探討有源濾波在企業供電諧波治理中的應用

莊稼

摘要：供電的波幅、頻率、波形畸變等因素都會對電網質量產生直接影響，其中，發電廠控制供電的波幅和頻率，而用電設備和負載則會對電流和電壓波形的畸變產生影響。在企業生產過程中，使用的多為非線性負載，比如變頻調速設備、整流器、不間斷電源等，這些負載的電流波形與電網的正弦電壓波形不一致，所以會產生畸變。由此可知，供電諧波會對供電質量產生不利影響，現針對應用有源濾波設備治理企業供電諧波的技術進行探討。

關鍵詞：有源濾波；供電；諧波治理；畸變

中圖分類號：TN713+.8文獻標識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）09－0055－02

某企業對軋鋼生產線傳統系統進行改造，其中，輔傳動部分增加了100多個輥道電機，更換了容量更大的變頻器。在后續生產過程中，啟動輥道供電系統中的大變頻器時，會有幾臺小容量變頻器發生過壓燒毀的事故，給正常的生產造成嚴重的影響。

1電力諧波的危害

經過相關調查、研究和理論分析可知，諧波對電網系統的危害主要體現在以下幾個方面：①諧波會導致公用電網中的元件產生附加的諧波損耗，會對發電、輸電和用電設備的工作效率產生不利影響，且中性線上的三次諧波還會導致線路過熱，嚴重的可引發火災。②諧波會對線路中各種電器設備的正常工作產生影響，引起電機的附加損耗，使其產生機械振動、噪聲和過電現象，導致變壓器局部過熱。同時，諧波還會使電容器、電纜等設備出現過熱、絕緣老化等現象，縮短其使用壽命。③諧波會引起電網局部的并聯諧振和串聯諧振，放大諧波會導致繼電保護裝置和自動裝置出現誤動作，影響電器測量儀表計量的準確性。④諧波還會干擾附近的通訊系統，輕則產生噪聲影響通訊質量，嚴重時還可能會使通訊數據丟失，影響通訊系統的正常工作。

某企業軋鋼生產線系統輔傳動部分經過電能質量檢測，發現其存在大量的諧波電流。啟動大變頻器時，會產生非常大的負荷沖擊電流，且伴隨非常大的諧波電流沖擊。該諧波電流沖擊會直接損壞耐壓低的小變頻器。

2有源濾波器治療諧波的原理

通常情況下，諧波治理的方法是改造產生諧波的裝置，消除或減少諧波的影響，并提高功率因素。過去常用無源濾波裝置抑制諧波，其采用電感、電容的調諧原理，把諧波陷落濾波器中，減少對電網的注入。無源濾波設置有著結構簡單、成本低的優勢，但也存在諸多缺陷，比如僅能消除特定的幾次諧波，卻會放大某次諧波；無法實現濾波、無功補償、調壓等之間的協調；采用機械式的投切方法，且設備體積大、響應速度慢；系統參數會對其濾波特性產生直接影響，易與其他濾波支路發生串、并聯諧振等。而有源電力濾波器就屬于諧波補償裝置的一種，其由電力電子元件組成，實際上是一個大容量的諧波電流發生裝置。

有源濾波器的設計思路就是從補償對象中檢測出諧波電流，補償裝置再產生一個補償電流，該電流與諧波電流大小相等，但極性相反，因此，電網電流只含基波分量。有源濾波器可以跟蹤、補償頻率和幅值發生畸變的諧波，且電網阻抗不會對補償特性產生影響，所以，有源濾波不僅可以在頻域中處理非正弦周期電流，還可以在時域中對非正弦周期電流進行處理。其基本工作原理就是先對補償對象的電壓和電流進行檢測，指令電流運算電路將補償電流的指令信號計算出來，補償電流發生電路將該信號放大后即產生補償電流。補償電流和負載電流中需要補償的諧波、無功電流等互相抵消，最終得到期望的電源電流。有源電力濾波器原理圖如圖1所示。

圖1有源電力濾波器系統構成原理圖

3有源濾波器的連接方式

在一般情況下，有源濾波器的連接方式包括兩種，即串聯和并聯。兩者相比，串聯的靈活性較差，損耗也相對較大，且容易像無源濾波一樣出現過載現象。此外，采用串聯的連接方式，一旦有源濾波器發生質量問題，就會對整條線路的供電產生直接影響，從而對供電可靠性產生影響。而采用并聯的方式不僅靈活性好，可以與配電系統任意位置進行連接，實現局部補償、部分補償或總補償，而且還具有較好的擴容性和安全性。當非線性負載增大時，可以直接并聯擴容，簡單、方便，從而實現對負荷的連續、安全供電。由此可見，選擇有源濾波連接方式時，將并聯作為首選。

4企業供電諧波改造效益分析

某企業對軋鋼生產線傳統系統進行改造，其改造效益體現在以下幾方面：①交流電源供電質量得到大幅改善，電網和電氣設備受到的沖擊也大大減少。②有源濾波設備具有高度可控性和快速響應性的特點，可以實現各次諧波的有效補償，且具備抑制閃變、補償無功、節能降耗的特點。該企業中設置PQFM濾波器濾除3次、5次、7次、11次、13次、17次、19次諧波，濾波器的濾波效率大于95%.③有源濾波節能設備不僅可以解決諧波問題，而且還具備動態調整功率因素的功能，將負載的總電流控制在最低范圍內，多余做功被消除，至少可節省5%的電能。對諧波污染的治理不僅可以滿足電力部門的相關要求，并且企業內部各個配電室中無功補償控制柜內的電容、交流接觸器、斷路器等電氣元件、其他配電柜的電氣元件等均可在一定程度上得到保護，至少可延長1.5倍的使用壽命，同時，還能降低日常設備維護成本。針對配電系統，采用有源濾波裝置進行諧波治理，其效果可以滿足國家標準THD≤5%的水平。

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