有源濾波器在政府建設項目中的案例分析及應用

覃志東

（深圳市建筑工務署工程管理中心，廣東 深圳 518006）

有源濾波器在政府建設項目中的案例分析及應用

覃志東

（深圳市建筑工務署工程管理中心，廣東 深圳 518006）

隨著計算機技術、通信技術和控制技術的發展，相關部門對建設項目提出的要求越來越高。項目中使用的電氣設備很多是大功率非線性負荷，它的存在導致惡劣的諧波環境出現，對電力系統和設備的安全、正常運行也造成了極大的威脅。深圳市建筑工務署工程管理中心為深圳市政府投資項目建設單位，建設項目中有許多醫用大型設備、大學實驗精密儀器、大型計算機、變頻空調、LED燈具、電梯、舞臺燈光和UPS電源等諧波源，很容易出現空開無故跳閘，輸電線路發熱嚴重，變壓器過熱燒毀，PLC等控制系統無故停機、數據顯示不準確，通信系統受到嚴重干擾等情況。電能的質量直接影響項目交付時的使用質量，所以，考慮對諧波的治理是很有必要的。

有源濾波器；諧波環境；諧波電流；諧波源

有源濾波器是利用可控的功率半導體器件向電網注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實時補償諧波電流的目的。有源濾波技術作為一種高效的諧波治理技術，是消除諧波污染、提高電能質量的有效工具。深圳市建筑工務署工程管理中心結合自身優勢，組成專業技術團隊，與CQC等第三方質量認證結構一起建設有源濾波器品牌庫，進行有源濾波器在項目中的應用和案例分析，為保證政府建設項目的電力系統的運行安全提供有效的解決方案。

1 案例分析

1.1 案例現象

深圳市鹽田綜合保稅區沙頭角保稅區匝口使用時頻繁跳閘斷電。2014-01-22，深圳鹽田綜合保稅區經國務院批準設立，園區規劃面積2.17 km2，主要由原2004年成立的鹽田港保稅物流園區、1996年成立的鹽田港保稅區和1991年成立的沙頭角保稅區整合而成，實現了區域整合、資源整合和功能整合。我中心于2014-07開始建設，2015-07通過國家11個部委的聯合驗收組驗收。沙頭角保稅區閘口共4條貨運通道，2進2出，于2015-07建成并投入使用，每天流量3 000臺貨運車。在其使用過程中發現，閘口始終有跳閘斷電的情況，嚴重影響了通道車輛的正常檢查運行。深圳海關多次提出意見要求整改，監理、設計院和施工單位多次檢查相關圖紙和施工質量，并未發現斷電原因。

1.2 案例分析處理

根據案例現象，深圳市建筑工務署工程管理中心組織相關技術人員和監理、設計、施工單位人員分析原因，排查線路，更換相關的元器件設備，仍然出現跳閘現象。由現場用電設備情況發現，匝口設備的UPS供電電源功率比較大，還有道閘設備和LED燈具等設備，這些設備都會產生大量諧波，特別是設備啟動時，對電網的沖擊比較大。經過技術分析，項目組安裝一臺有源濾波器，對諧波進行治理，現閘口使用良好，并未發現突然跳閘斷電的情況，保證了深圳海關進出通道檢查的正常進行。

2 有源濾波器項目案例應用和技術分析

2.1 案例現象

陜西賓館配電系統總進線開關無故跳閘。

2.2 案例分析應用及技術分析

陜西賓館是西安市政府接待賓館，在未使用有源濾波器時，總進線開關無故跳閘，嚴重影響到酒店的經濟效益。經分析，該項目配電系統負載主要為節能燈、空調、水泵等設備，并存在三相不平衡的情況。同時，電網中存在大量的諧波電流污染，主要以3，5，7次為主，N相電流極大，諧波含量大，三相不平衡嚴重（負序電流大），導致該變壓器下其他設備不能正常工作，同時，變壓器發熱量大。之后采用有源濾波器集中補償諧波電流，共6臺變壓器，每臺變壓器采用150A有源濾波器。使用有源濾波器后，電流波形矯正明顯由極不平衡的狀態治理成了極為平滑的正弦波，諧波電流有效值在超出濾波器容量范圍的情況下，有源濾波器的補償率達到了90%以上，三相不平衡現象有所改善，有效解決了總進線開關無故跳閘的問題，具體情況如圖1所示。

原有三相不平衡A/B/C最大不平衡電流為30 A，治理后，三相不平衡現象基本消除。

治理前后三相電流數據如圖2所示，治理前電流記錄曲線如圖3所示。

圖1 治理前后電流波形圖

圖2 治理前后三相電流數據

系統總電流由408A降低為397A，電流有效值降低了3%；總的電流畸變率由20.7%降為2.8%，N線電流下降明顯。治理前后諧波電流畸變率如圖4所示。

N線電流值如圖5所示。

圖3 治理前電流記錄曲線

圖4 治理前后諧波電流畸變率

圖5 N線電流值

3 有源濾波器在政府建設項目應用規范

為了保證政府建設項目電能質量，深圳市建筑工務署在政府建設項目中對有源濾波器的使用做出如下規定：

有源電力濾波器應在以下工作環境中正常運行：①工作電壓為AC0.38 kV±20%；②工作頻率為50 Hz±5%；③工作環境是，溫度為-25～+50℃，濕度為5%～90%；④海拔高度小于1 000 m。

有源電力濾波器在額定補償范圍內，諧波治理后的低壓配電系統應滿足國標要求（《電能質量 公用電網諧波 GB/T 14549—93》）。

有源電力濾波器應采用雙DSP+CPLD數字控制的濾波方式，逆變模塊的開關頻率不低于20 kHz。柜內電源電路、主控制電路、采樣電路等均需要自主研發，具有良好的品牌一致性和技術經驗。

有源電力濾波器的控制算法應采用瞬時無功功率或DFT算法。

有源電力濾波器的諧波治理應滿足以下要求：①濾波范圍為100～2 500 Hz（即2～50次諧波），并能選擇性濾波，各次諧波補償均可分別設定；②響應速度小于等于10 ms；③電流互感器小于5A；④自身損耗小于3%（額定功率）；⑤冷卻方式為強制風冷；⑥運行噪聲小于等于65 dB（額定工況下1 m距離）。

有源電力濾波器應根據系統要求采用三相三線（或三相四線）的電氣接線。

有源電力濾波器應具有完備的內部保護功能（包括過壓/欠壓、過電流、短路、缺相等）和系統自診斷功能，并且加裝斷路器、熔斷器。有源電力濾波器的性能應獨立于電網阻抗和低壓配電系統阻抗之外，不受電網阻抗和低壓配電系統阻抗變化的影響。

有源電力濾波器應有中文的液晶顯示器和友好的人機操作界面，能顯示設備運行狀況、測量數據、故障報警等信息，并可由用戶進行參數設置、狀態改變和信息查看等操作，可同時監測電網、負載諧波和功率情況，具有一般電能測試儀器的功能。

有源電力濾波器應具有2～50次諧波的濾波功能，可單獨選擇2～50次諧波，用戶可以根據需要設定需要濾除的諧波次數和濾除諧波的目標值，可單獨設定每次諧波，單次諧波電流幅值補償系數與相位補償系數可調。

有源電力濾波器應具有RS-232/RS-485智能接口和標準接口協議，以方便用戶將設備運行狀況、測量數據和故障報警等信息接入到監控系統，并免費提供智能接口的相關技術通信協議。

有源電力濾波器的諧波采樣應采用精密互感器。

有源電力濾波器應能實現多臺直接并聯運行的平滑擴容。多臺有源濾波器裝置并聯時，所有有源濾波器裝置應能共用一套電流互感器。

有源電力濾波器應具有過載保護能力，自動限流在100%額定輸出。當系統諧波長期超過濾波器額定值時，濾波器也能正常工作。

有源電力濾波器采用開環控制，采樣負載電流，保證運行的可靠性、精確性和響應的快速性。另外，它可以承受-20%～+20%的電壓波動，以及±5%的頻率波動，適應各種不同工況的供電環境。如果電壓波動超過上下限，自動閉鎖輸出，并發出告警。

有源電力濾波器并聯接入電網，不會因故障導致電網斷路；多臺并聯系統，如果一臺因故障退出運行，其他有源濾波器仍能正常工作，實現濾波功能。另外，它可進行諧波補償、無功補償或諧波無功同補，用戶可通過人機界面操作。濾波器自身的高頻紋波電流峰峰值不大于2A，不能回饋到電網，對其他系統和設備進行干擾。當系統斷電時，濾波器應自動斷開；在系統恢復后，濾波器能自動恢復。

〔編輯：白潔〕

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.148

2095-6835（2017）13-0148-03

覃志東（1980—），男，廣西桂林人，工程師，2003年畢業于裝甲兵工程學院裝甲車輛維修工程專業（本科），主要研究方向為電氣工程及其自動化。