有源濾波器在煙草行業低壓配電係統中的應用

簡婷

韦德1946网址 上海嘉定 201801

    隨著煙草行業(ye) 的飛速發展,設備技術改造接踵而來，業(ye) 內(nei) 已開始把節能減排作為(wei) 工作全*啟動並實施。在新完成的技術改造項目中，控製設備采用了大量的變頻器設備。但變頻器設備的非線性負載屬性會(hui) 給生產(chan) 配電電網係統中注入大量的諧波電流。諧波電流在電網陽抗上產(chan) 生的壓降，會(hui) 使電壓波形變成非正弦，造成生產(chan) 用電環境惡化，出現變壓器溫度升高、電容補償(chang) 器損壞,電纜發熱絕緣下降,自動化生產(chan) 線通訊網絡嚴(yan) 重受幹擾，設備信息記錄和傳(chuan) 輸數據不完整，數據丟(diu) 失等故障發生。

    有源濾波器作為(wei) 在配電網終中製或除高次諧波的設備，可以提高設備運行的可靠性及企業(ye) 設備的供電質量,減少因設備誤動作而造成的經濟損失及諧波電流在輸配電線路上產(chan) 生的熱損，從(cong) 而降低用電設備發熱，提高設備的使用壽命並減少絕緣老化及設備的維護費用，可減少諧波對係統信號傳(chuan) 輸的影響，增加係統可靠性和電網供電質量，保證供電網絡效運行。

1係統介紹

   有源電力濾波器是一種可動態抑諧波的新型電力電子裝置。其原理是用補償(chang) 裝置產(chan) 生一個(ge) 與(yu) 該諧波電流大小相等而極性相反的補償(chang) 電流抵消補償(chang) 對象中檢測出的諧波電流，*終使電網電流隻含基波分量。這種濾波器可保護補償(chang) 特性不受電網阻抗的影響，並對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償(chang) 。有源電力濾波器具備高度可控性和響應性，其補償(chang) 性能優(you) 於(yu) 傳(chuan) 統方式，能夠克服無源濾波器的各種缺點，具有一機多能的特點,既能補償(chang) 各次諧波，亦能抑閃變、補償(chang) 無功。此外,還具有:

(1)自適應能力強，可自動跟蹤補償(chang) 頻率和幅值都在變化的諧波，對補償(chang) 對象快速響應，並實時動態補償(chang) 。

(2)可同時對諧波和無功電流進行補償(chang) ，補償(chang) 程度連續可調。

(3)補償(chang) 無功功率時不需要儲(chu) 能元件，補償(chang) 諧波電流時所需的儲(chu) 能元件也不大。

(4)濾波特性不受係統阻抗的影響，不易與(yu) 係統阻抗發生諧振。

2係統工作原理

   有源電力濾波器工作原理如圖1所示。

圖1有源濾波器工作原理

   先檢測出補償(chang) 對象的電流瞬時值，隨後通過指令電流運算電路得出諧波補償(chang) 電流的指令信號。該信號控製變流器產(chan) 生的補償(chang) 電流可抵消負載電流中的諧波成份及無功電流，*終獲得期望的電源電流。其補償(chang) 諧波的等效電路圖如圖2所示

圖2補償(chang) 諧波的等效電路圖

3低壓配電係統的安裝與(yu) 應用

   本係統選擇廠區內(nei) 製絲(si) 設備、空調機組、空壓機及除塵設備等3個(ge) 不同變頻負載用的變壓器作為(wei) 試驗測試對象，在安裝有源濾波器前後，分別進行滿載測試，並詳細記錄相關(guan) 數據，具體(ti) 結果所述如下:

   3#2000KVA變壓器負載主要是製絲(si) 車間動力設備，由於(yu) 製絲(si) 設備大量使用變頻器,變頻器作為(wei) 典型的非線性負載，在工作過程中同時也作為(wei) 諧波源,發出了大量的諧波電流，導致變壓器副邊側(ce) 電流波形發生嚴(yan) 重畸變。3#變壓器正常運行負荷電流在1270A左右，在設備正常運行狀態下測試出5次諧波電流56A,7次諧波電流37A，11次諧波電流30A，電流畸變率達到0.065，總諧波電流達到1270X0.065=82.55A。從(cong) 測試圖上看電流波形已經出現嚴(yan) 重畸變，電能質量受到了非常嚴(yan) 重的影響,在變壓器副邊側(ce) 並聯接入一台150A有源濾波器對諧波進行集中治理。

   4#變壓器負載主要是動力車間21組空調機組，每組空調機組有2-3台75kW變頻器變賴器作為(wei) 典型的非線性負載，在工作過程中同時也作為(wei) 諧波源,發出了大量的諧波電流,導致變壓器副邊側(ce) 電流波形發生嚴(yan) 重畸變。4#變正常運行負荷電流在880A左右，在設備正常運行狀態下測試,5次諧波電流高達185A,7次諧波達到71A，11次諧波達到37A，13次諧波達到18A、19次諧波達到14A23次諧波達到24A，電流畸變率達到23.7%，總諧波電流達到880X23.7%=208.56A。從(cong) 測試圖上看電流波形已經出現嚴(yan) 重畸變,電能質量受到了非常嚴(yan) 重的影響，在變壓器副邊側(ce) 並聯接入兩(liang) 台150A有源濾波裝置對諧波進行集中治理。

   6#變壓器負載主要是動力車間的4台空壓機、2台真空泵及除塵係統，這些設備使用了大功率變頻器。變頻器作為(wei) 典型的非線性負載，在工作過程中同時也是諧波源，發出了大量的諧波電流，導致變壓器副邊側(ce) 電流波形發生嚴(yan) 重奇變。6#變運行負荷電流在1800A左右，在設備正常運行狀態下測試,5次諧波達到223A、7次諧波達到73A、11次諧波達到49、13次諧波達到22A、17次諧波達到23A，電流畸變率達到13.5%，總諧波電流達到1800X13.5%=243A從(cong) 測試圖上看電流波形已經出現嚴(yan) 重踏變，電能質量受到了非常嚴(yan) 重的影響,在變壓器副邊製並聯接入2台150A有源濾波裝置對諧波進行集中治理。

詳見對3#2000kVA變壓器低壓線製補償(chang) 前與(yu) 補償(chang) 後測試數據的對比圖，見圖3。

圖13#2000KVA變壓器低壓出線側(ce) 補償(chang) 前的諧波電流、諧波電壓及波形圖

圖33#2000KVA變壓器低壓出線側(ce) 補償(chang) 後的諧波電流、諧波電壓及波形圖

4數據分析

(1)3#2000kVA變壓器補償(chang) 前的電流畸變率(THDI)平均為(wei) 6.5%,補償(chang) 以後降為(wei) 2.2%,電壓畸變率(THDU)為(wei) 2.4%,補償(chang) 後降為(wei) 1.6%，電流波形補償(chang) 前後有明顯變化，波形正弦化。諧波電流補償(chang) 率為(wei) 87.26%，總補償(chang) 效果超出75%。補償(chang) 後總電流有明顯下降，補償(chang) 效果比較理想。

(2)4#2000kVA變壓器補償(chang) 前的電流畸變率(THDI)平均為(wei) 23.7%,補償(chang) 以後降為(wei) 6.4%電壓畸變率(THDU)為(wei) 4.9%,補償(chang) 後降為(wei) 3.0%,電流波形補償(chang) 前後有明顯變化,波形接近正弦。諧波電流補償(chang) 率為(wei) 84.92%，總補償(chang) 效果超出75%。補償(chang) 後總電流有明顯下降，總的補償(chang) 效果比較理想。

(3)6#2000kVA變壓器補償(chang) 前的電流畸變率(THDI)平均為(wei) 13.5%,補償(chang) 以後降為(wei) 2.9%，電壓畸變率(THDU)為(wei) 3.3%,補償(chang) 後降為(wei) 1.7%,電流波形補償(chang) 前後有明顯變化，波形接近正弦。諧波電流補償(chang) 率為(wei) 87.71%,總補償(chang) 效果超出75%。補償(chang) 後總電流有明顯下降，總的補償(chang) 效果比較理想。

(4)係統諧波得到了效的降低，波形全部均可得到明顯善。在設備容量之內(nei) 補償(chang) 率大於(yu) 75%;當超出設備補償(chang) 容量時，設備按*大輸出能力補償(chang) 。變壓器電流畸變率降低到了6.5%以下，電能質量會(hui) 得到效的提高。

(5)電能消耗得到效的節約和控製，經過諧波治理，電能消耗可以得到節約和控製，設備運行總電流得到下降,節約能耗在10%以上。

5安科瑞APF有源濾波器產(chan) 品選型

5.1產(chan) 品特點

(1)DSP+FPGA控製方式，響應時間短，全數字控製算法，運行穩定；

(2)一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償(chang) 或特定次諧波進行補償(chang) ；

(3)具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

(4)模塊化設計，體(ti) 積小，安裝便利，方便擴容；

(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現參數設置和控製，使用方便，易於(yu) 操作和維護；

(6)輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力係統的影響；

(7)多機並聯，達到較高的電流輸出等級；

5.2型號說明

5.3尺寸說明

5.4產(chan) 品實物展示

ANAPF有源濾波器

6安科瑞智能電容器產(chan) 品選型

6.1產(chan) 品概述

   AZC/AZCL係列智能電容器是應用於(yu) 0.4kV、50Hz低壓配電中用於(yu) 節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償(chang) 設備。它由智能測控單元，晶閘管複合開關(guan) 電路，線路保護單元，兩(liang) 台共補或一台分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲(si) 、複合開關(guan) 或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在櫃內(nei) 和櫃麵由導線連接而組成的自動無功補償(chang) 裝置。具有體(ti) 積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償(chang) 的更高要求。

   AZC/AZCL係列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nei) 部晶閘管複合開關(guan) 電路，自動尋找適宜投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

6.2型號說明

AZC係列智能電容器選型：

AZCL係列智能電容器選型：

6.3產(chan) 品實物展示

AZC係列智能電容模塊AZCL係列智能電容模塊

安科瑞無功補償(chang) 裝置智能電容方案

作者介紹

簡婷，韦德1946网址，主要研究方向為(wei) 有源濾波器。