PQFS在客運(yùn)索道直流調(diào)速系統(tǒng)諧波治理上的應(yīng)用

吳躍輝+洪鋒+劉茹茹

摘要：該文介紹索道直流調(diào)速過程諧波產(chǎn)生機(jī)理，通過九華山索道實(shí)際的運(yùn)用提出基于使用快速響應(yīng)的有源動(dòng)態(tài)濾波器，在治理諧波效果有了提升；并通過PQFS在九華山天臺(tái)索道上的應(yīng)用案例，說明PQFS解決諧波問題效果較好。

關(guān)鍵詞：諧波治理；PQFS

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）28-0242-02

1 概述

諧波在工業(yè)設(shè)備以及在電網(wǎng)傳輸?shù)倪^程中，危害很大，可能導(dǎo)致電壓和電網(wǎng)的波形發(fā)生畸變，增加電網(wǎng)的損耗；電氣設(shè)備中諧波可能使得設(shè)備的負(fù)荷量增加，導(dǎo)致設(shè)備損壞。本文以九華山天臺(tái)索道為例，說明諧波的存在多索道危害極大，通過PQFS可以極大地消除諧波對(duì)索道設(shè)備的危害，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

2 電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)諧波生成原理

2.1 直流電動(dòng)機(jī)-晶閘管調(diào)速系統(tǒng)工作原理

索道的調(diào)速系統(tǒng)一般都是整流電路，該電路采用晶閘管相控電路，圖1是直流電動(dòng)機(jī)-晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的工作原理圖。單向?qū)щ娦允蔷чl管的一個(gè)顯著特性，直流電機(jī)只有一組相控整流器的電動(dòng)機(jī)不能完成電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，即啟動(dòng)狀態(tài)到制動(dòng)狀態(tài)的變換，控制制動(dòng)性能的標(biāo)志性參數(shù)是電磁轉(zhuǎn)矩，通過電磁轉(zhuǎn)矩的工作原理來反應(yīng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)?？刂普{(diào)速電源主電路由硅整流橋的三相反并聯(lián)電路控制，最終使得電動(dòng)機(jī)的發(fā)電的發(fā)動(dòng)、制動(dòng)模式發(fā)生轉(zhuǎn)變。

客運(yùn)索道要求直流電機(jī)不僅能夠非常及時(shí)的快速制動(dòng)和啟動(dòng)，而且能正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，只有拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性才能滿足實(shí)際客運(yùn)索道運(yùn)行需求，即可逆的調(diào)速系統(tǒng)必須是必備的。假設(shè)調(diào)速系統(tǒng)的觸發(fā)角為α，相電壓的電壓有效值為U2，晶閘管在工作時(shí)發(fā)生逆變、整流時(shí)側(cè)電壓滿足下式：

根據(jù)以上公式分析可知，Id 與諧波電流值的大小成正函數(shù)關(guān)系，而Ud與成Id正函數(shù)書關(guān)系，根據(jù)（1）（2）可得Ud與控制角α的關(guān)系，進(jìn)行恒功率調(diào)速時(shí)，有如下結(jié)論：轉(zhuǎn)速的快慢與諧波電路沒有直接關(guān)系；恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，諧波電路電流的變化趨勢(shì)一致和轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)一致；即諧波電流與負(fù)載的承載能力變化一致。

2.2 直流調(diào)速控制方法

直流調(diào)速系統(tǒng)能寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速和快速響應(yīng)，這些特點(diǎn)決定其可以得到廣泛得應(yīng)用。在啟動(dòng)階段，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，但是有電流負(fù)反饋。達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，電流負(fù)反饋不發(fā)揮作用，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋發(fā)揮作用，下圖2是該直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖。

3 諧波分析及諧波波形

在處理直流調(diào)速系統(tǒng)的電路模型等效中，可以等效為含高次諧波的供電電網(wǎng)、電阻和電抗的晶閘管三相橋式整流電路的帶阻容性負(fù)載的模擬電路。如圖3和圖4分別是安徽九華山天臺(tái)索道電網(wǎng)諧波治理前后數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)，電網(wǎng)使用的負(fù)載是電壓為400V，額定功率591KW的直流電機(jī)，有源動(dòng)態(tài)濾波器型號(hào)為ABB公司的產(chǎn)品：PQFS-M09+S09+S09+S09，諧波電流為360A，為PQFS-M09/90A主模塊配合3臺(tái)從模塊S09/90A。

根據(jù)以上兩圖的數(shù)據(jù)對(duì)比可知，電壓L1、L2、L3的畸變率THD分別由6.1%、6.1%、6.4%均降低至2.7%；電流L1、L2、L3的畸變率THD分別由66.3%、65.9%、55.9%降低至9.1%、10.1%、8.4%，諧波治理明顯得到改善；使用PQFS以后，電網(wǎng)的功率因素從0.62提高至0.87改善率高達(dá)約72%左右，大大改善了電網(wǎng)效率。

PQFS能夠采集電網(wǎng)中諧波電路的變化情況，PQFS根據(jù)采用電力電子技術(shù)與電網(wǎng)中的諧波源設(shè)備并聯(lián)，監(jiān)控電網(wǎng)中的各次諧波電流的變化情況，并根據(jù)用戶需求設(shè)定濾波的階數(shù)，通過對(duì)電網(wǎng)注入與諧波電流相位相反的各次諧波來抑制諧波電流。

4 結(jié)論

直流調(diào)速系統(tǒng)中各次諧波的污染使得電能質(zhì)量的下降；九華山天臺(tái)索道使用PQFS治理污染的諧波，通過運(yùn)用PQFS減少了變壓器的噪聲振動(dòng)，降低了電氣設(shè)備系統(tǒng)的故障率，達(dá)到了消除高次諧波的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周國(guó)偉，石新春，肖淼.軋鋼廠諧波產(chǎn)生機(jī)理及新型濾波裝置[J].中國(guó)高等學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)術(shù)年會(huì) — 2005.

[2] 楊琳琳.數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2007.

[3] 林立，郭國(guó)峰，郭春林. 全數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)[J].微電機(jī)，2008，41（8）.

[4] 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M]. 4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[5] 李亮，彭華良.APF對(duì)索道直流調(diào)速系統(tǒng)諧波治理的研究[J].上海：電能質(zhì)量?jī)?yōu)化，2012（9）.

[6] 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.endprint