安科瑞 王長(zhǎng)幸
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405
摘要：文章針對(duì)變頻器這一典型諧波源設(shè)備，從變頻器的工作原理入手，分析了變頻器產(chǎn)生諧波的原因及危害，并對(duì)某汽車配件公司的電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行測(cè)量并提出治理方案，以減少諧波對(duì)電網(wǎng)負(fù)載的影響，提高供電質(zhì)量。
1、諧波的產(chǎn)生及危害
隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器在工業(yè)調(diào)速傳動(dòng)、電力電子系統(tǒng)等領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛，變頻器產(chǎn)生的高次諧波對(duì)公用電網(wǎng)的危害也日益嚴(yán)重。
變頻器是把工頻（50Hz）變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行的設(shè)備。由于其整流逆變電路的開(kāi)關(guān)特性，對(duì)電網(wǎng)形成了一個(gè)典型的非線性負(fù)載，當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不成線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。
諧波的危害主要包括：①增加輸電、供電和用電設(shè)備的額外附加損耗，使設(shè)備的溫度過(guò)高甚至發(fā)生火災(zāi)，降低利用率；②與補(bǔ)償電容器發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，放大諧波電流，引起嚴(yán)重事故；③影響用電設(shè)備正常工作，使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱和噪聲，使絕緣老化，壽命縮短以至損壞等；④對(duì)鄰近的通訊系統(tǒng)工作產(chǎn)生干擾；⑤影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的工作可靠性。
2、諧波的治理措施
針對(duì)某汽車配件這一典型的使用變頻器較多的行業(yè)，在改善電能質(zhì)量方面通常采用的方法是在變壓器出線側(cè)加裝諧波濾除裝置進(jìn)行集中治理。有源電力濾波器通過(guò)并聯(lián)的方式連接到系統(tǒng)，再通過(guò)CT實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)諧波電流，控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量和角度，產(chǎn)生諧波指令電流，通過(guò)功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等、方向相反的補(bǔ)償電流分量，注入到電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。圖1 為安科瑞有源電力濾波器原理圖。
圖1 ANAPF有源電力濾波器原理圖
并聯(lián)型有源濾波器特性不受系統(tǒng)阻抗影響，不會(huì)與電網(wǎng)發(fā)生諧振，并具有高度可控性和快速跟蹤性，可以適應(yīng)多臺(tái)變頻器不同步運(yùn)行的復(fù)雜工況；可以同時(shí)補(bǔ)償各次諧波電流，保障了良好的濾波效果；可以在濾除諧波的同時(shí)兼補(bǔ)無(wú)功，也可以對(duì)系統(tǒng)中所有負(fù)載進(jìn)行集中治理，性價(jià)比比較高。
3、并聯(lián)型有源濾波器的應(yīng)用
3.1 項(xiàng)目背景
汽車配件行業(yè)有一類為對(duì)汽車零部件進(jìn)行冷鍛、溫鍛、熱鍛及精機(jī)加工，主要負(fù)載為變頻器等非線性負(fù)載，在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量以5次、7次為主的諧波并注入系統(tǒng)中，如果不進(jìn)行諧波治理，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的污染，也會(huì)影響其他設(shè)備的正常工作，比如當(dāng)負(fù)載突然變化時(shí)，配電柜中框架斷路器會(huì)產(chǎn)生很大噪音；諧波嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致母排成套設(shè)備損壞，影響配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
3.2 解決方案
變壓器出線側(cè)裝有1臺(tái)ANAPF，采用集中治理方案，自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，保障配電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。圖2/3分別為變壓器下的負(fù)載正常工作時(shí)有源電力濾波器運(yùn)行前后的各次諧波數(shù)據(jù)圖，表一為運(yùn)行前后的電網(wǎng)電能參數(shù)對(duì)比數(shù)據(jù)。
圖2 治理前數(shù)據(jù)
圖3 治理后數(shù)據(jù)
表一 ANAPF200-380/BGL運(yùn)行前后效果對(duì)比
變壓器諧波情況由表一可以看出，諧波以5次、7次為主，分別為47A、49A，在有源濾波裝置投入運(yùn)行后電網(wǎng)側(cè)5、7、11次諧波減小為、8A、3A，各次諧波電流明顯降低，提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，收到了良好的運(yùn)行效果。
4、安科瑞有源電力濾波器介紹
4.1 主要技術(shù)參數(shù)
4.2 產(chǎn)品特點(diǎn)
● DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有極快的響應(yīng)時(shí)間，先進(jìn)的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ雀摺⑦\(yùn)行更穩(wěn)定；
● 一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無(wú)功，可對(duì)2～51次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償；
● 具有完善的橋臂過(guò)流保護(hù)、直流過(guò)壓保護(hù)、裝置過(guò)溫保護(hù)功能；
● 模塊化設(shè)計(jì)，體積小，安裝便利，方便擴(kuò)容，可滿足不同工況的需求；
● 采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，使用方便，易于操作和維護(hù)；
● 輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對(duì)電力系統(tǒng)的影響；
● 多機(jī)并聯(lián)，達(dá)到較高的電流輸出等級(jí)；
● 擁有自主技術(shù)。
5、結(jié)論
并聯(lián)有源濾波裝置針對(duì)變頻器類諧波源的治理效果具體體現(xiàn)為消除諧波電流、降低電氣故障率、提高設(shè)備的使用壽命和性能等。本文在介紹變頻器這一典型諧波源的產(chǎn)生原理及危害的基礎(chǔ)上，分析某汽車配件應(yīng)用案例，并對(duì)比分析了ANAPF低壓有源濾波器投入運(yùn)行前后的數(shù)據(jù)，可以看出在使用過(guò)后各次諧波得到了明顯的下降，滿足行業(yè)需求，提升電能質(zhì)量，改善用電環(huán)境，為電力系統(tǒng)保駕護(hù)航。
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