有源電力濾波器在沈陽(yáng)卷煙廠諧波治理中的研究與應(yīng)用

王銘峣 葛權(quán)慶 伊凡 韓剛

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)設(shè)備大量的投入，這些設(shè)備往往具有非線性的屬性，因此會(huì)引起諧波的產(chǎn)生，這將嚴(yán)重影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。本文針對(duì)沈陽(yáng)卷煙廠內(nèi)的各種非線性大負(fù)荷設(shè)備的應(yīng)用，導(dǎo)致電網(wǎng)的波形發(fā)生畸變的問(wèn)題，提出了對(duì)有源濾波器的延時(shí)補(bǔ)償?shù)姆椒?，有效提了補(bǔ)償?shù)木?，提高了電能的質(zhì)量。

近年來(lái)，我國(guó)的輕、重工業(yè)的快速發(fā)展，使得大量的電氣設(shè)備的投入和使用，由于電力電子設(shè)備通常具有非線性的特點(diǎn)，導(dǎo)致了大量的諧波在電網(wǎng)中出現(xiàn)，影響了網(wǎng)絡(luò)的電壓和電流的波形。諧波對(duì)于用戶會(huì)產(chǎn)生很大的危害，尤其是相對(duì)敏感的電氣設(shè)備，導(dǎo)致這些設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行影響其工作的狀態(tài)。在電網(wǎng)中，諧波的存在實(shí)際上是對(duì)電網(wǎng)電能的一種污染，治理和消除諧波是電氣領(lǐng)域的重要研究方向。變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，在電能的分配和輸送中必須保證其運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)變電站內(nèi)的諧波分量嚴(yán)重時(shí)會(huì)給電氣設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重影響，因此站內(nèi)的諧波治理是需要解決的重要問(wèn)題。

1沈陽(yáng)卷煙廠諧波現(xiàn)狀分析

基于生產(chǎn)的需要，沈陽(yáng)卷煙廠內(nèi)部安裝使用了大量的非線性性質(zhì)的負(fù)荷設(shè)備，這些設(shè)備對(duì)廠內(nèi)的電壓和電流的波形產(chǎn)生畸變，從而會(huì)影響了電能的質(zhì)量和卷煙廠內(nèi)部的生產(chǎn)生活。為了抑制和消除這些諧波，需要對(duì)廠內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行定期的檢測(cè)和分析，找出諧波的問(wèn)題所在，然后采取相關(guān)的措施進(jìn)行治理。

卷煙廠內(nèi)用電系統(tǒng)有兩條線路，煙草I線帶有10kV/0.4kV的廠變和10kV/1kV/1kV的爐變，在廠變下分別帶有制冷機(jī)、空壓機(jī)以及水泵電機(jī)，在爐變下帶有中頻爐;煙草II線下也帶有10kV/0.4kV的廠變和10kV/1kV/1kV的爐變，廠變下則帶起重機(jī)、工藝空調(diào)以及除塵風(fēng)機(jī)，而爐變帶有兩臺(tái)中頻爐。

在諧波電壓的含量分析中，電壓的畸變程度較為嚴(yán)重，其中7次、11次、12次、13次以及18次諧波電壓的畸變率都超出了國(guó)際允許標(biāo)準(zhǔn)，總的電壓畸變率也遠(yuǎn)超國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)并網(wǎng)將會(huì)嚴(yán)重污染電網(wǎng)中的電能質(zhì)量。這些電能流入電網(wǎng)中必將對(duì)電網(wǎng)造成污染，為此急需對(duì)該煙廠的諧波進(jìn)行治理。在初期廠內(nèi)主要通過(guò)無(wú)源電力濾波器來(lái)濾除諧波，但是這種裝置的動(dòng)態(tài)性能較差，只能對(duì)固定范圍內(nèi)的諧波進(jìn)行補(bǔ)償，在廠內(nèi)運(yùn)行環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致諧振現(xiàn)象發(fā)生，使得諧波電流被放大，進(jìn)一步降低電能的質(zhì)量。而有源電力濾波器是目前諧波治理最有效的手段之一，這種裝置具有良好的動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)還能對(duì)廠內(nèi)的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，為此本文將選擇這種裝置來(lái)治理廠內(nèi)的諧波。

2有源電力濾波器的基本結(jié)構(gòu)

APF的整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，圖中利用不可控整流電路來(lái)代替非線性電力設(shè)備，將APF并接在電源和非線性負(fù)載之間，此時(shí)APF將會(huì)對(duì)非線性側(cè)的負(fù)載電流進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)指令電流控制電路生成相應(yīng)的指令電流，在跟蹤電路的作用下生成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)變流器動(dòng)作，產(chǎn)生需要的補(bǔ)償電流，注入電網(wǎng)中，消除電網(wǎng)中的諧波電流。

3 APF的延時(shí)研究與校正與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

有源濾波器在應(yīng)用的過(guò)程中會(huì)存在一定的延時(shí)問(wèn)題，為了提高精度，我們采用對(duì)其補(bǔ)償?shù)姆椒?。首先，?duì)低通濾波器進(jìn)的工作特性和產(chǎn)生的時(shí)延進(jìn)行一定的分析研究，進(jìn)而提出采用跟蹤微分器的方法對(duì)低通濾波器進(jìn)行一定的補(bǔ)償過(guò)程。通過(guò)該過(guò)程，提高補(bǔ)償電流的精度;其次對(duì)數(shù)字控制過(guò)程的時(shí)延進(jìn)行分析研究，提出采用重復(fù)控制的方法進(jìn)行數(shù)字時(shí)延補(bǔ)償。綜上是對(duì)精度補(bǔ)償?shù)幕舅悸泛头椒ā?/p>

為了檢驗(yàn)改進(jìn)算法的有效性，需要進(jìn)一步的驗(yàn)證。通過(guò)常規(guī)的建立模型和仿真的方法進(jìn)行驗(yàn)證。在模型中，采用工頻三相電源，負(fù)載采用非線性的不可控的三相整流電路在直流側(cè)電壓閉環(huán)控制中，設(shè)置一定的比例系數(shù)和積分系數(shù)，仿真電路圖如圖3所示。

未治理前的負(fù)載電流分析中，諧波電流的畸變率高達(dá)25.7%，通過(guò)補(bǔ)償后的電流波形大大降低了畸變率，波形變得光滑，接近正弦波，畸變率在3%左右，因此，采用的治理方案具有一定的合理性和正確性。

4總結(jié)

通過(guò)對(duì)卷煙廠內(nèi)部的參數(shù)的分析，提出了有源濾波器的方法對(duì)諧波進(jìn)行治理和無(wú)功補(bǔ)償?shù)拇胧?，使得電能的質(zhì)量得以提高，降低了能量的消耗和煙廠的成本，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)也具有一定的社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)公司和客戶的雙贏，促進(jìn)了地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。同時(shí)對(duì)保護(hù)電網(wǎng)綠色環(huán)境，促進(jìn)綠色電網(wǎng)發(fā)展起到了良好的作用

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王銘峣，男，2002.5月，遼寧盤錦，本科，沈陽(yáng)工程學(xué)院電力學(xué)院，電氣工程及其自動(dòng)化