電力節(jié)能技術(shù)的研究和應(yīng)用

洪 流 冉碧蓮 劉漢英

（國(guó)網(wǎng)重慶酉陽縣供電公司 重慶 409899）

引言

確保供電穩(wěn)定，供電質(zhì)量以及供電安全，是電力工程技術(shù)與電力工程管理等相關(guān)人員的光榮使命，隨著社會(huì)上電力網(wǎng)絡(luò)的逐漸擴(kuò)大、電力的容量也在不斷增加。其都在電網(wǎng)里面造成很多諧波，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓、電流波形出現(xiàn)不良波動(dòng)，破壞電網(wǎng)質(zhì)量，是造成電網(wǎng)惡化的主要原因。為了消除供電系統(tǒng)諧波，現(xiàn)如今的節(jié)能技術(shù)正在大力研究、應(yīng)用，電力濾波器、電力無功補(bǔ)償、變頻器、軟啟動(dòng)等技術(shù)課題[1]。

1 無功補(bǔ)償?shù)膬r(jià)值分析

電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的無功功率，不僅會(huì)占用電力設(shè)備的容量，還會(huì)增加設(shè)備與線路的電能損耗，導(dǎo)致電壓降低的現(xiàn)象出現(xiàn)，降低電能使用效率，影響電能供應(yīng)可靠性，并造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。在電力用戶的角度來講，最直接的體現(xiàn)為功率因數(shù)較低，并造成電力的浪費(fèi)，如果功率因數(shù)小于0.9，電力部門將對(duì)電力用戶進(jìn)行罰款，降低電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還會(huì)增加電力用戶的電費(fèi)成本。此時(shí)，選擇無功補(bǔ)償設(shè)備，對(duì)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)無功就地平衡，能夠優(yōu)化電網(wǎng)電能質(zhì)量，降低電網(wǎng)電能損耗，提升電壓穩(wěn)定性，提高電力企業(yè)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益，降低電力用戶使用費(fèi)用。

2 高次諧波對(duì)并聯(lián)補(bǔ)償電容器的影響和應(yīng)對(duì)策略

現(xiàn)階段，電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用眾多的電子設(shè)備，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行的過程中出現(xiàn)非線性負(fù)荷提升的現(xiàn)象。基于此形成非常多的諧波并且導(dǎo)致電網(wǎng)里面正常工作在正弦波的電壓與電流波形產(chǎn)生錯(cuò)誤的波動(dòng)，進(jìn)而致使電網(wǎng)質(zhì)量變差，提高線路的損耗。我們知道電容器的容抗與電力系統(tǒng)感抗的絕對(duì)值當(dāng)達(dá)到非常接近的水平時(shí)，由于它們之間的物理作用就會(huì)產(chǎn)生不同程度的并聯(lián)諧波，并且這種諧波的電流會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)迅速增加十多甚至幾十倍，隨著諧波電流的增大，諧波電壓也會(huì)出現(xiàn)畸變波動(dòng)的情況，顯著的增加電容器的負(fù)荷，導(dǎo)致變?nèi)萜鞒霈F(xiàn)發(fā)熱的情況。應(yīng)對(duì)該種現(xiàn)象的方法比較簡(jiǎn)單，通過將電抗器串接在補(bǔ)償電容器回路中，能夠根據(jù)電抗器的絕對(duì)值，產(chǎn)生高次諧波，并且能夠利用回路的電抗進(jìn)行感抗，以此來讓調(diào)諧濾波器達(dá)到吸收電網(wǎng)里面的高次諧波的目的[2]。

3 若干無功補(bǔ)償方案的對(duì)比分析

TLFP－1.2型智能動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波設(shè)備的優(yōu)勢(shì)是迅速投切，這種設(shè)備就算在工作過程中沒有電流也不會(huì)產(chǎn)生諧波，可以很好的減小供配電系統(tǒng)損耗，缺點(diǎn)為是一種有級(jí)投切。TLFP－3型有源濾波器的優(yōu)點(diǎn)為高速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，這種濾波設(shè)備不會(huì)和供配電系統(tǒng)出現(xiàn)沖突，因此也就不會(huì)產(chǎn)生諧振濾波，同時(shí)這種設(shè)備也不會(huì)受系統(tǒng)電壓、阻抗以及電流方向等方面的影響，劣勢(shì)是其生產(chǎn)成本較高。LVCA型靜態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)比較明顯，其優(yōu)勢(shì)方面是：制造成本低，劣勢(shì)為不適合負(fù)載快速變化工作狀況對(duì)諧波電流形成放大，會(huì)加大電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，容易使電容器損壞。

4 對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)備的要求

（1）通常情況下根據(jù)目標(biāo)功率因數(shù)、自然功率因數(shù)、負(fù)載屬性以及配電電壓容量等眾多因素確定補(bǔ)償電容器的容量。值得注意是，如果無功補(bǔ)償?shù)膮^(qū)域存在諧波，則需要做好電抗器串聯(lián)工作，產(chǎn)生協(xié)調(diào)支路，這樣能夠?qū)⒀a(bǔ)償位置的諧波消除[3]。

為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性以及安全性，需要做好無功就地平衡工作，在最近的位置進(jìn)行無功補(bǔ)償。通常采用在距離損耗最小的位置安裝無功補(bǔ)償裝置，根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件以及技術(shù)要求等，確定采用哪種無功補(bǔ)償裝置，如就地設(shè)置、集中設(shè)置等方式。

（2）電容器投切的物理量主要包括以下幾種部分：無功功率、無功電流以及功率因數(shù)，將無功功率物理量轉(zhuǎn)變?yōu)閰?shù)物理量，這樣可以防止系統(tǒng)輕載狀態(tài)下出現(xiàn)投切振蕩的現(xiàn)象，同時(shí)能夠避免無功倒送和過補(bǔ)償?shù)那闆r發(fā)生。

（3）投電容器的切開關(guān)和分擔(dān)方式，一般采用循環(huán)投放、等容量分組的方式，并且采用按比例分配的方式進(jìn)行電容器容量分組，無法達(dá)到合理補(bǔ)償無功功率的效果。無功需求量的投切，需要根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行所需的無功功率需求量來確定，通常采用模糊投切的方式，該種方式具有跟蹤準(zhǔn)確度高、調(diào)節(jié)順暢性好以及適應(yīng)面廣等眾多優(yōu)點(diǎn)。一般我們?cè)陔娏ο到y(tǒng)實(shí)際工作、控制的情況下，電壓相對(duì)比較低時(shí)選擇多分開關(guān)的原因是它擁有過零投切的作用[4]。可以把投入的涌流控制在不超過5%Ic，在這樣的電力系統(tǒng)狀態(tài)下，如果去除電容，也不會(huì)出現(xiàn)過壓情況，設(shè)備運(yùn)行安全性好、穩(wěn)定性高，有效的延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。電源試點(diǎn)的高壓真空接觸器通常采用同步切除電容器的方法，防止電力系統(tǒng)重新合閘過程中出現(xiàn)電容器無法斷開的情況，導(dǎo)致無功潮流變化，對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響[5]。

5 有源濾波器

在電力網(wǎng)絡(luò)里面加入非線性電壓、電流特殊性質(zhì)的電器設(shè)備數(shù)目正在持續(xù)增多，并且這樣的電器設(shè)備形成的諧波電流在電力網(wǎng)絡(luò)阻抗上形成電壓并且同時(shí)會(huì)和基波電壓相互疊加造成電壓發(fā)生畸變；在這種情況之下就會(huì)導(dǎo)致和電力網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)的電器設(shè)備，例如：電動(dòng)機(jī)、變壓器、電容器、開關(guān)、電子設(shè)備以及控制系統(tǒng)的誤動(dòng)作，還會(huì)使電纜過熱、電氣設(shè)備產(chǎn)生噪聲。要解決這種情況下產(chǎn)生的諧波就科學(xué)合理的辦法就是使用有源濾波器。

5.1 有源濾波器具有的特殊屬性

首先與其它濾波設(shè)備相比有源濾波器具有非常優(yōu)異的限額動(dòng)態(tài)性能，在運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于10毫秒。有源濾波器諧波消除后，并在無功功率補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)下進(jìn)行工作，功率因數(shù)能夠約等于1。有源濾波器在并聯(lián)狀態(tài)下，具有非常寬的功率范圍，具有非常好的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，有源濾波器三項(xiàng)補(bǔ)償?shù)闹C波電流可以同時(shí)進(jìn)行2-60次諧波過濾[6]。

5.2 有源濾波器的運(yùn)行原理

一般有源濾波器的開關(guān)合閘之后，其第一時(shí)間就會(huì)利用有限電流電阻為電容提供電能，這樣能夠?qū)ν娺^程中形成的瞬間沖擊電流進(jìn)行有效約束。若電容的電壓上升至額定值，接觸器將會(huì)自動(dòng)調(diào)整至閉合狀態(tài)，此時(shí)有源濾波器啟動(dòng)。電容器作為儲(chǔ)存能量的一種電氣元件，其在運(yùn)行的過程中通過內(nèi)部的電抗器和IGBT逆變器對(duì)外輸出補(bǔ)償電流，為有源濾波器提供電能。此時(shí)，電容器通過電源板為監(jiān)測(cè)裝置、控制裝置供給電能。有源濾波器通過借助外部CT對(duì)負(fù)載電流進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，并將測(cè)量的信息傳遞至信號(hào)板，由控制板完成諧波電流補(bǔ)償與電流計(jì)算工作。此外，將產(chǎn)生的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳遞至驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行下一步處理。然后驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)逆變器的IGBT就能夠進(jìn)一步把所要需用的補(bǔ)償送到電力網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)濾波的作用[7]。

5.3 產(chǎn)品特點(diǎn)與功能

XDAPF3L系列：第一，這個(gè)產(chǎn)品型號(hào)能夠同時(shí)濾除2至60次的諧波電流；第二，IGBT高速開關(guān)，（就是指20KHz），能夠在極短的時(shí)間內(nèi)濾除諧波；第三，這種濾波器對(duì)于輸出電流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間不會(huì)超過10ms；第四，其可以自動(dòng)限流于額定電流；第五，這個(gè)產(chǎn)品既能夠?yàn)V波同時(shí)也能夠補(bǔ)償基波無功；第六，設(shè)計(jì)與選擇型號(hào)非常容易，僅僅需要測(cè)量負(fù)載電流的大?。坏谄?，其最大的亮點(diǎn)在于能夠多臺(tái)設(shè)備（但是不能超過十臺(tái)）并聯(lián)工作運(yùn)行，非常方便擴(kuò)增容量；第八，它是漢字液晶面板，易于相關(guān)的工作人員進(jìn)行操控；最后一個(gè)功能就是能夠完成遠(yuǎn)距離的監(jiān)測(cè)和控制。

XDAPF4L系列：第一，這個(gè)產(chǎn)品型號(hào)能夠同時(shí)濾除2至25次范圍內(nèi)的所有或者也可以是選型次數(shù)諧波電流；第二；IGBT高速開關(guān)（這里指的是10KHz），也能夠在很短的時(shí)間之內(nèi)濾除諧波；第三，這個(gè)產(chǎn)品系列可以很有效地解決由三次諧波形成的中性電流；第四；其中線濾波效率是相線濾波速度的三倍；第五，它的輸出電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間不超過10ms；第六，其也能夠自動(dòng)限流于額定電流；第七，既能夠?yàn)V波同時(shí)也可以補(bǔ)償基波無功[8]；第八，這個(gè)產(chǎn)品系列能夠多個(gè)設(shè)備（不能超過三臺(tái)）并聯(lián)運(yùn)行，易于擴(kuò)增容量，其余特點(diǎn)功能與XDAPF3L相同。

結(jié)語

隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)節(jié)能減排的要求也越來越高，本文主要是通過對(duì)現(xiàn)階段電網(wǎng)里面最經(jīng)常見的諧波危害產(chǎn)生的電網(wǎng)電壓、電流明顯畸變，功率因素下降等問題的分析，并提出了幾種現(xiàn)如今常見的無功補(bǔ)償方式進(jìn)行有效的克服。希望能對(duì)用戶在使用前有一定的參考價(jià)值。