有源(yuan)濾波器(qi)在低壓(ya)配(pei)電網(wang)絡中的應用(yong)

摘(zhai)要：本文(wen)介紹(shao)了(le)有源(yuan)濾波器(qi)在低壓(ya)配(pei)電網(wang)絡中的應用(yong)，通(tong)過實(shi)時監(jian)測供(gong)電線路中(zhong)變(bian)頻器、變(bian)速(su)傳動(dong)裝置、各(ge)種(zhong)直流(liu)電源(yuan)等(deng)設備(bei)產生的高次(ci)諧波(bo)，動(dong)態抑制高次(ci)諧波(bo)，消(xiao)除(chu)諧波(bo)電(dian)流(liu)對供電(dian)網絡(luo)中(zhong)設備的危(wei)害(hai),降低能源(yuan)的浪費(fei),提(ti)高供(gong)電(dian)質(zhi)量，保(bao)證供(gong)電(dian)設(she)備及用(yong)電設(she)備的安全(quan)運(yun)行。

關鍵(jian)詞：配電；諧波(bo)；濾波(bo)；補(bu)償(chang)；有源(yuan)濾波器(qi)

0引言

隨著煙草(cao)行業(ye)的飛速(su)發展(zhan),設(she)備(bei)技術改造接(jie)踵而來，業(ye)內(nei)已開(kai)始(shi)把(ba)節能減(jian)排(pai)作(zuo)為重點工作全面啟(qi)動並實(shi)施(shi)。在(zai)新(xin)完成(cheng)的技術改造項(xiang)目(mu)中(zhong)，控制設備(bei)采(cai)用(yong)了大(da)量的變(bian)頻器設(she)備。但(dan)變(bian)頻器設(she)備的非線(xian)性負載(zai)屬(shu)性會給(gei)生產(chan)配電(dian)電(dian)網系(xi)統中註入(ru)大量的諧波(bo)電(dian)流。諧波(bo)電流(liu)在(zai)電(dian)網(wang)陽抗上產(chan)生的壓降(jiang)，會(hui)使電壓(ya)波形(xing)變(bian)成(cheng)非正(zheng)弦(xian)，造成(cheng)生產(chan)用(yong)電環(huan)境(jing)惡化(hua)，出現變(bian)壓(ya)器溫度升(sheng)高、電(dian)容(rong)補(bu)償(chang)器損(sun)壞,電(dian)纜(lan)發熱絕緣(yuan)下降,自(zi)動(dong)化(hua)生產(chan)線通(tong)訊(xun)網(wang)絡嚴(yan)重受(shou)幹擾(rao)，設(she)備(bei)信(xin)息(xi)記錄和(he)傳輸(shu)數(shu)據不完整(zheng)，數(shu)據丟失(shi)等(deng)故障(zhang)發生。有(you)源(yuan)濾波器(qi)作為在配(pei)電(dian)網(wang)終中(zhong)抑制或消(xiao)除(chu)高次(ci)諧波(bo)的設備(bei)，可以(yi)提(ti)高設(she)備(bei)運(yun)行的可靠(kao)性及企(qi)業(ye)設備的供電(dian)質(zhi)量,減(jian)少因設(she)備誤(wu)動作(zuo)而造成(cheng)的經濟(ji)損失(shi)及諧(xie)波電(dian)流在輸(shu)配(pei)電(dian)線路上產(chan)生的熱損，從(cong)而降低用(yong)電設(she)備發熱，提(ti)高設(she)備(bei)的使用(yong)壽(shou)命並減(jian)少絕緣(yuan)老(lao)化(hua)及設(she)備的維(wei)護(hu)費(fei)用(yong)，可減(jian)少諧波(bo)對系(xi)統信(xin)號傳輸(shu)的影(ying)響，增(zeng)加系統可靠(kao)性和電(dian)網(wang)供電質(zhi)量，保(bao)證供(gong)電(dian)網(wang)絡高效運(yun)行。

1系統介紹(shao)

有源(yuan)電力濾(lv)波器(qi)是壹種(zhong)可動(dong)態抑制諧波(bo)的新(xin)型(xing)電力(li)電(dian)子裝置。其原理是用(yong)補償(chang)裝置產(chan)生壹個(ge)與該(gai)諧(xie)波電流(liu)大小相(xiang)等(deng)而極性相(xiang)反(fan)的補償(chang)電流(liu)抵(di)消(xiao)補(bu)償(chang)對象(xiang)中檢(jian)測出(chu)的諧波(bo)電(dian)流，*終使(shi)電網電流(liu)只(zhi)含(han)基波(bo)分(fen)量(liang)。這(zhe)種(zhong)濾波(bo)器可保(bao)護(hu)補(bu)償(chang)特(te)性不受(shou)電(dian)網阻抗的影(ying)響，並對(dui)頻率(lv)和幅(fu)值(zhi)都(dou)變(bian)化(hua)的諧波(bo)進行(xing)跟蹤(zong)補償(chang)。有源(yuan)電力濾(lv)波器(qi)具備高度可控(kong)性和響(xiang)應(ying)性，其補償(chang)性能優於(yu)傳統方式，能夠克服(fu)無源(yuan)濾波器(qi)的各種(zhong)缺點，具有壹機(ji)多(duo)能的特(te)點,既能補償(chang)各次(ci)諧波(bo)，亦(yi)能抑制閃(shan)變(bian)、補(bu)償(chang)無功(gong)。此(ci)外,還(hai)具(ju)有(you):

(1)自適(shi)應(ying)能力強，可自(zi)動(dong)跟(gen)蹤補(bu)償(chang)頻率(lv)和幅(fu)值(zhi)都(dou)在(zai)變(bian)化(hua)的諧波(bo)，對(dui)補償(chang)對象(xiang)快速(su)響(xiang)應，並實(shi)時動(dong)態補(bu)償(chang)。

(2)可同(tong)時(shi)對諧(xie)波(bo)和(he)無功(gong)電(dian)流(liu)進行(xing)補償(chang)，補償(chang)程度連(lian)續(xu)可調(tiao)。

(3)補償(chang)無功(gong)功(gong)率(lv)時不(bu)需(xu)要(yao)儲能元件，補償(chang)諧波(bo)電流(liu)時所需的儲能元件也不(bu)大(da)。

(4)濾波(bo)特(te)性不受(shou)系(xi)統阻抗的影(ying)響，不(bu)易與系(xi)統阻抗發生諧(xie)振。

2系統工作原理

有源(yuan)電力濾(lv)波器(qi)工作原理如圖(tu)1所示(shi)。

圖(tu)1有源(yuan)濾波器(qi)工作(zuo)原理

先檢(jian)測出(chu)補償(chang)對象(xiang)的電流(liu)瞬(shun)時值，隨(sui)後通(tong)過指(zhi)令電流(liu)運(yun)算電(dian)路得(de)出(chu)諧波(bo)補(bu)償(chang)電流(liu)的指(zhi)令信(xin)號。該(gai)信(xin)號控(kong)制變(bian)流(liu)器產生的補償(chang)電流(liu)可抵(di)消(xiao)負(fu)載(zai)電(dian)流中的諧波(bo)成(cheng)份(fen)及無功(gong)電(dian)流(liu)，*終獲得(de)期(qi)望的電源(yuan)電流。其補償(chang)諧波(bo)的等(deng)效電路圖(tu)如圖(tu)2所示(shi)

圖(tu)2補償(chang)諧波(bo)的等(deng)效電路圖(tu)

從(cong)圖(tu)2中可以(yi)得(de)到(dao)電(dian)網側的諧波(bo)電(dian)流，可用(yong)下式描述:

Ish=ILh-Ich

只要(yao)控(kong)制有源(yuan)電力濾(lv)波器(qi)的輸(shu)出(chu)電(dian)流Ich使(shi)其滿足(zu)Ich=lLh,即(ji)可使(shi)電(dian)網(wang)側的諧波(bo)電(dian)流Ish=0。

3低壓(ya)配(pei)電系(xi)統的安裝與應(ying)用(yong)

本系(xi)統選(xuan)擇(ze)廠(chang)區(qu)內(nei)制絲設(she)備(bei)、空(kong)調(tiao)機(ji)組(zu)、空(kong)壓(ya)機(ji)及(ji)除(chu)塵設(she)備(bei)等(deng)3個(ge)不(bu)同(tong)變(bian)頻負載(zai)用(yong)的變(bian)壓(ya)器作為試驗測試對象(xiang)，在安(an)裝有源(yuan)濾波器(qi)前後(hou)，分別進行(xing)滿載(zai)測試，並詳(xiang)細(xi)記錄相(xiang)關數(shu)據，具體結(jie)果所述如下:

3#2000KVA變(bian)壓(ya)器負載(zai)主要(yao)是制絲車(che)間動(dong)力設備(bei)，由於制絲設(she)備(bei)大(da)量使用(yong)變(bian)頻器,變(bian)頻器作(zuo)為典型(xing)的非線(xian)性負載(zai)，在(zai)工作過(guo)程中同(tong)時(shi)也作(zuo)為諧波(bo)源(yuan),發出了大(da)量的諧波(bo)電(dian)流，導致(zhi)變(bian)壓(ya)器副(fu)邊(bian)側(ce)電(dian)流波形(xing)發生嚴(yan)重畸變(bian)。3#變(bian)壓(ya)器正(zheng)常(chang)運(yun)行負(fu)荷(he)電流(liu)在1270A左(zuo)右(you)，在(zai)設(she)備(bei)正(zheng)常(chang)運(yun)行狀(zhuang)態下測試出5次(ci)諧波(bo)電(dian)流56A,7次(ci)諧波(bo)電(dian)流37A，11次(ci)諧波(bo)電(dian)流30A，電(dian)流(liu)畸變(bian)率(lv)達到(dao)6.5%，總(zong)諧波(bo)電流達到(dao)1270X6.5%=82.55A。從(cong)測試圖(tu)上看(kan)電流(liu)波(bo)形(xing)已(yi)經(jing)出(chu)現嚴(yan)重(zhong)畸變(bian)，電(dian)能質(zhi)量受(shou)到(dao)了(le)非常嚴重(zhong)的影(ying)響,在(zai)變(bian)壓(ya)器副(fu)邊(bian)側(ce)並聯(lian)接(jie)入(ru)壹臺(tai)150A有(you)源(yuan)濾波器(qi)對諧(xie)波進行(xing)集中(zhong)治理。

4#變(bian)壓(ya)器負載(zai)主要(yao)是動(dong)力(li)車間21組(zu)空(kong)調(tiao)機(ji)組(zu)，每(mei)組空(kong)調(tiao)機(ji)組(zu)有(you)2-3臺75kW變(bian)頻器變(bian)賴器(qi)作為典型(xing)的非線(xian)性負載(zai)，在(zai)工作過(guo)程中同(tong)時(shi)也作(zuo)為諧波(bo)源(yuan),發出了大(da)量的諧波(bo)電(dian)流,導致(zhi)變(bian)壓(ya)器副(fu)邊(bian)側(ce)電(dian)流波形(xing)發生嚴(yan)重畸變(bian)。4#變(bian)正(zheng)常(chang)運(yun)行負(fu)荷(he)電流(liu)在880A左(zuo)右(you)，在(zai)設(she)備(bei)正(zheng)常(chang)運(yun)行狀(zhuang)態下測試,5次(ci)諧波(bo)電(dian)流高達(da)185A,7次(ci)諧波(bo)達(da)到(dao)71A，11次(ci)諧波(bo)達(da)到(dao)37A，13次(ci)諧波(bo)達(da)到(dao)18A、19次(ci)諧波(bo)達(da)到(dao)14A23次(ci)諧波(bo)達(da)到(dao)24A，電(dian)流畸變(bian)率(lv)達到(dao)23.7%，總(zong)諧波(bo)電流達到(dao)880X23.7%=208.56A。從(cong)測試圖(tu)上看(kan)電流(liu)波(bo)形(xing)已(yi)經(jing)出(chu)現嚴(yan)重(zhong)畸變(bian),電(dian)能質(zhi)量受(shou)到(dao)了(le)非常嚴重(zhong)的影(ying)響，在(zai)變(bian)壓(ya)器副(fu)邊(bian)側(ce)並聯(lian)接(jie)入(ru)兩臺150A有源(yuan)濾波裝置對(dui)諧波(bo)進行(xing)集中(zhong)治理。

6#變(bian)壓(ya)器負載(zai)主要(yao)是動(dong)力(li)車間的4臺空(kong)壓(ya)機(ji)、2臺(tai)真(zhen)空(kong)泵(beng)及(ji)除(chu)塵系(xi)統，這(zhe)些設(she)備使用(yong)了大(da)功(gong)率(lv)變(bian)頻器。變(bian)頻器作(zuo)為典型(xing)的非線(xian)性負載(zai)，在(zai)工作過(guo)程中同(tong)時(shi)也是諧(xie)波(bo)源(yuan)，發出了大(da)量的諧波(bo)電(dian)流，導致(zhi)變(bian)壓(ya)器副(fu)邊(bian)側(ce)電(dian)流波形(xing)發生嚴(yan)重奇(qi)變(bian)。6#變(bian)運(yun)行負(fu)荷(he)電流(liu)在1800A左(zuo)右(you)，在(zai)設(she)備(bei)正(zheng)常(chang)運(yun)行狀(zhuang)態下測試,5次(ci)諧波(bo)達(da)到(dao)223A、7次(ci)諧波(bo)達(da)到(dao)73A、11次(ci)諧波(bo)達(da)到(dao)49、13次(ci)諧波(bo)達(da)到(dao)22A、17次(ci)諧波(bo)達(da)到(dao)23A，電(dian)流畸變(bian)率(lv)達到(dao)13.5%，總(zong)諧波(bo)電流達到(dao)1800X13.5%=243A從(cong)測試圖(tu)上看(kan)電流(liu)波(bo)形(xing)已(yi)經(jing)出(chu)現嚴(yan)重(zhong)踏(ta)變(bian)，電(dian)能質(zhi)量受(shou)到(dao)了(le)非常嚴重(zhong)的影(ying)響,在(zai)變(bian)壓(ya)器副(fu)邊(bian)制並聯(lian)接(jie)入(ru)2臺150A有源(yuan)濾波裝置對(dui)諧波(bo)進行(xing)集中(zhong)治理。

詳見對3#2000kVA變(bian)壓(ya)器低壓(ya)線(xian)制補償(chang)前與補(bu)償(chang)後測試數(shu)據的對比(bi)圖(tu)，見圖(tu)3。

圖(tu)13#2000KVA變(bian)壓(ya)器低壓(ya)出(chu)線側(ce)補償(chang)前

的諧波(bo)電(dian)流、諧波(bo)電壓(ya)及(ji)波(bo)形(xing)圖(tu)

圖(tu)33#2000KVA變(bian)壓(ya)器低壓(ya)出(chu)線側(ce)補償(chang)後的

諧波(bo)電(dian)流(liu)、諧(xie)波電壓及波形(xing)圖(tu)

4數(shu)據分析

(1)3#2000kVA變(bian)壓(ya)器補償(chang)前的電流(liu)畸變(bian)率(lv)(THDI)平(ping)均為6.5%,補償(chang)以(yi)後降為2.2%,電壓(ya)畸變(bian)率(lv)(THDU)為2.4%,補償(chang)後降(jiang)為1.6%，電流(liu)波(bo)形(xing)補(bu)償(chang)前後(hou)有明(ming)顯變(bian)化(hua)，波形(xing)正(zheng)弦(xian)化(hua)。諧波(bo)電流(liu)補償(chang)率(lv)為87.26%，總(zong)補償(chang)效果超出75%。補償(chang)後總(zong)電流(liu)有明顯下降，補(bu)償(chang)效果比(bi)較(jiao)理想(xiang)。

(2)4#2000kVA變(bian)壓(ya)器補償(chang)前的電流(liu)畸變(bian)率(lv)(THDI)平(ping)均為23.7%,補償(chang)以(yi)後降為6.4%電壓(ya)畸變(bian)率(lv)(THDU)為4.9%,補償(chang)後降(jiang)為3.0%,電流(liu)波(bo)形(xing)補(bu)償(chang)前後(hou)有明(ming)顯變(bian)化(hua),波形(xing)接(jie)近(jin)正(zheng)弦(xian)。諧波(bo)電流補償(chang)率(lv)為84.92%，總(zong)補償(chang)效果超出75%。補償(chang)後總(zong)電流(liu)有明顯下降，總(zong)的補償(chang)效果比(bi)較(jiao)理想(xiang)。

(3)6#2000kVA變(bian)壓(ya)器補償(chang)前的電流(liu)畸變(bian)率(lv)(THDI)平(ping)均為13.5%,補償(chang)以(yi)後降為2.9%，電壓(ya)畸變(bian)率(lv)(THDU)為3.3%,補償(chang)後降(jiang)為1.7%,電流(liu)波(bo)形(xing)補(bu)償(chang)前後(hou)有明(ming)顯變(bian)化(hua)，波形(xing)接(jie)近(jin)正(zheng)弦(xian)。諧波(bo)電流補償(chang)率(lv)為87.71%,總(zong)補償(chang)效果超出75%。補償(chang)後總(zong)電流(liu)有明顯下降，總(zong)的補償(chang)效果比(bi)較(jiao)理想(xiang)。

(4)系統諧波得(de)到(dao)了(le)有效的降低，波(bo)形(xing)全(quan)部均可得(de)到(dao)明(ming)顯改善(shan)。在(zai)設備容量(liang)之(zhi)內(nei)補償(chang)率(lv)大於(yu)75%;當超出設備(bei)補償(chang)容量(liang)時，設(she)備按*大(da)輸(shu)出(chu)能力補償(chang)。變(bian)壓(ya)器電流(liu)畸變(bian)率(lv)降低到(dao)了(le)6.5%以(yi)下，電能質(zhi)量會(hui)得(de)到(dao)有(you)效的提(ti)高。

(5)電能消(xiao)耗(hao)得(de)到(dao)有(you)效的節約和控制，經過(guo)諧(xie)波(bo)治理，電(dian)能消(xiao)耗(hao)可以(yi)得(de)到(dao)節約和控制，設備(bei)運(yun)行總(zong)電流(liu)得(de)到(dao)下降,節約能耗在10%以(yi)上。

5安科瑞APF有(you)源(yuan)濾波器(qi)產品(pin)選(xuan)型(xing)

5.1產品(pin)特(te)點

(1)DSP+FPGA控制方式，響應(ying)時(shi)間短，全(quan)數(shu)字控(kong)制算法(fa)，運(yun)行穩(wen)定(ding)；

(2)壹機(ji)多(duo)能，既可補(bu)諧(xie)波(bo)，又可兼(jian)補(bu)無功(gong)，可對(dui)2～51次(ci)諧波(bo)進行(xing)全補(bu)償(chang)或特(te)定次(ci)諧波(bo)進行(xing)補償(chang)；

(3)具有(you)完善(shan)的橋(qiao)臂(bi)過流保護(hu)、直(zhi)流(liu)過壓(ya)保護(hu)、裝置過(guo)溫保(bao)護(hu)功(gong)能；

(4)模(mo)塊(kuai)化(hua)設計，體積小(xiao)，安(an)裝便利(li)，方便(bian)擴容；

(5)采用(yong)7英寸(cun)大(da)屏幕彩色觸(chu)摸(mo)屏以(yi)實(shi)現參數(shu)設(she)置(zhi)和(he)控(kong)制，使用(yong)方便(bian)，易於(yu)操(cao)作和(he)維(wei)護(hu)；

(6)輸(shu)出(chu)端(duan)加裝濾波(bo)裝置，降(jiang)低高頻紋(wen)波對電(dian)力系(xi)統的影(ying)響；

(7)多機(ji)並聯(lian)，達(da)到(dao)較(jiao)高的電流(liu)輸(shu)出(chu)等(deng)級(ji)；

5.2型(xing)號說(shuo)明(ming)

5.3尺(chi)寸(cun)說(shuo)明(ming)

5.4產品(pin)實(shi)物展(zhan)示(shi)

ANAPF有源(yuan)濾波器(qi)

6安科瑞智(zhi)能電容器產(chan)品(pin)選(xuan)型(xing)

6.1產品(pin)概述

AZC/AZCL系列智(zhi)能電容器是應(ying)用(yong)於0.4kV、50Hz低壓(ya)配(pei)電中(zhong)用(yong)於節省(sheng)能源(yuan)、降低線(xian)損(sun)、提(ti)高功(gong)率(lv)因數(shu)和(he)電(dian)能質(zhi)量的新(xin)壹代(dai)無功(gong)補(bu)償(chang)設備(bei)。它由智(zhi)能測控(kong)單元，晶(jing)閘(zha)管(guan)復合(he)開(kai)關電路，線(xian)路保(bao)護(hu)單元，兩(liang)臺(tai)共補或壹臺(tai)分(fen)補低壓(ya)電(dian)力電(dian)容器構(gou)成(cheng)。可替(ti)代(dai)常(chang)規(gui)由熔絲、復合(he)開(kai)關或機(ji)械式接(jie)觸(chu)器(qi)、熱繼電(dian)器(qi)、低壓(ya)電(dian)力電(dian)容器、指(zhi)示(shi)燈(deng)等(deng)散件(jian)在櫃內和櫃面由導線連(lian)接(jie)而組成(cheng)的自動(dong)無功(gong)補(bu)償(chang)裝置。具(ju)有體積更(geng)小(xiao)，功(gong)耗(hao)更(geng)低，維(wei)護(hu)方(fang)便(bian)，使(shi)用(yong)壽(shou)命長(chang)，可靠(kao)性高的特(te)點，適應現代(dai)電(dian)網(wang)對無功(gong)補(bu)償(chang)的更高要(yao)求(qiu)。

AZC/AZCL系列智(zhi)能電容器采(cai)用(yong)定式LCD液晶(jing)顯(xian)示(shi)器(qi)，可顯(xian)示(shi)三相(xiang)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)、三相(xiang)母(mu)線(xian)電(dian)流(liu)、三相(xiang)功(gong)率(lv)因數(shu)、頻率(lv)、電容(rong)器(qi)路數(shu)及(ji)投切狀(zhuang)態、有(you)功(gong)功(gong)率(lv)、無功(gong)功(gong)率(lv)、諧波(bo)電(dian)壓(ya)總(zong)畸變(bian)率(lv)、電容(rong)器(qi)溫(wen)度等(deng)。通(tong)過內(nei)部晶閘(zha)管(guan)復合(he)開(kai)關電路，自(zi)動(dong)尋找(zhao)適宜投入(ru)（切除(chu)）點，實(shi)現過(guo)零(ling)投切，具有過壓(ya)保(bao)護、缺相(xiang)保(bao)護、過諧保(bao)護(hu)、過(guo)溫保(bao)護等(deng)保護(hu)功(gong)能。

6.2型(xing)號說(shuo)明(ming)

AZC系列智(zhi)能電容器選(xuan)型(xing)：

AZCL系列智(zhi)能電容器選(xuan)型(xing)：

6.3產品(pin)實(shi)物展(zhan)示(shi)

AZC系列智(zhi)能電容模(mo)塊(kuai)AZCL系(xi)列智(zhi)能電容模(mo)塊(kuai)

安科瑞無功(gong)補(bu)償(chang)裝置智(zhi)能電容方案(an)

7結(jie)束語(yu)

經過(guo)諧(xie)波(bo)治(zhi)理後(hou)，電能質(zhi)量得(de)到(dao)提(ti)高，用(yong)電環(huan)境(jing)得(de)到(dao)明(ming)顯改善(shan)，諧(xie)波電流在(zai)輸(shu)配(pei)電(dian)線路及(ji)設(she)備上產(chan)生的熱損失(shi)減(jian)少,絕緣(yuan)老(lao)化(hua)程度降低，設(she)備(bei)的維(wei)護(hu)費(fei)用(yong)減(jian)少，設備(bei)的使用(yong)壽(shou)命延(yan)長，生產(chan)效率(lv)得(de)到(dao)提(ti)高。同(tong)時(shi)抑制了諧(xie)波(bo)對(dui)信(xin)息(xi)化(hua)管(guan)理底(di)層(ceng)自控(kong)網(wang)絡的幹擾(rao)，增(zeng)加了信(xin)息(xi)化(hua)管(guan)理系(xi)統的穩(wen)定(ding)可靠(kao)性運(yun)行,綜(zong)合(he)經濟(ji)效益(yi)顯(xian)著(zhu)，對(dui)企業高效快速(su)發展(zhan)有(you)著非常(chang)重(zhong)要的意(yi)義(yi)。