。

有源濾波器；諧波環(huán)境；諧波電流；諧波源

有源濾波器是利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實時補(bǔ)償諧波電流的目的。有源濾波技術(shù)作為一種高效的諧波治理技術(shù)，是消除諧波污染、提高電能質(zhì)量的有效工具。深圳市建筑工務(wù)署工程管理中心結(jié)合自身優(yōu)勢，組成專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊，與CQC等第三方質(zhì)量認(rèn)證結(jié)構(gòu)一起建設(shè)有源濾波器品牌庫，進(jìn)行有源濾波器在項目中的應(yīng)用和案例分析，為保證政府建設(shè)項目的電力系統(tǒng)的運行安全提供有效的解決方案。

1 案例分析

1.1 案例現(xiàn)象

深圳市鹽田綜合保稅區(qū)沙頭角保稅區(qū)匝口使用時頻繁跳閘斷電。2014-01-22，深圳鹽田綜合保稅區(qū)經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)設(shè)立，園區(qū)規(guī)劃面積2.17 km2，主要由原2004年成立的鹽田港保稅物流園區(qū)、1996年成立的鹽田港保稅區(qū)和1991年成立的沙頭角保稅區(qū)整合而成，實現(xiàn)了區(qū)域整合、資源整合和功能整合。我中心于2014-07開始建設(shè)，2015-07通過國家11個部委的聯(lián)合驗收組驗收。沙頭角保稅區(qū)閘口共4條貨運通道，2進(jìn)2出，于2015-07建成并投入使用，每天流量3 000臺貨運車。在其使用過程中發(fā)現(xiàn)，閘口始終有跳閘斷電的情況，嚴(yán)重影響了通道車輛的正常檢查運行。深圳海關(guān)多次提出意見要求整改，監(jiān)理、設(shè)計院和施工單位多次檢查相關(guān)圖紙和施工質(zhì)量，并未發(fā)現(xiàn)斷電原因。

1.2 案例分析處理

根據(jù)案例現(xiàn)象，深圳市建筑工務(wù)署工程管理中心組織相關(guān)技術(shù)人員和監(jiān)理、設(shè)計、施工單位人員分析原因，排查線路，更換相關(guān)的元器件設(shè)備，仍然出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。由現(xiàn)場用電設(shè)備情況發(fā)現(xiàn)，匝口設(shè)備的UPS供電電源功率比較大，還有道閘設(shè)備和LED燈具等設(shè)備，這些設(shè)備都會產(chǎn)生大量諧波，特別是設(shè)備啟動時，對電網(wǎng)的沖擊比較大。經(jīng)過技術(shù)分析，項目組安裝一臺有源濾波器，對諧波進(jìn)行治理，現(xiàn)閘口使用良好，并未發(fā)現(xiàn)突然跳閘斷電的情況，保證了深圳海關(guān)進(jìn)出通道檢查的正常進(jìn)行。

2 有源濾波器項目案例應(yīng)用和技術(shù)分析

2.1 案例現(xiàn)象

陜西賓館配電系統(tǒng)總進(jìn)線開關(guān)無故跳閘。

2.2 案例分析應(yīng)用及技術(shù)分析

陜西賓館是西安市政府接待賓館，在未使用有源濾波器時，總進(jìn)線開關(guān)無故跳閘，嚴(yán)重影響到酒店的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)分析，該項目配電系統(tǒng)負(fù)載主要為節(jié)能燈、空調(diào)、水泵等設(shè)備，并存在三相不平衡的情況。同時，電網(wǎng)中存在大量的諧波電流污染，主要以3，5，7次為主，N相電流極大，諧波含量大，三相不平衡嚴(yán)重（負(fù)序電流大），導(dǎo)致該變壓器下其他設(shè)備不能正常工作，同時，變壓器發(fā)熱量大。之后采用有源濾波器集中補(bǔ)償諧波電流，共6臺變壓器，每臺變壓器采用150A有源濾波器。使用有源濾波器后，電流波形矯正明顯由極不平衡的狀態(tài)治理成了極為平滑的正弦波，諧波電流有效值在超出濾波器容量范圍的情況下，有源濾波器的補(bǔ)償率達(dá)到了90%以上，三相不平衡現(xiàn)象有所改善，有效解決了總進(jìn)線開關(guān)無故跳閘的問題，具體情況如圖1所示。

原有三相不平衡A/B/C最大不平衡電流為30 A，治理后，三相不平衡現(xiàn)象基本消除。

治理前后三相電流數(shù)據(jù)如圖2所示，治理前電流記錄曲線如圖3所示。

圖1 治理前后電流波形圖

圖2 治理前后三相電流數(shù)據(jù)

系統(tǒng)總電流由408A降低為397A，電流有效值降低了3%；總的電流畸變率由20.7%降為2.8%，N線電流下降明顯。治理前后諧波電流畸變率如圖4所示。

N線電流值如圖5所示。

圖3 治理前電流記錄曲線

圖4 治理前后諧波電流畸變率

圖5 N線電流值

3 有源濾波器在政府建設(shè)項目應(yīng)用規(guī)范

為了保證政府建設(shè)項目電能質(zhì)量，深圳市建筑工務(wù)署在政府建設(shè)項目中對有源濾波器的使用做出如下規(guī)定：

有源電力濾波器應(yīng)在以下工作環(huán)境中正常運行：①工作電壓為AC0.38 kV±20%；②工作頻率為50 Hz±5%；③工作環(huán)境是，溫度為-25～+50℃，濕度為5%～90%；④海拔高度小于1 000 m。

有源電力濾波器在額定補(bǔ)償范圍內(nèi)，諧波治理后的低壓配電系統(tǒng)應(yīng)滿足國標(biāo)要求（《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波 GB/T 14549—93》）。

有源電力濾波器應(yīng)采用雙DSP+CPLD數(shù)字控制的濾波方式，逆變模塊的開關(guān)頻率不低于20 kHz。柜內(nèi)電源電路、主控制電路、采樣電路等均需要自主研發(fā)，具有良好的品牌一致性和技術(shù)經(jīng)驗。

有源電力濾波器的控制算法應(yīng)采用瞬時無功功率或DFT算法。

有源電力濾波器的諧波治理應(yīng)滿足以下要求：①濾波范圍為100～2 500 Hz（即2～50次諧波），并能選擇性濾波，各次諧波補(bǔ)償均可分別設(shè)定；②響應(yīng)速度小于等于10 ms；③電流互感器小于5A；④自身損耗小于3%（額定功率）；⑤冷卻方式為強(qiáng)制風(fēng)冷；⑥運行噪聲小于等于65 dB（額定工況下1 m距離）。

有源電力濾波器應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求采用三相三線（或三相四線）的電氣接線。

有源電力濾波器應(yīng)具有完備的內(nèi)部保護(hù)功能（包括過壓/欠壓、過電流、短路、缺相等）和系統(tǒng)自診斷功能，并且加裝斷路器、熔斷器。有源電力濾波器的性能應(yīng)獨立于電網(wǎng)阻抗和低壓配電系統(tǒng)阻抗之外，不受電網(wǎng)阻抗和低壓配電系統(tǒng)阻抗變化的影響。

有源電力濾波器應(yīng)有中文的液晶顯示器和友好的人機(jī)操作界面，能顯示設(shè)備運行狀況、測量數(shù)據(jù)、故障報警等信息，并可由用戶進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)改變和信息查看等操作，可同時監(jiān)測電網(wǎng)、負(fù)載諧波和功率情況，具有一般電能測試儀器的功能。

有源電力濾波器應(yīng)具有2～50次諧波的濾波功能，可單獨選擇2～50次諧波，用戶可以根據(jù)需要設(shè)定需要濾除的諧波次數(shù)和濾除諧波的目標(biāo)值，可單獨設(shè)定每次諧波，單次諧波電流幅值補(bǔ)償系數(shù)與相位補(bǔ)償系數(shù)可調(diào)。

有源電力濾波器應(yīng)具有RS-232/RS-485智能接口和標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議，以方便用戶將設(shè)備運行狀況、測量數(shù)據(jù)和故障報警等信息接入到監(jiān)控系統(tǒng)，并免費提供智能接口的相關(guān)技術(shù)通信協(xié)議。

有源電力濾波器的諧波采樣應(yīng)采用精密互感器。

有源電力濾波器應(yīng)能實現(xiàn)多臺直接并聯(lián)運行的平滑擴(kuò)容。多臺有源濾波器裝置并聯(lián)時，所有有源濾波器裝置應(yīng)能共用一套電流互感器。

有源電力濾波器應(yīng)具有過載保護(hù)能力，自動限流在100%額定輸出。當(dāng)系統(tǒng)諧波長期超過濾波器額定值時，濾波器也能正常工作。

有源電力濾波器采用開環(huán)控制，采樣負(fù)載電流，保證運行的可靠性、精確性和響應(yīng)的快速性。另外，它可以承受-20%～+20%的電壓波動，以及±5%的頻率波動，適應(yīng)各種不同工況的供電環(huán)境。如果電壓波動超過上下限，自動閉鎖輸出，并發(fā)出告警。

有源電力濾波器并聯(lián)接入電網(wǎng)，不會因故障導(dǎo)致電網(wǎng)斷路；多臺并聯(lián)系統(tǒng)，如果一臺因故障退出運行，其他有源濾波器仍能正常工作，實現(xiàn)濾波功能。另外，它可進(jìn)行諧波補(bǔ)償、無功補(bǔ)償或諧波無功同補(bǔ)，用戶可通過人機(jī)界面操作。濾波器自身的高頻紋波電流峰峰值不大于2A，不能回饋到電網(wǎng)，對其他系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行干擾。當(dāng)系統(tǒng)斷電時，濾波器應(yīng)自動斷開；在系統(tǒng)恢復(fù)后，濾波器能自動恢復(fù)。

〔編輯：白潔〕

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.148

2095-6835（2017）13-0148-03

覃志東（1980—），男，廣西桂林人，工程師，2003年畢業(yè)于裝甲兵工程學(xué)院裝甲車輛維修工程專業(yè)（本科），主要研究方向為電氣工程及其自動化。