簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

對三次諧波治理的合理建議

       對于單相整流電路非線性負(fù)荷而言，傳統(tǒng)的無源濾波器并不適用。這主要是由于其濾波效果較差，同時(shí)還會生成較大容性無功，而這部分容性無功既是非線性負(fù)荷不會用到的，也是整體電網(wǎng)所不需要的。因此，有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)采用有源濾波器進(jìn)行治理。在單獨(dú)使用此類濾波器對線路中諧波電流進(jìn)行檢測的時(shí)候，能夠生成將其抵消的補(bǔ)償類電流。然而從整體效果上來看，此類濾波器只能夠確保安裝部位上游的諧波電流變小，卻不能對下游線路產(chǎn)生效果。所以，當(dāng)對上述特征加以了解后，便能夠針對性地處理三次諧波污染，即將有源的濾波器安裝到存在三次諧波的下游線路中。除此之外，經(jīng)過多年實(shí)踐可知，當(dāng)濾波器距離三次諧波電流源頭越近，其防治的效果越好。與此同時(shí)，若三次諧波的過濾器為并聯(lián)形式，也能夠降低三次諧波的電壓，所以，將三次諧波的濾波器并聯(lián)于非線性的負(fù)荷比較大供電點(diǎn)處時(shí)，能夠?qū)⑷沃C波影響的危害控制在較低。

1、諧波治理整體解決方案

（1）有源電力濾波器的工作原理

       有源電力濾波器的工作原理如圖1所示，主要由負(fù)載電流分離、指令電流調(diào)節(jié)、輸出電流控制、驅(qū)動(dòng)電路以及主電路組成。它采用電流型變流器，經(jīng)連接電抗器接入系統(tǒng)，通過調(diào)整交流側(cè)逆變輸出電壓的瞬時(shí)幅值與相位，或直接控制交流側(cè)輸出電流，使裝置發(fā)出或吸收寬頻譜無功功率。基于電力電子的有源電力濾波器裝置并聯(lián)于電網(wǎng)中，相當(dāng)于一個(gè)可控的無功及諧波電流源，其無功及諧波電流可以快速地跟隨負(fù)荷無功電流的變化而變化，自動(dòng)補(bǔ)償電網(wǎng)系統(tǒng)所需無功及諧波，并且可以實(shí)現(xiàn)從感性無功到容性無功的全范圍補(bǔ)償，同時(shí)對電網(wǎng)電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定調(diào)節(jié)。

圖1 有源電力濾波器工作原理圖

（2）有源電力濾波器的工作原理

       有源電力濾波器采用模塊化插拔式設(shè)計(jì)，集三相不平衡治理、諧波抑制和無功補(bǔ)償功能為一體，方便運(yùn)維人員安裝拆卸，同時(shí)也方便將來用電負(fù)荷發(fā)生變化擴(kuò)展補(bǔ)償容量。

       該有源濾波裝置主要特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：

       1）補(bǔ)償方式靈活：既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功，可對2-51次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)可治理三相不平衡問題；

       2）線性補(bǔ)償，全響應(yīng)時(shí)間≤5ms；

       3）具有人性化的人機(jī)交互界面，可通過該界面看到系統(tǒng)和本體的實(shí)時(shí)電能質(zhì)量信息，操作簡單，可以遠(yuǎn)控，也可以本控；

       4）采用DSP高速檢測和運(yùn)算的數(shù)字控制系統(tǒng)和進(jìn)口IGBT，功率密度大，可靠性高；

       5）監(jiān)控以及顯示具備遠(yuǎn)程通訊接口，可以通過PC機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控；

       6）標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，縮短交付周期，同時(shí)提高了使用的可靠性和可維護(hù)性。

       有源電力濾波器可采用壁掛和整柜方式安裝，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)集中和就地治理，如圖2所示的產(chǎn)品，給安裝、 維護(hù)及日后升級帶來了便捷，提高了整體的安裝效率。

圖2 有源電力濾波器產(chǎn)品示意圖

2、案例分析

（1）項(xiàng)目背景

       廣東某地鐵改造項(xiàng)目，系統(tǒng)中負(fù)載主要為照明、空調(diào)、泵機(jī)類、電梯、信號電源、UPS等設(shè)備，開關(guān)電源的啟動(dòng)瞬間形成電流沖擊，和其它設(shè)備在運(yùn)行過程中會對系統(tǒng)產(chǎn)生諧波電流污染。其諧波主要包括3、5、7、9次；不進(jìn)行合理治理，將對其他電氣設(shè)備產(chǎn)生危害，如：大量的3次諧波造成中線過熱甚至發(fā)生火災(zāi)；大量諧波造成變壓器局部嚴(yán)重過熱；繼電保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作等。

（2）治理方案

       根據(jù)以往測量經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和一些非線性直流電源產(chǎn)生，該項(xiàng)目有1#、2#兩個(gè)配電站，1#配電站有2臺800kVA的變壓器，2#配電站有2臺1000KVA的變壓器，分別采用集中治理方案，在每臺變壓器下加裝ANAPF系列有源電力濾波器，由于安裝空間有限，選擇我司壁掛式有源電力濾波器進(jìn)行嵌入式安裝，1#配電站中#1和#2變壓器下安裝型號均為ANAPF75-380/BBL，2#配電站中#1和#2變壓器下安裝均為2臺型號為ANAPF60-380/BBL的有源電力濾波器并機(jī)使用，保障了整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）治理效果

圖3 治理之前電流波形和各次諧波電流畸變率

圖4 治理之后電流波形和各次諧波電流畸變率

       治理前電流波形發(fā)生畸變，三相電流畸變率分別為10.8%、11.1%、12.5%；在加裝ANAPF系列有源電力濾波器后電流波形趨向正弦波，各次諧波得到抑制，電流畸變率明顯降低，三相電流畸變率降至4.0%、4.1%、4.4%。

（4）安裝現(xiàn)場

3、結(jié)論

       本文主要地鐵負(fù)載電能質(zhì)量治理方案的相關(guān)內(nèi)容，通過對地鐵電能質(zhì)量方面出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并結(jié)合電能質(zhì)量相應(yīng)測量數(shù)據(jù)，給出相應(yīng)的治理方案。后結(jié)合廣東某地鐵電能質(zhì)量改造項(xiàng)目案例，并通過現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用證明了濾波器設(shè)備的實(shí)用性，驗(yàn)證了有源濾波器設(shè)備可快速地治理無功及諧波電流，并且解決地鐵用電負(fù)荷增長帶來的電能質(zhì)量惡化問題，對地鐵電子設(shè)備、儀器儀表的計(jì)量和整體供電能力、安全運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]張美.地鐵低壓諧波測試及有源濾波器應(yīng)用分析[M]. 機(jī)械化工2019年5月.

[2]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.6

[3]安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測與治理選型手冊.2019.11版

作者簡介：簡婷，女，本科，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橛性措娏V波器、靜止無功發(fā)生器、中線安防保護(hù)器和混合動(dòng)態(tài)濾波無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用與技術(shù)對接。